PRESENCE, SEGREGATION AND REACTIVITY OF H, C AND N DISSOLVED IN SOME REFRACTORY OXIDES

Résumé
Les éléments légers tels que H, C et N peuvent être incorporés structurellement dans des oxydes ou silicates, à la suite d'un traitement sous H₂0, CO/CO₂ et N₂, lors de la croissance de leur cristaux ou de leur frittage. Même si la concentration en impureté est petite en valeur absolue, leur présence peut profondément modifier des propriétés techniquement importantes. L'hydrogène est incorporée sous la forme d'ions OH^-, se transformant partiellement en hydrogène moléculaire et en ions peroxyde. Le carbone a été détecté dans l'alumine frittée translucide et dans la silice fondue. Récemment l'azote a été détectée dans la magnésie, dans le minéral olivine (Mg, Fe-silicate) et dans la silice fondue. Le carbone dans la magnésie a été étudié de façon approfondie dans le but d'élucider les caractéristiques de base contrôlant son incorporation structurale, les mécanismes de diffusion et de ségrégation nécessaire pour le dégazage. Le carbone soluté forme des anions complexes par liaison covalente avec un ou deux O^-. La diffusion du carbone implique le mouvement des atomes de carbone simultanément avec des états O^- à travers le sous-réseau O^2-. Ainsi le déplacement de matière, lié à la diffusion du carbone, est couplé au transport de charges électroniques. Il apparaît que c'est le transport de charge qui contrôle la diffusion du carbone, plus qu'aucun autre paramètre physique.

Abstract
Light elements such as H, C and N can become structurally incorporated into high melting oxides and silicates as a result of contact with H₂O, CO/CO₂ and N₂ gas during crystal growth and/or sintering. Even though the concentrations of the low-z element impurities may be small in absolute terms, their presence can profoundly affect some technically important bulk and surface or grain boundary properties. H is an ubiquitous impurity in the form of OH^- ions, but transforms in part into molecular hydrogen and peroxy ions. C has been reported to be present in alumina and in fused silica. N has been detected in magnesia, in the mineral olivine and in fused silica. C in MgO has been most extensively studied in an attempt to elucidate the basic features of its structural incorporation, its diffusion mechanism and segregation behavior leading eventually to degassing. C forms anion complexes by covalently bonding to either one or two O^-. The C diffusion involves the motion of the C atom together with that of the O^- state through the essentially stationary O^2- sublattice. Thus the mass flow is coupled to the transport of an electronic charge. This charge controls the C diffusion and segregation more than any other physical parameter.