Werkstoff Glas (eBook)

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
1 Was ist Glas? 12
1.1Einleitung 12
1.2Geschichte des Glases 13
1.2.1Frühe Herstellung von Glas 14
1.2.2Glas der Antike 14
1.2.3Venedig und die europäische Glaskunst 18
1.2.4Erste technische Anwendungen von Glas 20
1.2.5Automatisierungen der Herstellung 23
1.2.6Glas-Innovationen 24
1.3Glasstruktur – Ist Glas eine Flüssigkeit? 28
1.3.1Strukturelle Beschreibung des Glaszustandes 32
1.3.1.1 Nah- und Fernordnung 32
1.3.1.2 Kristallit-Hypothese 33
1.3.1.3 Netzwerk-Hypothese 34
1.3.1.4 Reale Glasstrukturen 36
1.4Visko-elastisches Verhalten von Glas 38
1.5Keimbildung und Kristallisation 39
1.6Zusammensetzung und Eigenschaften von Gläsern 43
1.6.1Netzwerkbildner 44
1.6.2Netzwerkwandler 45
1.6.3Zwischenoxide 46
1.6.4Beispiele für Glaszusammensetzungen 46
1.6.5Wirkung von Farboxiden 51
1.6.5.1 Ionenfärbung 51
1.6.5.2 Entfärbung von Glas 54
1.6.6Kolloidale Färbung 56
Weiterführende Literatur 57
2 Glas und seine vielfältigen Anwendungen 58
2.1Einleitung 58
2.2Glas für Verpackung, Labor und Pharmazie 59
2.2.1Physikalische und chemische Eigenschaften 59
2.2.1.1 Chemische Beständigkeit 59
2.2.1.2 Thermische Eigenschaften 61
2.2.1.3 Die Definition des thermischen Ausdehnungskoeffizienten 62
2.2.1.4 Messung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten 62
2.2.1.5 Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung 64
2.2.1.6 Beständigkeit gegen Temperaturunterschiede und Temperaturwechsel 64
2.2.2Glas-Verpackung für Getränke und Lebensmittel 65
2.2.3Gläser für Labor und Industrie 67
2.2.3.1 Laborgeräte 67
2.2.3.2 Thermometer für jede Temperatur 69
2.2.3.3 Elektrodengläser 69
2.2.3.4 Glasanlagenbau 70
2.2.4Gläser für Pharmazie und Medizin 72
2.3Optik 74
2.3.1Einleitung 74
2.3.2Transmission und Absorption des Lichtes 75
2.3.3Lichtbrechung und Dispersion 80
2.3.4Qualitätsmerkmale optischer Gläser 82
2.3.5Brechzahl und Abbe-Zahl 82
2.3.6Optische Systeme 87
2.3.6.1 Achromatische Objektive 87
2.3.6.2 Low-Tg-Gläser für asphärische Linsen 88
2.3.7Lichtleitfasern 90
2.3.8Aktive Gläser 91
2.3.9Substrate für optische Anwendungen mit höchster Formkonstanz 94
2.3.9.1 Anwendungen in der Astronomie 94
2.3.9.2 Anwendungen in der Optoelektronik 95
2.4Architektur und Automobilbau 96
2.4.1Einleitung 96
2.4.2Glasspiegel 97
2.4.3Wärmeschutz- und Sonnenschutzgläser 99
2.4.4Entspiegelte Gläser 102
2.4.5Gläser mit elektrisch leitfähigen Beschichtungen 105
2.4.6Gläser mit variabler Lichtdurchlässigkeit 106
2.4.7Selbstreinigendes Glas 108
2.4.8Festigkeit 109
2.4.8.1 Thermisch vorgespanntes Glas (Einscheibensicherheitsglas) 113
2.4.8.2 Chemisch vorgespanntes Glas 114
2.4.8.3 Verbundsicherheitsglas 116
2.4.8.4 Brandschutzglas 117
2.5Elektrotechnik und Elektronik 120
2.5.1Anwendung von Glas in Elektrotechnik und Elektronik 121
2.5.2Physikalische Grundlagen 122
2.5.2.1 Elektrische Leitfähigkeit 122
2.5.2.2 Messung der Leitfähigkeit 124
2.5.2.3 Durchschlagsfestigkeit 125
2.5.3Einschmelzgläser 126
2.5.3.1 Einschmelzen von Metallen 128
2.5.4Gläser zum Löten und Passivieren 128
2.5.5Substratgläser für die Elektronik 129
2.5.5.1 Substratgläser für die Optoelektronik und Mikromechanik 129
2.5.5.2 Flachbildschirme 130
2.6Lampen 132
2.6.1Einleitung 132
2.6.2Glühlampen 133
2.6.3Halogenglühlampen 134
2.6.4Gasentladungslampen 134
2.6.5Halbleiter-Lichtquellen (LEDs) 138
2.7Energie 139
2.7.1Thermische Isolation 139
2.7.1.1 Glas- und Steinwolle 139
2.7.1.2 Schaumglas 140
2.7.2Anwendung in der Solartechnik: Solarthermie und Photovoltaik 140
2.7.3Spezialgläser für den Einsatz in der solarthermischen Stromerzeugung 143
2.8Telekommunikation 145
2.9Andere Anwendungen 148
2.9.1Anwendungen in der Nukleartechnik 148
2.9.1.1 Sichtfenster 148
2.9.1.2 Gläser zum Nachweis von hochenergetischer Strahlung 148
2.9.2Glaskeramik im Haushalt und in der Industrie 149
2.9.2.1 Glaskeramik-Herdplatten 150
2.9.2.2 Kaminsichtscheiben 152
2.9.2.3 Hochtemperatursubstrate für industrielle Anwendungen 152
2.9.3Bioglas 152
2.9.3.1 Antibakterielles Glas 152
2.9.3.2 Dentalglas 153
2.9.3.3 Bioaktives Glas 154
2.9.4Glasflakes 155
2.9.5Mikro-Glaskugeln 158
2.9.6Optische Datenspeicherung 159
Weiterführende Literatur 160
3 Herstellung – Schmelzen und Formgebung von Glas 161
3.1Einleitung 161
3.2Glasrohstoffe und Recyclingscherben 161
3.3Glasschmelzöfen 165
3.3.1Energiebedarf 168
3.3.2Flammenbeheizung 169
3.3.3Elektrobeheizung 171
3.3.4Umweltschutz 172
3.4Formgebung 175
3.4.1Herstellung von Flachglas 176
3.4.2Herstellung von Behälterglas 182
3.4.2.1 Tropfenspeiser 184
3.4.2.2 Formgebungsprinzipien 186
3.4.2.3 Glasformgebungsmaschinen 189
3.4.3Herstellung von Rohren 192
3.4.4Herstellung von Glasfasern 195
3.5Unkonventionelle Glasherstellverfahren 198
3.5.1Flammenhydrolyse 198
3.5.2Sinterverfahren 202
3.5.3Sol-Gel Verfahren 203
3.5.3.1 Hydrolyse 203
3.5.3.2 Kondensation 203
3.5.4Biogene Gläser 204
Weiterführende Literatur 207
4 Die Zukunft des Glases 208
4.1Einleitung 208
4.2Dünnstgläser: Glas von der Rolle 208
4.3Hochfestes Glas 212
4.4Energieeinsparung bei der Glasherstellung 214
4.5Substitution von Rohstoffen 218
4.6Metallische Gläser 219
4.7Ausblick 223
Weiterführende Literatur 226
5 Anhang 227
5.1Verbände und Organisationen 227
5.2Deutsche Universitäten und Institute mit Glasbezug 228
5.3Ausgewählte Museen rund ums Glas 229
5.4Wissenswertes zum Thema Glas 230
5.5Glossar 230
Stichwortverzeichnis 235