Estudio y caracterización del vidrio de sílice-potasa-alúmina mediante el índice de polimerización

Abstract

The present study describes the process of obtaining a high purity glass using the sol-gel process. The synthesis is carried out starting from tetraethylorthosilicate (TEOS) and ethyl alcohol (EtOH) with a ratio of 1 to 4 mol, which are placed at constant reflux for 3 hours. In order to form a glass aluminum-silicon with variations of alkali, it is subsequently added to the TEOS solution - EtOH, a solution of Al (NO3) 39H2O and K2CO3 and continuous with constant reflux for 3 hours. The synthesis was performed with 5 different concentrations of alkali, and maintain a molar ratio of SiO2-Al2O3 0.37096. At the end of 3 hours the gel formation, which is placed inside petri dishes, to dry at room temperature for 14 days it is given. At the end of this cycle it shows that the aluminum-silicon monoliths are transparent and free of fractures. Subsequently, the monoliths are pulverized and pressed to obtain bars, which are subjected to a firing cycle low temperature to 650 ° C; after reaching this temperature heating is faster to reach temperatures of 1300 to 1350. The characterization of these bars is by infrared spectroscopy (IR) and scanning electron microscopy (SEM). IR spectra in the degree of depolymerization occurring in the glass obtained is observed. This depolymerization is due to breaks in the links of silicon oxide by the incorporation of a modifier oxide. For each molecule of modifier oxide is added to the silica, a Si-O-Si bond is broken so that it can incorporate the additional oxygen. Because of this network is broken weakening its cohesion, they decrease their stability and consequently lower their melting temperature.

El presente estudio describe el proceso de obtención de un vidrio de alta pureza mediante el proceso sol-gel. La síntesis se lleva a cabo partiendo del tetraetilortosilicato (TEOS) y del alcohol etílico (EtOH) con una relación de 1 a 4 molar, los cuales se colocan a reflujo constante durante 3 horas. Con el fin de formar un vidrio de aluminio-silicio con variaciones de álcali, posteriormente se le agrega a la solución de TEOS – EtOH, una solución de Al (NO3)39H2O y K2CO3 y se continua con el reflujo constante por 3 horas más. La síntesis se lleva a cabo con 5 diferentes concentraciones de álcali, y manteniendo una relación molar de SiO2-Al2O3 de 0.37096. Al término de las 3 horas se da la formación del gel, el cual se coloca en cajas Petri, para su secado a temperatura ambiente durante 14 días. Al término de este ciclo se observa que los monolitos de aluminio-silicio son transparentes y libres de fracturas. Posteriormente, los monolitos son pulverizados y prensados para la obtención de barras, que son sometidas a un ciclo de quemado de baja temperatura hasta 650ºC; después de alcanzar esta temperatura el calentamiento es más rápido hasta llegar a temperaturas de 1300 a 1350ºC. La caracterización de estas barras es mediante espectroscopia del infrarrojo (IR) y microscopia electrónica de barrido (MEB). En los espectros IR se observa el grado de despolimerización que ocurre en el vidrio obtenido. Esta despolimerización se debe a rupturas en los enlaces del óxido de sílice por la incorporación de un oxido modificador. Por cada molécula de óxido modificador que se añada a la sílice, se rompe un enlace Si-O-Si para que se pueda incorporar el oxígeno adicional. A causa de esto la red se rompe lo que debilita su cohesión, disminuyen su estabilidad y consecuentemente rebajan su temperatura de fusión.