glas

Glas ist ein homogener, amorpher, isotroper, transparenter, fester und spröder Stoff in metastabilem Zustand, der durch Abkühlen der Schmelze entsteht. Es enthält hauptsächlich Quarzsand, Soda, Alkalimetalloxide und Kalkstein. Es handelt sich um ein biologisch inaktives Material.

Glas ist für sichtbares Licht transparent (transparent) (es gibt auch undurchsichtiges Glas). Gewöhnliches Glas lässt kein Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 400 nm (ultraviolettes Licht) durch, da es Verunreinigungen enthält, z. B. Soda (Natriumcarbonat).

Geschichte

Glas wurde um 3000 v. Chr. entdeckt. in Ägypten. Die Technologie erlaubte zunächst nicht die Herstellung von reinem Glas (Beimischungen) und wurde hauptsächlich zur Herstellung kleiner Gefäße und Ornamente eingesetzt. Die Gefäße wurden durch Umwickeln eines Tonkerns verarbeitet, der nach dem Abkühlen des Glasprodukts zerbrach. Das Glas enthielt Kieselsäure, Kalzium und Natrium.

Glas kommt auch in der Natur vor und entsteht aus vulkanischer Schmelze. Dieses Glas heißt Obsidian. Obsidian wird seit langem zur Herstellung von Messern mit einfachen Werkzeugen verwendet. Eine weitere Form von Naturglas sind Röhren, die durch Blitzeinschlag aus Quarzsand entstehen.
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Glas
Glas ist ein homogener, amorpher, starrer, spröder, meist transparenter Werkstoff mit glatter Oberfläche. Es besteht aus dem sogenannten Emaille, geschmolzen in einem Glasofen. Das Material kühlt schnell ab und hat daher nicht genügend Zeit, ein Kristallgitter zu bilden. Der resultierende Feststoff ist amorph (formlos). Reines Glas ist ein transparentes, relativ festes, verschleißfestes, im Wesentlichen inertes und biologisch inaktives Material. Es kann in verschiedene Formen geformt werden. Allerdings ist das Glas sehr zerbrechlich und zerbricht in scharfe Splitter. Diese Eigenschaften können durch Zugabe von Verbindungen (meist Metalloxide) zur Schmelze verändert werden. Glas kann auch wärmebehandelt werden, z.B. trüben.

Glas besteht hauptsächlich aus Kieselsäure, die aus Quarz (Quarzsand – auch Glassand) gewonnen wird. Quarz hat eine Schmelztemperatur von rund 2.000 °C, daher werden bei der Herstellung alkalische Stoffe zugesetzt, die diese Temperatur deutlich senken, z.B. Soda und Kaliumcarbonat, wodurch der Schmelzpunkt auf etwa 1000 °C gesenkt wird. Da Alkalien auch die Beständigkeit des Glases gegenüber Wasser verringern, was unerwünscht ist, wird zusätzlich Calciumoxid zugesetzt, was diese Beständigkeit verbessert.

Die Grundrohstoffe für die Glasherstellung sind – reiner Quarzsand, Calciumoxid, Natriumcarbonat (Kalium), Aluminiumoxid und Glasscherben (getrennter Abfall). Aus diesen Rohstoffen wird eine Pulvermischung namens Glasmasse hergestellt, die in einem Glasofen geschmolzen wird. Den Grundbestandteilen des Stiels werden verschiedene Zusätze zugesetzt, die das Glas reinigen, färben oder undurchsichtig machen.

Quarzglas
Glas, das nur aus reinem Siliziumdioxid SiO2 (Quarz) besteht, wird Quarzglas genannt. Im Vergleich zu gewöhnlichen Gläsern weist es einige andere Eigenschaften auf. Es absorbiert keine ultraviolette Strahlung, hat einen sehr hohen Schmelzpunkt (ca. 1650 °C), ist hart, kratzfest, optisch rein (enthält keine Verunreinigungen) und verzerrt die Wellenlänge des durchtretenden Lichts nicht (Farbfehler). Daher wird es dort eingesetzt, wo diese Eigenschaften erforderlich sind. Zum Beispiel für Halogenlampenbänke, die bei hohen Temperaturen arbeiten, Lampen für ultraviolettes Licht, Deckgläser von Wärmegeräten, Uhren usw. Aufgrund der hohen Schmelztemperatur ist Quarzglas wesentlich aufwendiger und teurer in der Herstellung als gewöhnliches Glas. Quarzglas kann so rein gemacht werden, dass Hunderte von Kilometern Glas für die infraroten Wellenlängen des Lichts, das in optischen Fasern verwendet wird, transparent sind. Quarzglas wird auch in der Optik zur Herstellung von Linsen und Spiegeln verwendet.

Zutaten
Bleiglas, auch Bleikristall genannt, hat bessere optisch-optische Eigenschaften, da der erhöhte Brechungsindex (Brechung) viel mehr Reflexionen verursacht. Dieses Glas wird zur Herstellung künstlerischer Glasobjekte verwendet. Bor wird hinzugefügt, um die thermischen und elektrischen Eigenschaften zu verändern. Der Zusatz von Barium erhöht den optischen Brechungsindex des Glases. Thoriumoxid verleiht dem Glas einen sehr hohen Brechungsindex und wird zur Herstellung hochwertiger Linsen verwendet. In Glas werden größere Mengen Eisen verwendet, um Infrarotenergie zu absorbieren, z.B. für wärmeabsorbierende Filmprojektorfilter. Cer wird für Glas verwendet, das UV-Wellenlängen (biologisch schädliche Strahlung) absorbiert.

Bei der Herstellung werden dem Email Metalle und Metalloxide zugesetzt, die auch die Farbe des Glases verändern. Mangan entfernt den grünen Farbton des Eisens, in höheren Konzentrationen ergibt es eine amethystfarbene Farbe. Selen wird wie Mangan zum Entfärben von Glas verwendet, in höheren Konzentrationen ergibt es eine rote Farbe. Geringe Kobaltkonzentrationen (0,025–0,1 %) ergeben blaues Glas. Zinnoxid ergibt mit Antimon- und Arsenoxiden ein undurchsichtiges weißes Glas, das erstmals in Venedig zur Herstellung von Porzellanimitationen verwendet wurde. Durch die Verwendung von zwei bis drei Prozent Kupferoxiden entsteht eine türkisfarbene Farbe. Reines metallisches Kupfer ergibt ein sehr dunkelrotes, undurchsichtiges Glas, das als Ersatz für goldenes Rubinglas verwendet wird. Nickel erzeugt je nach Konzentration blaues, violettes oder schwarzes Glas. Durch die Zugabe von Titan entsteht ein gelbbraunes Glas. Gold in sehr geringen Konzentrationen (ca. 0,001 %) ergibt ein rubinrotes Glas. Uran (0,1–2 %) wird hinzugefügt, um eine fluoreszierende gelbe oder grüne Farbe zu ergeben. Silberverbindungen (hauptsächlich Silbernitrat) erzeugen eine Farbpalette von Orangerot bis Gelb. Auch die Methode, mit der das Glas erhitzt und abgekühlt wird, kann die durch diese Verbindungen erzeugte Farbe beeinflussen. Aufgrund neu erforschter Eigenschaften entstehen oft neue Glasfarben und neue Verwendungsmöglichkeiten.

Emailverarbeitung
Die Weiterverarbeitung des flüssigen Emails erfolgt durch Blasen, Pressen und Gießen von Hand oder maschinell. Die resultierenden Halbzeuge können durch Schleifen, Polieren, Lackieren, Ätzen ... weiter modifiziert werden.

Blasen
Das Blasen ist eine klassische Glasherstellungstechnik zur manuellen oder maschinellen Verarbeitung von Emaille. Das Prinzip besteht darin, zähflüssiges Email an einem Glasrohr zu befestigen, in das Luft gedrückt wird. Dadurch entsteht am Ende des Röhrchens eine Blase. Durch gleichzeitiges Drücken der Luft und Drehen der Pfeife wird die Emaille axial zentriert gehalten. Auf diese Weise werden Maschinen hergestellt, z.B. Flaschen, Gläser, Dekanter usw. Beim Handblasen entstehen vor allem hohle Kunstgegenstände, Gläser, Karaffen, Chemieglas (Dosen, Kühlboxen) usw
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