Study of a Mixed Alkaline–Earth Effect on Some Properties of Glasses of the CaO-MgO-Al2O3-SiO2 System

Abstract

[EN] In the present work, we studied a “Mixed Alkaline–Earth Effect”, i.e. the non-linear behaviour showed by the glass transition temperature as well as by the compressive strength of glasses of the CaO-MgO-Al2O3-SiO2 system, when a part of the CaO contained in them was substituted by a BaO/SrO mixture, in variable molar proportions. An important factor for the occurrence of this phenomenon was the difference in atomic weight, ionic radii and field strength of the Ba2+ and Sr2+ ions in comparison with those corresponding to the Ca2+ ion. Another factor considered was the likely occurrence of a microphase separation caused by the addition of BaO and/or SrO, together with the presence of F- and Mg2+ in the glasses. Other glass properties studied as a function of the CaO substitution level were density, glass molar volume, oxygen molar volume, packing fraction, and chemical resistance in neutral, basic and acidic aqueous media. In general, the structural reinforcement of the glass network caused by the partial substitution of CaO by a BaO/SrO mixture was accompanied by an improvement in the alkaline resistance of the materials, which were found to be suitable for applications in corrosive environments, especially in basic media.

[ES] En el presente trabajo, se estudia el comportamiento no lineal mostrado por la temperatura de transición vítrea y por la resistencia a la compresión de vidrios del sistema CaO-MgO-Al2O3-SiO2, cuando una parte del CaO contenido en los mismos es sustituido por una mezcla de BaO/SrO, en relación molar variable. Factores importantes para que se de este comportamiento son la diferencia entre pesos atómicos, radios iónicos e intensidad de campo de los iones Ba2+ y Sr2+ y los del propio ión Ca2+. Otro factor considerado ha sido la probable existencia de una separación de microfases originada por la adición de BaO y/o SrO, junto con la presencia de flúor y magnesio en los vidrios. Otras propiedades estudiadas, en función del CaO sustituido, han sido la densidad, el volumen molar del vidrio, el volumen molar del oxígeno, la fracción de empaquetamiento, y la resistencia química en medios acuosos neutros, básicos y ácidos. En general, el refuerzo estructural del retículo vítreo causado por la sustitución parcial del CaO por una mezcla de BaO/SrO viene acompañada por una mejora en la resistencia alcalina, lo que hace que estos materiales sean adecuados para aplicaciones en ambientes corrosivos y especialmente en medios básicos.