Glas ist
ein anorganisches Schmelzprodukt, eine amorphe erstarrte Schmelze, welche
durch eine kontrollierte Abkühlung ohne Kristallisation vom flüssigen in den
festen Zustand übergeht.
Deshalb
wird es auch als erstarrte Flüssigkeit definiert.
Verschiedene
Stoffe haben die Fähigkeit Glas zu bilden:
Unter den
anorganischen hauptsächlich die Oxide von Silizium, Bor, Germanium, Phophor
und Arsen.
Der hohe
Schmelzpunkt dieser Einzelkomponenten ca. (SiO2 ca. 17008C) wird durch
Beigabe von Flußmitteln (Natriumcarbonat (Soda)) drastisch gesenkt (unter
6008C). Interessant scheint in diesem Zusammenhang der Aspekt, daß
Legierungen immer einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweisen als ihre
Einzelkomponenten.
Die besonderen
Eigenschaften von Glas bezüglich Lichtdurchlässigkeit, thermischen
Verhaltens, Festigkeit, usw. sind bedingt durch den Strukturzustand und die
Zusammensetzung.
Sie sind
unabhängig von der Richtung in der sie gemessen werden, weil Glas wegen des
fehlenden Kristallgitters isotrop ist |
Glas läßt sich nach
verschiedenen Gesichtspunkten unterscheiden und dementsprechend in Gruppen
zusammenfassen.
Ein wesentliches
Merkmal ist die chemische Zusammensetzung. Hier ergeben sich drei
Hauptgruppen:
Kalknatronglas
Bleiglas
Borsilikatglas
Mindestens 95%
der gesamten Glasherstellung entfallen auf diese 3 Gruppen, die restlichen
5% sind Spezialgläser.
Glasprodukte können
außerdem nach der Produktform, der Herstellungsart und der Anwendung
unterschieden werden. Im wesentlichen gibt es hier folgende Hauptgruppen:
Flachglas
Hohlglas und
Glasrohr
Preßgläser
(Glasbausteine, Betonglassteine, Glasdachziegel)
Glasfaser
Dämmstoffe aus
Glas
Spezielle Gläser
optische
Gläser
Bei der gesamten
Weltproduktion von Glas verteilen sich die wertmäßigen Anteile wie folgt:
Flachglas 25 %, Hohlglas 60 %, Spezialgläser 10%, Glasfaser 5%.
Die wichtigste
Eigenschaft von Glas ist seine Durchlässigkeit für das sichtbare Licht. Glas
läßt Licht hindurchtreten, weil im Inneren keine Grenzflächen vorhanden
sind, die das Licht reflektieren können und weiters, die atomare Struktur
von Glas das sichtbare Licht nicht absorbiert.
Licht wird in
einer Materie absorbiert, wenn die Energie des Lichtes in der Materie zum
Schwingen anregt. Metall hat viele freie Elektronen und ist somit für das
Licht undurchlässig. Auch schwarz gefärbtes Glas läßt Licht nicht
hindurchtreten, weil dieses Schwarzglas die färbenden Ionen des Kobalts, des
Eisens oder Mangans enthält und deren Elektronen die Energie des sichtbaren
Lichts absorbieren.
Bei
normalem Glas (Fensterglas, Flaschenglas) hat nur das unsichtbare
UV-Licht genügend Energie um Elektronen im Glas zum Schwingen anzuregen.
Glas ist somit für den sichtbaren Teil des Lichtes durchlässig, nicht aber
für UV-Licht. Gebrochenes Glas ist undurchsichtig, weil es viele
Grenzflächen enthält, an denen das auftreffende Licht reflektiert wird.
Diese Eigenheit läßt sich beim Zerbrechen einer ESG-scheibe beobachten: die
Scheibe wird völlig undurchsichtig und weiß.
Der hohe Anteil an
Siliziumdioxid (Sand, ca. 75%) ist für die Härte und Festigkeit von Glas
maßgebend, gleichzeitig aber auch für die Sprödigkeit des Glas. Die
Sprödigkeit führt bei einer minimalen Überschreitung der elastischen
Verformung zum Bruch einer Glasscheibe, weil im Bereich der Bruchdehnung
praktisch keine plastischen Verformungen möglich sind.
Die theoretische
Zugfestigkeit von Glas liegt um 100.000 N/mm2, in manchen Publikationen wir
diese theoretische Zugfestigkeit mit Werten von 15.000 bis zu 25.000 N/mm2
angegeben.
Die
praktische Erfahrung zeigt aber, daß die effektive Zugfestigkeit maximal
30-80 N/mm2 erreicht, also Festigkeitswerte bis knapp 1% der theoretischen
Werte. Bei Dauerbelastungen sind sogar nur 7 N/mm2 zulässig. die
Verminderung ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß Glas kein völlig
gleichmäßiger Werkstoff ist, sondern Fehl- und Störstellen aufweist.
Dieselbe Auswirkung haben kaum sichtbare Oberflächenrisse, die sowohl im
Fertigungsprozeß als auch durch mechanische oder korrosive Beanspruchung
während der Nutzung entsteht.
Die niedrige
Zugfestigkeit kann durch eine Nachbehandlung, wie thermische oder chemische
Vorspannung auf ca. 50 N/mm2 erhöht werden.
Zum Vergleich:Holz:
Fichte Biegung: 11,5 N/mm2Beton
B225 unbewehrt Randzug: 0,8 N/mm2 Druck 6,0
Stahl: ST37 Zug,
Druck, Biegung 125 N/mm2 |