Impactinator® Glas

Borosilikat Glas

Glas ist ein anorganisches, nichtmetallisches Material, das keine kristalline Struktur hat. Solche Materialien werden als amorph bezeichnet und sind praktisch feste Flüssigkeiten, die so schnell abgekühlt werden, dass sich keine Kristalle bilden können. Typische Gläser reichen vom Kalk-Natron-Silikatglas für Glasflaschen bis hin zum extrem hochreinen Quarzglas für Lichtwellenleiter. Glas wird häufig für Fenster, Flaschen, Trinkgläser, Transferleitungen und Behälter für hochkorrosive Flüssigkeiten, optische Gläser, Fenster für nukleare Anwendungen etc. verwendet. In der Geschichte wurden die meisten Produkte aus geblasenem Glas hergestellt. In jüngster Zeit wurde das meiste Flachglas im Floatverfahren hergestellt. Die Massenproduktion von Flaschen und dekorativen Produkten wird im industriellen Maßstab mit dem geblasenen Glasverfahren hergestellt. Die mundgeblasenen Glasartikel werden in Kunst-/Handwerkszentren in ganz Großbritannien hergestellt.

Der Hauptbestandteil von Glas ist Siliziumdioxid (SiO 2). Die häufigste Form von Kieselsäure, die in der Glasherstellung verwendet wird, ist seit jeher Sand.

Der Sand selbst kann zur Glasherstellung geschmolzen werden, aber die Temperatur, bei der dies erreicht werden kann, liegt bei etwa 1700o C. Durch die Zugabe anderer Chemikalien zum Sand kann die Temperatur der Schmelze erheblich reduziert werden. Die Zugabe von Natriumkarbonat ( Na 2 CO 3), bekannt als Soda-Asche, in einer Menge, um eine geschmolzene Mischung aus 75% Kieselsäure (SiO 2) und 25% Natriumoxid (Na 2O) herzustellen, reduziert die Temperatur der Schmelze auf etwa 800o C. Ein Glas dieser Zusammensetzung ist jedoch wasserlöslich und wird als Wasserglas bezeichnet. Um dem Glas Stabilität zu verleihen, werden andere Chemikalien wie Calciumoxid (CaO) und Magnesiumoxid (MgO) benötigt. Die Rohstoffe für die Einführung von CaO und MgO sind ihre Karbonate, Kalkstein (CaCO 3) und Dolomit (MgCO3), die bei hohen Temperaturen Kohlendioxid abgeben und die Oxide im Glas zurücklassen.

Borosilikatglas wird aus 70% - 80% Kieselsäure (SiO 2) und 7% - 13% Boroxid (B2O3 ) mit geringen Mengen des Alkalis Natriumoxid (Soda) (Na 2O) und Aluminiumoxid (AI2O3) hergestellt. Glaswaren werden oft in Laboratorien verwendet, in denen wiederholter Kontakt mit Wasserdampf bei hohen Temperaturen Alkaliionen auslaugen kann. Borosilikatglas hat einen relativ geringen Alkaligehalt und damit eine hohe Beständigkeit gegen den Angriff von Wasser. Borosilikatglas hat eine außergewöhnliche Temperaturwechselbeständigkeit, da es einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten (3,3 x 10 -6 K-1) und einen hohen Erweichungspunkt hat. Die maximal empfohlene Arbeitstemperatur (kurzzeitig) für Borosilikatglas beträgt 500oC Borosilikatglas hat gute optische Eigenschaften mit der Fähigkeit, Licht durch den sichtbaren Bereich des Spektrums und im nahen ultravioletten Bereich zu übertragen. Es wird daher in der Photochemie häufig eingesetzt. Aufgrund seiner thermischen und optischen Eigenschaften wird es häufig für hochintensive Beleuchtungsanwendungen eingesetzt. Dieses Glas wird bei der Herstellung von Glasfasern zur Verwendung in Kunststoff- und Textilverstärkungen verwendet - siehe unten Im Haushalt ist Borosilikatglas in Form von Ofengeschirr und anderen hitzebeständigen Haushaltsgegenständen wie z.B. Pyrex bekannt. Diese Gegenstände werden im Allgemeinen bei Temperaturen bis 250oC verwendet. Borosilikatglas hat eine sehr hohe Beständigkeit gegen den Angriff von Wasser, Säuren, Salzlösungen, Halogenen und organischen Lösungsmitteln. Es hat auch eine mäßige Beständigkeit gegen Laugen. Lediglich Flusssäure, heiße konzentrierte Phosphorsäure und starke Laugen verursachen eine nennenswerte Korrosion des Glases. Deshalb wird dieses Glas in chemischen Anlagen und für Laborgeräte weit verbreitet eingesetzt.

Glas hat eine große Eigenfestigkeit. Es wird nur durch Oberflächenfehler geschwächt, die dem alltäglichen Glas seinen zerbrechlichen Ruf verleihen. Eine spezielle Oberflächenbehandlung kann die Auswirkungen von Oberflächenfehlern minimieren. Die praktische Zugfestigkeit des Glases beträgt etwa 27MPa bis 62 MPa. Glas kann jedoch extrem hohen Druckspannungen standhalten. Daher ist der größte Teil des Glasbruchs auf das Versagen der Zugfestigkeit zurückzuführen. Der Grund für die schwache Zugfestigkeit von Glas ist, dass es normalerweise von mikroskopisch kleinen Rissen bedeckt ist, die lokale Spannungskonzentrationen erzeugen. Glas besitzt keine Mechanismen zur Reduzierung der daraus resultierenden hohen lokalen Spannungen und unterliegt daher einem schnellen Sprödbruch. Es gibt zwei Methoden, um dieses Problem zu reduzieren / zu beseitigen: Thermische oder chemische Behandlung des Glases, so dass die äußeren Oberflächen unter relativ hoher Druckspannung stehen, während der mittlere Bereich zwischen den Oberflächen unter Zugspannung steht. Die Risse werden daher "durch die ständige Eigenspannung geschlossen gehalten... Es handelt sich um vorgespanntes/vorgespanntes Glas. Die Festigkeit des Glases kann mit dieser Methode um bis zu Faktor 10 verbessert werden. Es wird sichergestellt, dass die Glasoberflächen keine Risse aufweisen und dass das Glas im Gebrauch nicht in mechanischen Kontakt mit Dingen kommt, die die Oberfläche verkratzen könnten. Gläser, die ohne Oberflächenfehler hergestellt werden, haben einen Festigkeitswert