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

espanolEn este trabajo se analiza la evolucion quimica y microestructural experimentada por geles de silice pura obtenidos por dispersion en agua de una silice comercial (Cab-O-Sil). Dicha silice comercial presenta una superficie especifica de 390 m^/g y un tamano de particula de 0,007 ^m. Despues de la dispersion 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 metodo de doble dispersion. La evolucion de este gel microporoso a vidrio se estudia por espectroscopia de absorcion infrarroja, ATD, ATG, por porosimetria de mercurio, picnometria y por microscopia electronica. Los resultados experimentales permiten ver la evolucion con la temperatura del contenido en agua enlazada quimica y fisicamente en el gel. Temperaturas superiores a 800° C son necesarias para eliminar totalmente el agua enlazada fisica-mente. Se observa la presencia de agua enlazada quimicamente incluso a temperaturas donde el mecanismo de flujo viscoso es dominante (> 1.200° C). El proceso de densificacion es analizado por la evolucion de la densidad volumetrica y de la superficie especifica 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 sinterizacion propiamente dicho. Finalmente, una comparacion entre los vidrios preparados por este metodo sol-gel y los metodos convencionales de fusion, muestra que existen analogas propiedades entre ellos. DeutschIn der Arbeit werden der chemische und der mikrostrukturelle Entwicklungsprozes untersucht, den reine Kiesel saurege le durchlaufen, die durch Dispersion eines handelsublichen kolloidalen Kieselsau-reanhydrids (Cab-O-Sil) in Wasser zubereitet wurden. Dieses im Handel erhaltliche Kieselsaureanhydrid hat eine spezifische Oberflache von 390 qm/g und eine Teilchengrose von ca. 0,007 ^m. Nach der Dispergierung in Wasser (— 30% Cab-O-Sil) erhalt man durch Zugabe von Zusatzstoffenein mikroporo-ses Gel geringer Dichte (0,60 g/cm^) von 72,7% iger Porigkeit, das wahrend des Trocknungsprozesses aufbricht. Um das Aufbrechen beim Trocknen zu verhindern, wird eine Doppeldispersionsmethode angewandt. Der Entwicklungsprozes des mikroporosen Gels zu Glas wird mittels Infrarot-Absorptionsspek-trometrie, ATD, ATG, Hg-Porenmessung, Pyknometrie sowie elektronenmikroskopisch untersucht. Die Versuchsergebnisse ermoglichen es, den Entwicklungsprozes des chemisch und physikalisch gebundenen Wassergehaltes des Gels in Abhangigkeit von der Temperatur zu verfolgen. Zur vollkommenen Abscheidung des physikalisch gebundenen Wassers sind Temperaturen von uber 800°C erforderlich. Das Vorhandensein von chemisch gebundenem Wasser ist noch bei Temperaturen P> 1.200° C) nachweisbar, bei denen der viskose Fliesmechanismus vorherrschend ist. Der Verdichtungsprozes wird anhand des Verlaufs der volumetrischen Dichte und der spezifischen Oberflache in Abhangigkeit von der Temperatur untersucht. Es wird eine plotzlich einsetzende Anderung dieser Eigenschaften bei Temperaturen unter 1.000° C festgestellt; mit dieser Anderung setzt der eigentli-che Sinterungsprozes ein. Ein Vergleich zwischen Glasern, die nach der beschriebenen Sol-Gel-Methode und solchen, die nach den herkommHchen Schmelzverfahren hergestellt wurden, zeigt, das beide Glassorten ahnliche Eigen-schaften aufweisen. EnglishThe 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 dispersion 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. francaisDans ce travail, on analyse l'evolution 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 specifique de 390 m^/g et une taille de particule de 0,007 |xm. Apres dispersion dans l'eau (— 30% Cab-O-Sil) et moyennant l'emploi d'additifs, on obtient un gel microporeux a faible densite (0,60 g/cm^) et d'une porosite de 72,7%, qui se casse pendant le processus de sechage. Pour eviter la rupture lors du sechage, on utilise une methode a double dispersion. La transformation de ce gel microporeux en verre est etudiee en recourant a plusieurs techniques: spectroscopic d'absorption infrarouge, ATD, ATG, porometrie au mercure, pycnometrie et microscopic electronique. Les resultats experimentaux permettend de voir l'evolution, avec la temperature, de la teneur en eau a liaison chimique et physique dans le gel. Des temperatures superieures a 800° C sont necessaires pour eliminer totalement l'eau a liaison physique. On observe encore le presence d'eau a liaison chimique a des temperatures ou le mecanisme de flux visqueux est dominant (> 1200° C). Le processus de densification est analyse en suivant l'evolution de la densite volumetrique et de la surface specifique en fonction de la temperature. On observe un changement brusque de ces proprietes a des temperatures superieures a 1.000° C, apre quoi s'amorce le processus de frittage proprement dit. En dernier lieu, une comparaison des verres prepares par cette methode sol-gel et par les methodes classiques de fusion montre qu'ils ont des propietes analogues.