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Der Werkstoff Glas

Glas ist Sammelbegriff für eine große Zahl von Stoffen verschiedenster Zusammensetzungen, die geschmolzen werden und beim Abkühlen ohne Kristallisation erstarren. Die Struktur des Glases ähnelt der von Flüssigkeiten, es liegt aber ein Festkörper vor. Hauptbestandteil ist Quarzsand, welcher einen hohen Reinheitsgrad mit einer Korngröße unter 1mm hat. Das Glasgemenge für Kalk-Natron-Glas besteht aus 72% Quarzsand, 14% Soda, 10 Kalk und 4% sonstige Zutaten. Für weißes Tafelglas ist die zulässige Verunreinigung durch Fe2O3 0,1% und bei optischen Gläsern weniger als 0,003%. Geringe Mengen an Metallionen färben das Glas. Zum Beispiel Schwefel-Eisen braun, Eisen-II blau-grün und Kupfer blau. Die Farbe ist von der Glaszusammensetzung und der Temperatur abhängig.
Die Glasherstellung war schon in Ägypten um 3000 vor der Zeitrechnung bekannt. Die ältesten bekannten Glashütten auf deutschem Gebiet worden von den Römern bei Trier und Köln gebaut. Erst zum Ende des Mittelalters wurden die Fensteröffnungen verglast.

Herstellung

Zusammenstellung der Rohstoffe, zerkleinern und mischen. Das Schmelzen erfolgt in Hafenöfen oder in den kontinuierlich betriebenen Wannenschmelzöfen (1450-1600ordm;C). Da bei der chemischen Reaktion bis zur Glasbildung kleine Gasbläschen entstehen, werden diese in Läuterungswannen durch Luft durch geblasen oder Temperaturanstieg entfernt.
Die Formgebung von Hohlgläsern erfolgt durch das automatische Blasverfahren. Tafelglas wird im Float-Verfahren, das heiße Glas (1100ºC) läuft über eine Zinnbadoberfläche (600ºC), wird über einen Rollenkühlkanal langsam spannungsfrei abgekühlt. Durch die Zugkraft wird die Dicke des Flachglases bestimmt. Die Oberflächenqualität entspricht geschliffenem Spiegelglas. Die Verfahren, wo die Schmelze gezogen oder gewalzt werden haben an Bedeutung verloren.

Die Übersicht der Glasherstellung

Verwendung von Glas

Nachfolgend nur ausgewählte Beispiele.

Fensterglas (Natronglas)

- Schmelze als Quarzsand SiO2, Soda Na2CO3 und Kalkstein CaCO3 ,
- beständig gegen Säuren (außer Flußsäure HF),
- nicht beständig gegen Basen (Trübung),
- Glas ist amorph (nicht kristallin.)

6SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 ---> Na2O . CaO . 6SiO2 + 2CO2

Böhmisches Glas (Kaliglas)

- Die Schmelze besteht aus Quarzsand SiO2, Pottasche K2CO3 und Kalkstein CaCO3
- Kaliglas ist resistenter, härter, schwerer schmelzbar und stärker lichtbrechender als Natronglas

8SiO2 + K2CO3 + CaCO3 ---> K2O . CaO . 8SiO2 + 2CO2

Bleiglas (Bleikristall)

- Die Schmelze besteht aus Quarzsand SiO2, Bleioxid PbO und Kalkstein CaCO3
- hohe Dichte (3.5-4.8 kg/dm3)
- leicht erweichbar, leicht verarbeitbar

Borosilikatglas (Jenaerglas)

- Die Schmelze besteht aus Quarzsand SiO2, Boroxid B2O3, Aluminiumoxid AL2O3, Bariumoxid BaO, Natriumoxid Na2O, Calciumoxid CaO und Magnesiumoxid MgO
- Bor verhindert die Wärmedehnung des Glases, das heißt, das Glas springt nicht
- Aluminium setzt die Sprödigkeit herab
- Barium erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen Basen
- Erweichungstemperatur bei circa 650 ºC

Wärmedämmstoff

Besondere Bedeutung hat der Werkstoff Glas für das Bauwesen. Es zeichnet sich durch die verhältnismäßig große Härte, der Durchsichtigkeit und der geringen Wärmeleitfähigkeit λ=0,8 W/mK aus. Mit der industriellen Großproduktion wurde das Fensterglas zu einem Massenartikel. Die Glaswolle und die Glasfasern sind außerordentlich gut wärme- und schallisolierend und finden eine breite Anwendung. Egenso ist das Schaumglas ein guter Wärmedämmstoff. Nachfolgend eine allgemeine Übersicht der Verwendung des Werkstoffs Glas.

Ein neues Produkt sind Glasflocken mit speziellen Beschichtungen, die als Bestandteil von Hausanstrichen ein Temperaturmanagement ausüben. Erfolgt eine direkte Sonnenbestrahlung, wie im Winter, wo die Sonnenbahn tiefer verläuft, so erfolgt eine Absorption der Wärmestrahlung. Im Sommer bei hohem Sonnenstand erfolgt dagegen eine Reflektion der Sonnenstrahlung. Dieses Produkt befindet sich noch in der Entwicklungsphase im Labor.[1]

Schematische Übersicht der Verwendung von Glas und Glaswerkstoffen

Quelle:
Scholz, Wilhelm, Baustoffkenntnis, 13. Aufl. Werner Verlag 1995, S 108
Renneberg, Werner; Meyendorf, Gerhard, Möhle, Horst; Heyer, Charlotte; Anorganische Chemie Teil 1 , Lehrbuch für Klass 8, Volk und Wissen Volkseigener Verlag Berlin 1968, S. 100ff
[1] Die Häuser werden glitzern, Impulse 3/2010 S. 48


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