Table Of ContentTECHNIK IM FOKUS
DATEN FAKTEN HINTERGRÜNDE
Helmut A. Schaeffer
Roland Langfeld
Werkstoff Glas
Alter Werkstoff mit großer Zukunft
Technik im Fokus
(cid:2)
Helmut A. Schaeffer Roland Langfeld
Werkstoff Glas
Alter Werkstoff mit großer Zukunft
HelmutA.Schaeffer RolandLangfeld
Berlin,Deutschland FrankfurtamMain,Deutschland
ISSN2194-0770
ISBN978-3-642-37230-8 ISBN978-3-642-37231-5(eBook)
DOI10.1007/978-3-642-37231-5
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Vorwort
KaumeinMaterialfasziniertunsso sehrwiederWerkstoffGlas. Seine
LichtdurchlässigkeitschätzenwirbeiVerglasungenvonGebäuden,seine
chemischeBeständigkeitbeiFlaschenundGläsern.Undwirerfreuenuns
an der Vielzahl der künstlerischen Glasobjekte aus Vergangenheit und
Gegenwart,diedienahezuunendlichenMöglichkeitenderFormgebung
undBearbeitungvorAugenführen.
Dabeiistunsnichtbewusst,dasserstderEinsatzdesWerkstoffsGlas
die Funktion von technischen Geräten und Systemen ermöglicht: op-
tische Gläser in Objektiven von Kameras und Endoskopen, Glaswolle
fürdieSchall-undWärmedämmung,dünnesFlachglasfürBildschirme,
LaptopsundSmartphonessowieGlasfasernfürdieTelekommunikation.
Diese vielfältigen Anwendungenbenötigen unterschiedlich zusammen-
gesetzteGläserundstellensomitimmerneueHerausforderungenandie
ForschungundtechnischeUmsetzung.
Mit dem vorliegenden Buch zeichnen die Autoren den langen Weg
desGlasesbeginnendmitdenfrühenhistorischenKunstobjektenbiszu
den innovativen Anwendungen nach. Glaskomposition und Glaseigen-
schaften, die Prozessabläufe beim Schmelzen von Glas sowie Formge-
bungsverfahren sind Themen des Buches, die dem interessierten Leser
dieunerschöpflicheWeltdesGlaseserschließen.
BerlinundFrankfurtamMain,Juli2013 HelmutA.Schaeffer
RolandLangfeld
V
Inhaltsverzeichnis
1 WasistGlas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 GeschichtedesGlases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 FrüheHerstellungvonGlas. . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 GlasderAntike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 VenedigunddieeuropäischeGlaskunst . . . . . 6
1.2.4 ErstetechnischeAnwendungenvonGlas . . . . 9
1.2.5 AutomatisierungenderHerstellung . . . . . . . . 10
1.2.6 Glas-Innovationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 Glasstruktur–IstGlaseineFlüssigkeit? . . . . . . . . . 15
1.3.1 StrukturelleBeschreibungdesGlaszustandes . . 17
1.4 Visko-elastischesVerhaltenvonGlas . . . . . . . . . . . 23
1.5 KeimbildungundKristallisation . . . . . . . . . . . . . . 24
1.6 ZusammensetzungundEigenschaftenvonGläsern . . . 28
1.6.1 Netzwerkbildner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.6.2 Netzwerkwandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.6.3 Zwischenoxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.6.4 BeispielefürGlaszusammensetzungen . . . . . . 30
1.6.5 WirkungvonFarboxiden . . . . . . . . . . . . . . 34
1.6.6 KolloidaleFärbung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
WeiterführendeLiteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2 GlasundseinevielfältigenAnwendungen . . . . . . . . . . 41
2.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2 GlasfürVerpackung,LaborundPharmazie . . . . . . . 42
2.2.1 PhysikalischeundchemischeEigenschaften . . 42
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
2.2.2 Glas-VerpackungfürGetränkeundLebensmittel 48
2.2.3 GläserfürLaborundIndustrie . . . . . . . . . . . 50
2.2.4 GläserfürPharmazieundMedizin . . . . . . . . 54
2.3 Optik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.3.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.3.2 TransmissionundAbsorptiondesLichtes . . . . 57
2.3.3 LichtbrechungundDispersion . . . . . . . . . . . 60
2.3.4 QualitätsmerkmaleoptischerGläser . . . . . . . 63
2.3.5 BrechzahlundAbbe-Zahl . . . . . . . . . . . . . . 63
2.3.6 OptischeSysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.3.7 Lichtleitfasern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.3.8 AktiveGläser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.3.9 SubstratefüroptischeAnwendungen
mithöchsterFormkonstanz . . . . . . . . . . . . . 73
2.4 ArchitekturundAutomobilbau . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.4.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.4.2 Glasspiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.4.3 Wärmeschutz-undSonnenschutzgläser . . . . . 78
2.4.4 EntspiegelteGläser . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
2.4.5 GläsermitelektrischleitfähigenBeschichtungen 82
2.4.6 GläsermitvariablerLichtdurchlässigkeit . . . . 84
2.4.7 SelbstreinigendesGlas . . . . . . . . . . . . . . . . 85
2.4.8 Festigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.5 ElektrotechnikundElektronik . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.5.1 AnwendungvonGlasinElektrotechnik
undElektronik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.5.2 PhysikalischeGrundlagen. . . . . . . . . . . . . . 98
2.5.3 Einschmelzgläser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
2.5.4 GläserzumLötenundPassivieren. . . . . . . . . 104
2.5.5 SubstratgläserfürdieElektronik. . . . . . . . . . 105
2.6 Lampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
2.6.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
2.6.2 Glühlampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
2.6.3 Halogenglühlampen . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
2.6.4 Gasentladungslampen . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.6.5 Halbleiter-Lichtquellen(LEDs) . . . . . . . . . . 112
2.7 Energie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Inhaltsverzeichnis IX
2.7.1 ThermischeIsolation . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
2.7.2 AnwendunginderSolartechnik:
SolarthermieundPhotovoltaik . . . . . . . . . . . 114
2.7.3 SpezialgläserfürdenEinsatz
indersolarthermischenStromerzeugung. . . . . 116
2.8 Telekommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
2.9 AndereAnwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
2.9.1 AnwendungeninderNukleartechnik . . . . . . . 119
2.9.2 GlaskeramikimHaushaltundinderIndustrie . 122
2.9.3 Bioglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
2.9.4 Glasflakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
2.9.5 Mikro-Glaskugeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
2.9.6 OptischeDatenspeicherung . . . . . . . . . . . . . 129
WeiterführendeLiteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3 Herstellung–SchmelzenundFormgebungvonGlas . . . 131
3.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
3.2 GlasrohstoffeundRecyclingscherben . . . . . . . . . . . 131
3.3 Glasschmelzöfen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3.3.1 Energiebedarf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
3.3.2 Flammenbeheizung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.3.3 Elektrobeheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
3.3.4 Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
3.4 Formgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.4.1 HerstellungvonFlachglas. . . . . . . . . . . . . . 143
3.4.2 HerstellungvonBehälterglas . . . . . . . . . . . . 148
3.4.3 HerstellungvonRohren . . . . . . . . . . . . . . . 156
3.4.4 HerstellungvonGlasfasern . . . . . . . . . . . . . 159
3.5 UnkonventionelleGlasherstellverfahren . . . . . . . . . 162
3.5.1 Flammenhydrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
3.5.2 Sinterverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
3.5.3 Sol-GelVerfahren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
3.5.4 BiogeneGläser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
WeiterführendeLiteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
X Inhaltsverzeichnis
4 DieZukunftdesGlases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
4.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
4.2 Dünnstgläser:GlasvonderRolle. . . . . . . . . . . . . . 171
4.3 HochfestesGlas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
4.4 EnergieeinsparungbeiderGlasherstellung . . . . . . . . 177
4.5 UmweltschutzundVerknappungvonRohstoffen . . . . 180
4.6 MetallischeGläser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
4.7 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
WeiterführendeLiteratur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
5 Anhang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.1 VerbändeundOrganisationen . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.2 DeutscheUniversitätenundInstitutemitGlasbezug . . 190
5.3 AusgewählteMuseenrundumsGlas . . . . . . . . . . . 191
5.4 WissenswerteszumThemaGlas . . . . . . . . . . . . . . 191
5.5 Glossar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Was ist Glas? 1
1.1 Einleitung
„Glas“ – ein Begriff, der uns vertraut ist, den wir im täglichen Leben
gebrauchen, ohne ihn sonderlich zu hinterfragen. Wir denken vorran-
gig an ein Trinkgefäß oder an kunstvoll gestaltete Objekte. Gleicher-
maßen bezeichnet „Glas“ aber auch eine Klasse von Materialien mit
ähnlichenEigenschaften.DiesesBuchistdemWerkstoff„Glas“gewid-
met:seinerHerstellung,seinenEigenschaftenundAnwendungensowie
den technischen Herausforderungenbei der Suche nach neuen Einsatz-
gebieten.
Glas ist ein Werkstoff wie etwa Keramik, Metalle oder Kunststoffe.
Glas erscheint glatt, scharfkantig brechend, oft durchsichtig und glän-
zend.ImVergleichzuMetall–duktil,undurchsichtig–sindGläsersprö-
deundmeisttransparent.MitihrerporenfreienOberflächeunterscheidet
sicheineGlasscheibeandererseitsvonderkörnigenundporösenStruk-
tureinerKeramik.DasdeutscheWort„Glas“istzurückzuführenaufden
germanischen Begriff „glasa“ – das Glänzende, Schimmernde. Und im
VergleichzueinemBergkristallmitseinerregelmäßigengeometrischen
StrukturbesitzenGläserkeineVorzugsstruktur.
Wirbefassenunszunächstmitdermehrals5000-jährigenGeschich-
te des Werkstoffs Glas von der Entdeckung der Glasherstellung über
dievielfältige Nutzung des Materials für Schmuck oder Gefäßebis hin
zudenmodernenSpezialgläsernmitihrenvielfältigenAnwendungenin
nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens. Es folgt eine ausführli-
cheDarstellung der Einzigartigkeitdes WerkstoffsGlas. Sie beruhtauf
seinerStrukturalseingefroreneFlüssigkeit,diezudembesonderenvis-
H.A.SchaefferundR.Langfeld,WerkstoffGlas,TechnikimFokus, 1
DOI10.1007/978-3-642-37231-5_1,©Springer-VerlagBerlinHeidelberg2014
