Die Struktur von CaO–MgO–Al2O3–SiO2-Schmelzen und -Gläsern, die mit FeOX–NiO dotiert sind

Zusammenfassung Neutronen- und Röntgendiffraktionsmessungen wurden an mit NiO–Fe X O bei Raumtemperatur dotierten CaO–MgO–Al2O3–SiO2 (CMAS) Gläsern durchgeführt, sowie Röntgenmessungen an aerodynamisch levitierten Flüssigkeiten bei ≥2000 K. Die ungeordneten Strukturen wurden mit empirischer Potenzialstruktur-Optimierung modelliert, um die Beziehung zwischen dem Aluminosilicat-Netzwerk und den modifizierenden Kationen zu untersuchen. Die SiO4- und AlO4-Tetraeder haben im Glas eine größere Verteilung der Si–O- und Al–O-Bindungsabstände, und die erste Ca–O n-Koordinationsschale ist stark verzerrt, was unterschiedliche Populationen von langen und kurzen Bindungen zwischen der Flüssigkeit und dem Glas umverteilt. Die Zugabe von Fe und Ni bei niedrigen Aluminosilicat-Inhalten erhöht die Anzahl der freien Sauerstoffe, die nicht an AlO4 oder SiO4 gebunden sind. Mg–O und Fe–O sind sowohl in flüssigem als auch in gläsernem Zustand überwiegend vier- und fünffach koordiniert. Trotz dieser niedrigen Koordinationszahlen zeigen ihre Bindungswinkelverteilungen, dass sie vorwiegend in nontetraedrischen Geometrien liegen, wobei ferros und ferrisches Eisen ähnliche Koordinationsumgebungen aufweisen. Die durchschnittlichen Koordinationszahlen und Lösungsenthalpien von Ca–O und Mg–O sind konsistent mit ihrer höheren Reaktivität innerhalb relativ saurer Aluminosilicat-Schmelzen.