Glas - Technik.

« Glas - Technik. 1 EINLEITUNG Glas , im allgemeinen Sinn Schmelzprodukte aus Quarzsand (Siliciumdioxid) mit anderen oxidischen Beimengungen.

Im wissenschaftlichen Sinn versteht man unter Gläsern Feststoffe, die sich im amorphen (ohne einheitliche Struktur), nichtkristallinen Zustand befinden. Im Prinzip handelt es sich bei Glas um eine eingefrorene, unterkühlte Flüssigkeit oder Schmelze.

Ist beispielsweise die Abkühlgeschwindigkeit bei einer Schmelze genügendgroß, so lässt sich praktisch jede geschmolzene Substanz in den „Glaszustand” überführen.

Daher zählen nicht nur Quarzsandprodukte zu den Gläsern.

Auch Substanzen wiez.

B.

Acrylglas (u.

a.

Plexiglas) und Zellglas (aus Cellulose) gehören zu dieser Substanzgruppe.

Glas findet sich auch in der Natur, in dem aus vulkanischer Tätigkeitstammenden Obsidian, und den geheimnisvollen Tektiten, die nach jüngsten Erkenntnissen durch Meteoriteneinschläge entstanden.

Durch Erhitzen kann Glas wiederverflüssigt werden.

Glas ist in der Regel transparent, kann aber auch nur halb durchsichtig oder opak (undurchsichtig) sein.

Durch besondere Stoffzusätze entsteht gefärbtesGlas. Geschmolzenes Glas ist plastisch und durch die verschiedensten Techniken formbar.

Erkaltetes Glas lässt sich schneiden.

Bei niedrigen Temperaturen ist Glas spröde; wennes zerspringt, erscheint auf der Oberfläche ein muschelartiges Bruchgefüge. Glas wurde bereits 1250 v.

Chr.

erzeugt; die älteste bekannte Rezeptur stammt von 700 v.

Chr., aber es gibt viele Anzeichen dafür, dass Glas und insbesondere Glasurenbereits viel früher hergestellt wurden. 2 MATERIALIEN UND TECHNIKEN Der Hauptbestandteil des herkömmlichen Glases ist Siliciumdioxid (Quarzsand).

Je nach Anwendungsgebiet besteht Glas aus Gemischen von basischen Oxiden (wie z.

B.Natrium-, Kalium-, Magnesium-, Calcium-, Barium- oder Zinkoxid) und sauren Oxiden (z.

B.

Siliciumdioxid, Bortrioxid, Aluminiumtrioxid oder Diphosphorpentoxid). 2.1 Alkali-Kalk-Gläser Natron-Kalk-Glas setzt sich aus Natriumoxid, Calciumoxid und Siliciumdioxid, Kali-Kalk-Glas aus Kaliumoxid, Calciumoxid und Siliciumdioxid zusammen.

Das natriumhaltigeGlas stellt im Prinzip das normale Gebrauchsglas dar.

Hierzu zählen z.

B.

Fensterglas, Flaschen- und Spiegelglas.

Kaliumhaltige Gläser sind im Gegensatz zu den Natron-Kalk-Gläsern schwerer schmelzbar.

Kali-Kalk-Gläser verwendet man für besondere Zwecke wie z.

B.

Kronglas (optische Gläser).

Darüber hinaus gibt es Gläser, die sowohl natrium- als auch kaliumhaltig sind.

Zur technischen Herstellung dieser Gläser verwendet man Quarzsand, Natriumcarbonat (Soda) und/oder Kaliumcarbonat (Pottasche).Als Kalkkomponente (Calciumcarbonat) werden Kreide oder Marmor bzw.

bei weniger feinen Gläsern Kalkspat oder Kalkstein eingesetzt.

Beim Erhitzen bilden die Carbonateletztendlich das entsprechende Oxid und geben dabei Kohlendioxid ab.

Zu einem geringen Anteil enthalten diese Gläser außerdem Aluminiumtrioxid und Magnesiumoxid. 2.2 Bleikristallglas Feines Bleikristallglas wird aus Quarzsand, Kaliumcarbonat und Bleioxid (anstatt Kalk) hergestellt.

Bleikristall ist schwer und weist eine starke Lichtbrechungsfähigkeit auf.Deshalb wird es beispielsweise für geschliffene Gebrauchs- und Luxusgegenstände eingesetzt. 2.3 Bor-Tonerde-Gläser Bor-Tonerde-Glas enthält neben Siliciumdioxid und Alkalien als wichtigen Bestandteil noch Bor- und Aluminiumoxid.

Da es sehr haltbar und gegen chemische Substanzenund Hitze äußerst widerstandsfähig ist, wird es u.

a.

für Kochgeschirr und Laborgeräte (z.

B.

Jenaer Glas ) verwendet. 2.4 Farbe Verunreinigungen in den Rohstoffen trüben das Glas.

Um eine klare, farblose Masse zu erzielen, fügen die Glashersteller Mangandioxid bei; die durch Eisen im Sandhervorgerufene Grün- und Braunfärbung wird damit entfernt.

Allgemein lässt sich Glas färben, indem man bestimmte Metalloxide in das Gemenge mischt.

Außerdem lassensich andere Farbstoffe in mikroskopisch feiner Form in der Glasmasse verteilen.

Eine Trübung des Glases erreicht man mit Hilfe von Calciumphosphat, Zinndioxid undKryolith.

Aber auch die Nachbehandlung durch Schleifen oder Sandstrahlen bzw.

durch Ätzen (mit Flusssäure) ist üblich. 2.5 Weitere Bestandteile Schmelzmassen enthalten in der Regel einen bestimmten Anteil gemahlener Glasscherben, die aus Altglas gewonnen werden.

Diese Beimischung fördert denSchmelzvorgang und die Homogenität des Glassatzes. 2.6 Physikalische Eigenschaften Je nach Zusammensetzung kann Glas bereits bei einer Temperatur von 500 °C, aber auch erst bei 1 650 °C schmelzen.

Die Zugfestigkeit, die normalerweise zwischen 280und 560 Kilogramm pro Quadratzentimeter beträgt, kann bei speziell behandeltem Glas 7 000 Kilogramm pro Quadratzentimeter überschreiten.

Die relative Dichte geht von2 bis 8 bzw.

von einem Wert, der unter dem von Aluminium liegt, bis zu der Dichte von üblichem Stahl.

Ähnlich weit auseinanderliegende Werte gelten für die optischen undelektrischen Eigenschaften. 3 MISCHEN UND SCHMELZEN Nachdem die Rohstoffe sorgfältig vorbereitet sind, werden sie vermischt und in entsprechende Öfen eingetragen.

So genannte Hafenöfen bestehen z.

B.

aus 16 großenSchmelzgefäßen aus Ton („Glashäfen”), die etwa 400 bis 800 Kilogramm Rohmaterial fassen können.

Noch größere Gefäße sind die so genannten Wannenöfen mit einemFassungsvolumen bis zu 300 Tonnen und mehr.

In diesen Schmelzbehältnissen werden die Mischungen zunächst bei Temperaturen bis zu 1 000 °C geschmolzen undanschließend bei Temperaturen bis 1 450 bzw.

1 550 °C geläutert (Beseitigung von Glaseinschlüssen oder Fehlern).

Die Öfen werden mit Erdgas, Heizöl und/oder Strombeheizt.

Das Rohmaterial wird laufend (kontinuierlich) durch eine Öffnung in den Ofen befördert.

Im Gegenzug wird das geschmolzene und verfeinerte Glas am anderenEnde abgezogen.

In langen Kühlöfen oder Kühlkammern kühlt die geschmolzene Masse auf die richtige Bearbeitungstemperatur ab und wird anschließend zu denVerarbeitungsmaschinen weitergeleitet. 4 FORMGEBUNG Es gibt fünf grundlegende Verarbeitungsmethoden für Glas in plastischem Zustand: Gießen, Blasen, Ziehen, Pressen und Walzen.

Damit lässt sich eine unendlicheFormenvielfalt erzielen.

Die Formgebungstemperaturen liegen zwischen 900 und 1 200 °C.. »