Resumen de Vidrios de sílice preparados por sinterización de partículas coloidales. Parte I: Preparación, evolución química y microestructural

M. P. Corral, F. Orgaz

• español

  En este trabajo se analiza la evolución química y microestructural experimentada por geles de sílice pura obtenidos por dispersión en agua de una sílice comercial (Cab-O-Sil). Dicha sílice comercial presenta una superficie específica de 390 m^/g y un tamaño de partícula de 0,007 ^m. Después de la dispersión en agua (— 30% Cab-O-Sil) y con ayuda de aditivos se obtiene un gel microporoso de baja densidad (0,60 g/cm^) y una porosidad del 72,7%, que rompe durante el proceso de secado. Para evitar la rotura en el secado se utiliza un método de doble dispersión. La evolución de este gel microporoso a vidrio se estudia por espectroscopia de absorción infrarroja, ATD, ATG, por porosimetría de mercurio, picnometría y por microscopía electrónica. Los resultados experimentales permiten ver la evolución con la temperatura del contenido en agua enlazada química y físicamente en el gel. Temperaturas superiores a 800° C son necesarias para eliminar totalmente el agua enlazada física-mente. Se observa la presencia de agua enlazada químicamente incluso a temperaturas donde el mecanismo de flujo viscoso es dominante (> 1.200° C). El proceso de densificación es analizado por la evolución de la densidad volumétrica y de la superficie específica con la temperatura. Se observa un cambio brusco en estas propiedades a temperaturas superiores a 1.000° C, a partir de la cual se inicia el proceso de sinterización propiamente dicho. Finalmente, una comparación entre los vidrios preparados por este método sol-gel y los métodos convencionales de fusión, muestra que existen análogas propiedades entre ellos.

• Deutsch

  In der Arbeit werden der chemische und der mikrostrukturelle Entwicklungsprozeß untersucht, den reine Kiesel säurege le durchlaufen, die durch Dispersion eines handelsüblichen kolloidalen Kieselsäu-reanhydrids (Cab-O-Sil) in Wasser zubereitet wurden. Dieses im Handel erhältliche Kieselsäureanhydrid hat eine spezifische Oberfläche von 390 qm/g und eine Teilchengröße von ca. 0,007 ^m. Nach der Dispergierung in Wasser (— 30% Cab-O-Sil) erhält man durch Zugabe von Zusatzstoffenein mikroporö-ses Gel geringer Dichte (0,60 g/cm^) von 72,7% iger Porigkeit, das während des Trocknungsprozesses aufbricht. Um das Aufbrechen beim Trocknen zu verhindern, wird eine Doppeldispersionsmethode angewandt. Der Entwicklungsprozeß des mikroporösen Gels zu Glas wird mittels Infrarot-Absorptionsspek-trometrie, ATD, ATG, Hg-Porenmessung, Pyknometrie sowie elektronenmikroskopisch untersucht. Die Versuchsergebnisse ermöglichen es, den Entwicklungsprozeß des chemisch und physikalisch gebundenen Wassergehaltes des Gels in Abhängigkeit von der Temperatur zu verfolgen. Zur vollkommenen Abscheidung des physikalisch gebundenen Wassers sind Temperaturen von über 800°C erforderlich. Das Vorhandensein von chemisch gebundenem Wasser ist noch bei Temperaturen P> 1.200° C) nachweisbar, bei denen der viskose Fließmechanismus vorherrschend ist. Der Verdichtungsprozeß wird anhand des Verlaufs der volumetrischen Dichte und der spezifischen Oberfläche in Abhängigkeit von der Temperatur untersucht. Es wird eine plötzlich einsetzende Änderung dieser Eigenschaften bei Temperaturen unter 1.000° C festgestellt; mit dieser Änderung setzt der eigentli-che Sinterungsprozeß ein. Ein Vergleich zwischen Gläsern, die nach der beschriebenen Sol-Gel-Methode und solchen, die nach den herkömmHchen Schmelzverfahren hergestellt wurden, zeigt, daß beide Glassorten ähnliche Eigen-schaften aufweisen.

• English

  The chemical and microstructural evolution of pure silica gels obtained by dispersion in water of a commercial colloidal silica (Cab-O-Sil) is analysed. This silica presents an specific surface area of 390m2/g and a particle size of 0.007 |im. After dispersión in water, is analysed (— 30% Cab-O-Sil) and with the help of additives, a microporous gel is obtained, which has a low density (0.60 g/cm^) and a porosity of 72,7%, that breaks during the drying process. To prevent this breakage on drying, a double dispersion method is used. The evolution of this microporous gel into glass is studied by infra-red absorption spectroscopy, ATD, ATG, by mercury porosimetry, and electron microscopy. The experimental results enable to observe the evolution with temperature of the water content chemically and physically bonded in the gel. Temperatures above 800° C are necessary in order to completely eliminate the water coupled physi-cally adsorbed. The presence of chemically bonded water is observed even at temperatures where the mechanism of viscous flow is dominant (> 1.200° C). The densification process is analysed by the evolution of bulk density and specific surface area with temperature. A sudden change in these properties is observed at temperatures above 1,000 ° C, from which the proper sintering process starts. Finally, a comparison between glasses prepared by this sol-gel method and those prepared by conven-tional melting methods, shows that there exist analogous properties among them.

• français

  Dans ce travail, on analyse l'évolution chimique et microstructurale que subissent des gels de silice pure obenus par dispersion dans de l'eau d'une silice commerciale colloidale (Cab-O-Sil). Cette silice comerciale a une superficie spécifique de 390 m^/g et une taille de particule de 0,007 |xm. Après dispersion dans l'eau (— 30% Cab-O-Sil) et moyennant l'emploi d'additifs, on obtient un gel microporeux à faible densité (0,60 g/cm^) et d'une porosité de 72,7%, qui se casse pendant le processus de séchage. Pour éviter la rupture lors du séchage, on utilise une méthode à double dispersion. La transformation de ce gel microporeux en verre est étudiée en recourant á plusieurs techniques: spectroscopic d'absorption infrarouge, ATD, ATG, porométrie au mercure, pycnométrie et microscopic électronique. Les résultats expérimentaux permettend de voir l'évolution, avec la température, de la teneur en eau à liaison chimique et physique dans le gel. Des températures supérieures á 800° C sont nécessaires pour éliminer totalement l'eau à liaison physique. On observe encore le présence d'eau á liaison chimique á des températures où le mécanisme de flux visqueux est dominant (> 1200° C).

  Le processus de densification est analysé en suivant l'évolution de la densité volumétrique et de la surface spécifique en fonction de la température. On observe un changement brusque de ces propriétés á des températures supérieures à 1.000° C, aprè quoi s'amorce le processus de frittage proprement dit. En dernier lieu, une comparaison des verres préparés par cette méthode sol-gel et par les méthodes classiques de fusion montre qu'ils ont des propiétés analogues.