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Article Dans Une Revue Journal of Non-Crystalline Solids Année : 2021

Vitrification, crystallization behavior and structure of zinc aluminosilicate glasses

Vitrification, cristallisation et structure des verres d'aluminosilicate de zinc

Résumé

The glass formation, crystallization behavior and structure were investigated in the ZnO-Al2O3-SiO2 system. The boundaries of the glass forming region are defined, indicating the absence of glasses along the ZnO-SiO2 binary and the role of Al to improve glass formation. The crystallization behavior has been clarified for representative glass compositions showing first crystallization of willemite near the ZnO-SiO2 binary and a metastable zinc aluminosilicate solid solution for higher Al2O3/SiO2 content. Gahnite appears as a second phase and is mainly present near the center of the tectosilicate join. Glass structure was studied using 27 Al NMR spectroscopy, neutron and X-ray diffraction and molecular dynamics simulation. Both Al and Zn are shown to be distributed between four-fold and five-fold sites. The proportion of [4] Al is more important near the ZnAl2O4-SiO2 join. A remarkable similar behavior is revealed for the glass forming ability and structural properties between MgO and ZnO aluminosilicate systems.
La formation du verre, le comportement en cristallisation et la structure ont été étudiés dans le système ZnO-Al2O3-SiO2. Les limites de la région de formation du verre sont définies, indiquant l’absence de verres le long du binaire ZnO-SiO2 et le rôle d’Al pour améliorer la formation du verre. Le comportement en cristallisation a été clarifié pour des compositions de verre représentatives montrant la première cristallisation de willemite près du binaire ZnO-SiO2 et une solution solide d’aluminosilicate de zinc métastable pour une teneur plus élevée en Al2O3/SiO2. La gahnite apparaît comme une deuxième phase et est principalement présente près du centre du joint tectosilicate. La structure du verre a été étudiée en utilisant la spectroscopie 27Al RMN, la diffraction des neutrons et des rayons X et la simulation par dynamique moléculaire. Il est démontré que Al et Zn sont répartis entre des sites de coordinence quatre et cinq La proportion de [4]Al est plus importante près du joint ZnAl2O4-SiO2. Un comportement similaire est révélé pour la capacité de formation du verre et les propriétés structurelles entre les systèmes d'aluminosilicate de MgO et de ZnO.
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hal-03168161 , version 1 (12-03-2021)

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Citer

Laurent Cormier, Ludovic Delbes, Benoit Baptiste, Valérie Montouillout. Vitrification, crystallization behavior and structure of zinc aluminosilicate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids, 2021, 555, pp.120609. ⟨10.1016/j.jnoncrysol.2020.120609⟩. ⟨hal-03168161⟩
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