C.4.6 Glas Erstarrte Schmelzen ohne Kristallisation amorpher, nichtkristalliner Zustand: abgekühlt und erstarrt Plastische Stoffe: energetisch zwischen fest und flüssig unscharfer Erweichungsbereich kein scharfer Schmelzpunkt! Viskosität nimmt beim Schmelzen zu hochviskose flüssige Masse stabiler als glasartig spröde Festmasse Flüssigkeit: mit hoher Zähigkeit bei Raumtemperatur Glasschmelze: ca. 10 Pas (vergleichbar mit Olivenöl) Heißverarbeitungsbereich: ca. 10 3 bis 10 7 Pas (Honig) Glas verformt sich durch sein Eigengewicht sprödes Glas: 10 12 und 10 14 Pas Fähigkeit zur Glasbildung: Oxide von Silicium, Bor, Germanium, Phosphor, Arsen einige Schwefel- und Selenverbindungen Metalllegierungen und organische Stoffe Gläser sind instabiler als Kristalle und haben eine geringere Dichte Kristallisation wegen der hohen Zähigkeit nur bei sehr langsamer Abkühlung
C.4.6 Armorpher Zustand Zusammensetzung: Eigenschaften von Chemie abhängig 1. Netzwerkbildner (saure Bestandteile): Quarzsand SiO 2 Phosphor-h oder Arsenpentoxid, Bortrioxid id und Aluminiumoxid 2. Netzwerkstörer (basische Bestandteile): Oxide von Ca, Na, K und Pb: Na 2 O, K 2 O, MgO, CaO, BaO, ZnO Soda (Na 2 CO 3 ) als Flussmittel Kalk: CaCO 3 als Stabilisator Natriumsulfat, -chlorid: Läuterungsmittel (gegen Gasblasen) 3. Trennstellenschließer: Boroxid, Aluminiumoxid, Aluminiumsilicate (Kaolin, Feldspäte) ändern Eigenschaften des Glases: z.b. höhere Schmelzbereich als Na/Ca-Glases (-> Duran-Gläser)!
C.4.6 Formgebung g von Glas Eigenschaften von Glas: Zugfestigkeit: it 280 und 560 kg/cm², Spezialglas bis 7.000 kg/cm² Dichte: 2 bis 8 kg/l Gießen: in eine Form gegossen, bei Drahtglas wird ein Drahtgeflecht vor dem Abkühlen in die Schmelze eingelegt. Glasblasen: Hohlglas handgeformt und mundgeblasen Pneumatisches Pfeifen mit Druckluft (maschinengeblasen) Hohlköperblasverfahren Ziehen: Flüssiges Glas direkt vom Ofen zu Objekt gezogen, Röhren, Platten, Fasern und Stäbe, Flachglas Pressen und Walzen: Tafel- und Spiegelglas Kontrollierte Abkühlung der Produkte auf Raumtemperatur
C.4.6 Normalglas Normalglas (Gebrauchsglas für Fenster und Flaschen): Natronkalkglas: Na 2 O. CaO. 6 SiO 2 (ca. 90 % des Glases!) Chemie und Umwelt: 5 bis 30 MJ Energie / kg Glas großer Energieverbrauch! CO2! Landschaftsschäden häd durch Steinbrüche oder Sandgruben, Waldrodungen (Pottaschegewinnung), Schwermetallbäder bei der Flachglasherstellung Herstellung: Rohstoffe Quarzsand, Soda, Kalk - gemahlen, erhitzt (Wannenofen) Sinterung ab 600-800 C: Kalk, Soda etc. reagiert unter CO 2 -Freisetzung mit Quarz zu Silicaten (Säure/Basen-Reaktion): CaCO 3 + SiO 2 > CaSiO 3 + CO 2 Ausgangssubstanzen schmelzen bei 1600-1800 C Hafenöfen Schmelzgefäße aus Ton ( Glashäfen ) oder Wannenöfen schmelzen bei Temperaturen bis zu 1 000 C Beseitigung von Glaseinschlüssen oder Fehlern bei 1.450-1.550 C Kühlkammern: Bearbeitungstemperatur, Maschinen
C.4.6 Glasarten Überzüge: Glasuren enthalten viele Netzwerkstörer und schmelzen niedrig; bleihaltige Glasuren, empfindlich gegen Korrosion Lüsterfarben sind aufgedampfte Schwermetall(verbindungen) wie Cd. Diese waren besonders auf Jugendstilgläsern beliebt. Spiegelüberzüge (und Christbaumschmuck) werden durch Reduktion mit Glucose von Silbernitrat beschichtet (versilbert) Quarzglas: Erstarrte Schmelze von kristallinem Quarz (SiO 2 ) geringe Wärmeausdehnung Temperaturwechselbeständigkeit UV-Durchlässigkeit, hoher Erweichungspunkt (über 1400 C) chemisch sehr widerstandsfähig Laborgeräte Quarzglas ist sehr teuer (Schmelze bei über 2 000 C) Farbgläser: Schwermetalloxidspuren als Farbgeber: CoO (blau), Fe 2 O 3 (braun), Cr 2 O 3 (Smaragdgrün), MnO 2 (violett), CuO (blaugrün), U 3 O 8 /NiO (gelb), FeO (grün) Au,Se (rubinrot), Cu 2 O (rot) Wenig transparentes Mattglas durch Anätzen mit Flußsäure oder durch Einwirkung von Sandstrahlgebläsen. a Zugabe von Calciumfluorid, Calciumphosphat, Zinndioxid zur Glasschmelze liefert durchgehend milchiges Opalglas (Odol)
C.4.6 Spezialgläser Fototrope Gläser: Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren Spektralbereich (400-700 nm) bei Bestrahlung mit Sonnenlicht (UV-Strahlung) Schwärzung: Bildung von Silberteilchen (5-30 nm) aus Silberhalogeniden AgCI (durchsichtig) Ag (undurchsichtig) + CI Vorgang umkehrbar, Chloratome reagieren mit Silber wieder zurück Transmission: ohne Sonne ca. 90%, bei Sonnenlicht ca. 25% Schwärzung bzw. Wiederaufhellung langsam (ca. 10 min)! Einscheibensicherheitsglas: Thermische Vorspannung: durch Erwärmen und rasches Abkühlen zerfällt bei Bruch in kleine Glasstücke ohne scharfe Kanten Chem. Vorspannung: Natrongläser in Kalisalzschmelze tauchen Natriumionen i in Oberflächenschicht hi ht durch größere Kaliumionen i Verbundglas (Mehrscheibensicherheitsglas): Scheiben durch zäh elastische Kunststoffschichten verbunden Kunststoffe reißen beim Bruch nicht!!! Windschutzscheiben, Bauglas, Fensterscheiben (Argonfüllung)
C.4.6 Glasarten Email: Schmelze von Natrium-, Siliciumoxid, i id Borate Trübungsmittel: Zinndioxid, Calciumphosphate, Farbstoffe Brei der Emailstoffe auf Metall Eintauchen / Aufsprühen Einbrennen im Emailleofen schmilzt Masse zu glänzendem, fest haftendem Überzug zusammen Vorteil: Email leicht zu reinigen Nachteil: stoßempfindlich, Temperaturwechsel, trockenes Erhitzen Glasfasern: 0,005 bis etwa 0,15 mm Durchmesser Isolierglasfasern (Glaswolle), Textilglasfasern und Lichtleitfasern Glasfaserkabel: Lichtleitung durch Totalreflexion,Nachrichtentechnik hoch reines Quarzglas (Ge für Brechungsindex), CVD und Kunststoffträger Glaskeramik (kristalline und glasartige Phasen nebeneinander): Zugabe hoch schmelzender Stoffe (Titan- oder Zirkoniumdioxid) 50-90 % Kristallphase (mikroskopisch feine Kristalle) Werkstoff fast ohne Wärmeausdehnung Temp.wechsel Herdplatten (Ceran), Knochenprothesen, Spiegelteleskop