Investigations on Fiber Production Attempts from the Borosilicate and SMFMZS (SrO-MgO-Fe2O3-Mn2O3-ZrO2-SiO2) Glass Systems

Abstract

The glass fiber production generally consists of various optimized processes. The glass formation tendency of melt and its crystallization behavior during drawing are significant process parameters. Furthermore, the resistance against to crystallization during glass melting generally plays a pivotal role on the stability of glass. Thus, this gains a tremendous importance on re-forming of an existing glass. In the present research, the glass fiber drawing attempts from a commercially available borosilicate glass and SMFMZS composition were investigated. Differentiate thermo-gravimetric analysis (DTA) data acquired from the borosilicate glass were firstly compared with those of SMFMZS glass composition to examine the appropriate crystallization behaviors of glass samples. Afterwards, both borosilicate and SMFMZS glass groups’ long time heat treatment experiments were carried out for 24 hours using a specially designed thermal gradient furnace. As a result, X-ray diffraction (XRD) analysis findings indicated that there was no crystal formation in the borosilicate glass; whereas the SMZS system contains various crystal phases. Micro-structural observations through the combination of high resolution scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX) analysis determined that these crystal phases are rich in zirconium and/or magnesium-based (aluminium) silicates. Also, the former studies on the alkali resistance revealed that the SMFMZS glasses are more durable than borosilicate glass fibers. Therefore, the performed studies herein were focused on to improve the fiber drawing ability of the SMFMZS glasses.

Cam fiber üretimi genellikle çeşitli süreçlerin en uygun hale getirilmesiyle gerçekleştirilmektedir. Eriyikten cam oluşum eğilimi ve çekim esnasında fiberin kristalleşmesi önemli süreç değişkenleridir. Ayrıca, ergime esnasında kristalleşmeye karşı gösterilen direnç camın kararlılığı üzerinde önemli rol oynamaktadır. Bu çalışmada, mevcut bir ticari borosilikat camı ve SMFMZS sistem bileşiminden cam fiber çekme denemeleri yapılmıştır. Borosilikat camından kaydedilen diferansiyel ısısal-ağırlık ölçümüne dayalı analiz (DTA) verileri öncelikle cam numunelerinin uygun kristalleşme davranışlarını incelemek için SMFMZS cam bileşimi ile karşılaştırılmışlardır. Sonrasında, borosilikat ve SMFMZS cam gruplarının uzun süreli ısıl işlem çalışmalarına özel olarak tasarlanmış bir ısıl gradyan fırını kullanılarak (24 saat) geçilmiştir. Sonuçta, X-ışını kırınım (XRD) analizi verileri borosilikat camı içerisinde herhangi bir kristalin gelişmediğini, buna karşın SMFMZS sistem camlarının çeşitli kristal fazları içerdiğini göstermiştir. Yüksek ayırma güçlü taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji saçınımılı X-ışını (EDX) analizi ile gerçekleştirilen mikroyapısal gözlemler söz konusu kristal fazların zirkonyum ve/veya magnezyumca zengin (alüminyum) silikatlar olduğunu belirlemiştir. Aynı zamanda, alkali dayanımı üzerine daha önce yapılan araştırmalar SMFMZS camlarının borosilikat cam fiberlerinden daha dayanıklı olduğunu göstermiştir. Dolayısıyla, burada SMFMZS cam sisteminden fiber çekme kabiliyetini iyileştirme üzerine odaklanılmıştır.