Kinetics of sub-liquidus phase separation in silicate and borate glasses. A review

Many silicate and borate glass systems exhibit sub-liquidus immiscibility. The fine-scale microstructure of phase separated systems has been studied mainly by electron microscopy and small angle X-ray scattering. The classical theories of homogeneous nucleation, spinodal decomposition and coarsening, and more recent statistical theories of segregation are outlined. These theories are compared with experimental data for the kinetics of amorphous phase separation. In the early stages of separation, for compositions and temperatures in the region between the binodal and spinodal and in particular close to the binodal, the results are consistent with a homogeneous nucleation process. The classical theory of spinodal decomposition only agrees qualitatively with experimental data for the central region of the miscibility gap. The kinetics of coarsening are in general agreement with theory. Recent predictions from computer simulation studies on model alloys appear to be valid for glass systems. Experimental studies of the influence of amorphous phase separation on crystallization of glasses are also reviewed. In certain circumstances there is clear evidence that amorphous phase separation enhances the rates of crystal nucleation and growth.Beaucoup de silicates et borates vitreux ont une lacune métastable de miscibilité. La microstructure très fine des verres avec séparation de phases a été étudiée principalement par microscopie électronique et diffusion de rayons X aux petits angles. Les théories classiques de nucléation homogène, décomposition spinodale, "coarsening" et les plus récentes théories statistiques de la ségrégation sont exposées. Ces théories sont comparées avec les données expérimentales liées à la cinétique de la séparation de phases. Les résultats associés aux premiers stades, près de la binodale, sont en accord avec un modèle de nucléation homogène. La théorie classique de la décomposition spinodale montre un accord seulement qualitatif avec les résultats expérimentaux dans la région centrale de la lacune de miscibilité. La cinétique de "coarsening" après les stades initiaux, sont en accord général avec la théorie. Des prédictions récentes des études par simulation à l'ordinateur sur des alliages modèles paraissent être valides aussi pour les systèmes vitreux. Les études expérimentales de l'influence de la séparation de phases amorphes sur la cristallisation des verres sont aussi présentées. Ces études montrent des évidences claires permettant de conclure que la séparation de phases favorise la nucléation cristalline.Craievich Aldo F., Zanotto Edgar E, James Peter F. Kinetics of sub-liquidus phase separation in silicate and borate glasses. A review. In: Bulletin de Minéralogie, volume 106, 1-2, 1983. Silicates liquides