| 研究概要 |
オキシナイトライドガラスの製造に関する基礎的知見を得るため、SiO_2-Na_2O系およびSiO_2-Na_2O-CaO系酸化物融体中への窒素の飽和溶解度を異なる窒素源(N_2ガス及びSi_3N_4)を用いて測定した。また、得られたオキシナイトライドガラスのビッカース硬度試験を行うとともに、構造解析をXPSにより行い、窒素の溶解機構について検討した。
溶融酸化物中への飽和窒素溶解度は、測定した全ての系,組成においてSi_3N_4を窒素源とした場合のほうがN_2ガスを窒素源とした場合より3桁程度大きな値を示した。急冷して得られたガラス試料についてビッカース硬度の測定を行った結果、ガス吹き付け実験後の試料ではビッカース硬度にほとんど変化が見られなかったのに対し、Si_3N_4浸漬実験後の試料では飽和窒素溶解度の増加に伴う硬度の増大が確認された。
N_2ガスを窒素源とした場合の飽和窒素溶解度をR値(架橋酸素/非架橋酸素)により整理した結果、R値の減少、すなわち溶融酸化物中のフリーの酸素イオン(O^<2->)の増加に伴い飽和窒素溶解度は増加していた。このことより、窒素源をN_2ガスとした場合にはスラグ中のフリーの酸素イオン(O^<2->)との置換反応により窒素(主にN^<3->として)が溶融酸化物中に導入されるものと推定した。
XPS分析の結果、Si_3N_4を窒素源とした場合のガラス試料中には3つのSiと結合した架橋窒素及び1つあるいは2つのSiと結合した架橋窒素の存在が確認された。このことより、窒素源をSi_3N_4とした場合にはSi-N結合を含む複合イオンが溶解することにより溶融酸化物中に窒素が導入されネットワーク構造を形成するため、急冷して得られたガラスの化学結合が強化され硬度が増加したものと推定される。
|
