Kristallisationskinetik von Natrinmdisilikat

Zusammenfassung

An Natriumdisilikat wurde die integrale isotherme Kristallisation bei verschiedenen Temperaturen zwischen 650 und 900 °C als Funktion der Zeit durch die Änderung des spezifischen Volumens verfolgt. Das Volumen wurde durch Auftrieb der Schmelze in Luft gemessen. Auf die Meßwerte wurden die Ansätze nach Volmer und Frenkel angewandt. Die Kinetik konnte durch die Avrami-Gleichungen beschrieben werden. Aus den Messungen ging die eindeutige Unterscheidung zwischen Temperaturgebieten mit „thermischer” und solchen mit „athermischer” Keimbildung hervor.

(Unter „athermischer” Keimbildung ist zu verstehen, daß das Kristallwachstum geschwindigkeitsbestimmend ist. Die eigentliche Keimbildung ist stets „thermisch”.) „Thermische” Keimbildung lag vor in dem Temperaturgebiet von T _S = 884 °C bis etwa 840 °C. In diesem Gebiet ging der Kristallisation eine Volumenkontraktion mit nachfolgender Aufweitung vorauf, die mit einer Mikroentmischung erklärt wird. Nach Dietzel besteht diese Mikroentmischung darin, daß neben disilikatischen auch metasilikatische und allseitig vernetzte SiO₄-Gruppen vorliegen. In der Volumentemperaturkurve der kristallinen Substanz ist das Temperaturgebiet der „thermischen” Keimbildung gekennzeichnet durch ausgeprägte statistische Schwankungen, darin sichtbar, daß der Schmelzpunkt sich schon etwa 50 °C unterhalb anmeldet.

In dem Gebiet der „athermischen” Keimbildung, das sich von 840 °C bis etwa 680 °C erstreckt, galt der Zusammenhang zwischen Keimbildungsgeschwindigkeit und Unterkühlungsgrad nach Volmer und Frenkel. In diesem Gebiet war keine Volumenkontraktion vor der Kristallisation zu beobachten. Es wird gefolgert, daß die Schmelze hier homogen ist, soweit mit der beschriebenen Meßmethode erfaßbar. Inhomogenitäten, die anfangs existieren, werden in so kurzen Zeiten aufgelöst, daß sie nicht mehr zu messen sind. Bei dem untersuchten System kann man für das Kristallwachstum die gleichen thermischen und kinetischen Konstanten annehmen wie für die Keimbildung.