Schaeffer / Langfeld Werkstoff Glas

Alter Werkstoff mit großer Zukunft
2. Auflage 2020
ISBN: 978-3-662-60260-7
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 238 Seiten

Reihe: Technik im Fokus

Was ist Glas? Wie wird es hergestellt? Wo wird Glas eingesetzt?  Hat Glas eine Zukunft?
Die Autoren sind Experten ihres Faches. Trotzdem gelingt es ihnen, informativ und doch unterhaltsam Antworten auf diese Fragen zu geben. An ausgewählten Beispielen erläutern sie die vielfältigen Anwendungen von Glas. Und sie vermitteln, wie die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Werkstoffes zur Entwicklung technischer, industriell gefertigter Produkte führen. So ermöglicht etwa die bis ins Extrem gesteigerte Lichtdurchlässigkeit einer Glasfaser die heutige Telekommunikation und das Internet. Besonders dünnes Glas, das zusätzlich verfestigt ist, wird für Bildschirme von Fernsehern, Laptops und Mobiltelefonen eingesetzt, Glaswerkstoffe mit thermischer Nullausdehnung sind der Werkstoff der Wahl für Teleskopspiegelträger und Kochflächen.

Helmut A. Schaeffer, Prof. Dr. rer. nat., Dr.-Ing. habil., Dr.-Ing. E.h., Physiker.
Professor für Werkstoffwissenschaften, Universität Erlangen-Nürnberg, Geschäftsführer der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft (DGG) und der Hüttentechnischen Vereinigung der Deutschen Glasindustrie (HVG) von 1985 bis 2003; Präsident der International Commission on Glass (ICG) (2000 bis 2003); seit 1992 Mitarbeit im Fachbeirat Glastechnik des Deutschen Museums, seit 1999 als dessen Vorsitzender; seit 1996 Mitglied im Kuratorium des Deutschen Museums.
Roland Langfeld, Dr. phil. nat., Physiker
seit 1988 in der zentralen Forschung und Technologieentwicklung der SCHOTT AG, Mainz tätig, zuletzt als Leiter der Zentralforschung (1998 - 2009) und seit 2009 als Research Fellow, Mitglied des Steering Committees der International Commission on Glass (ICG), seit 2007 Mitarbeit im Fachbeirat Glastechnik des Deutschen Museum, seit 2008 Mitglied im Kuratorium des Deutschen Museums.

Autoren/Hrsg.

Schaeffer, Helmut A.

Langfeld, Roland

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;8
3;1 Was ist Glas?;12
3.1;1.1Einleitung;12
3.2;1.2Geschichte des Glases;13
3.2.1;1.2.1Frühe Herstellung von Glas;14
3.2.2;1.2.2Glas der Antike;14
3.2.3;1.2.3Venedig und die europäische Glaskunst;18
3.2.4;1.2.4Erste technische Anwendungen von Glas;20
3.2.5;1.2.5Automatisierungen der Herstellung;23
3.2.6;1.2.6Glas-Innovationen;24
3.3;1.3Glasstruktur – Ist Glas eine Flüssigkeit?;28
3.3.1;1.3.1Strukturelle Beschreibung des Glaszustandes;32
3.3.1.1;1.3.1.1 Nah- und Fernordnung;32
3.3.1.2;1.3.1.2 Kristallit-Hypothese;33
3.3.1.3;1.3.1.3 Netzwerk-Hypothese;34
3.3.1.4;1.3.1.4 Reale Glasstrukturen;36
3.4;1.4Visko-elastisches Verhalten von Glas;38
3.5;1.5Keimbildung und Kristallisation;39
3.6;1.6Zusammensetzung und Eigenschaften von Gläsern;43
3.6.1;1.6.1Netzwerkbildner;44
3.6.2;1.6.2Netzwerkwandler;45
3.6.3;1.6.3Zwischenoxide;46
3.6.4;1.6.4Beispiele für Glaszusammensetzungen;46
3.6.5;1.6.5Wirkung von Farboxiden;51
3.6.5.1;1.6.5.1 Ionenfärbung;51
3.6.5.2;1.6.5.2 Entfärbung von Glas;54
3.6.6;1.6.6Kolloidale Färbung;56
3.7;Weiterführende Literatur;57
4;2 Glas und seine vielfältigen Anwendungen;58
4.1;2.1Einleitung;58
4.2;2.2Glas für Verpackung, Labor und Pharmazie;59
4.2.1;2.2.1Physikalische und chemische Eigenschaften;59
4.2.1.1;2.2.1.1 Chemische Beständigkeit;59
4.2.1.2;2.2.1.2 Thermische Eigenschaften;61
4.2.1.3;2.2.1.3 Die Definition des thermischen Ausdehnungskoeffizienten;62
4.2.1.4;2.2.1.4 Messung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten;62
4.2.1.5;2.2.1.5 Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung;64
4.2.1.6;2.2.1.6 Beständigkeit gegen Temperaturunterschiede und Temperaturwechsel;64
4.2.2;2.2.2Glas-Verpackung für Getränke und Lebensmittel;65
4.2.3;2.2.3Gläser für Labor und Industrie;67
4.2.3.1;2.2.3.1 Laborgeräte;67
4.2.3.2;2.2.3.2 Thermometer für jede Temperatur;69
4.2.3.3;2.2.3.3 Elektrodengläser;69
4.2.3.4;2.2.3.4 Glasanlagenbau;70
4.2.4;2.2.4Gläser für Pharmazie und Medizin;72
4.3;2.3Optik;74
4.3.1;2.3.1Einleitung;74
4.3.2;2.3.2Transmission und Absorption des Lichtes;75
4.3.3;2.3.3Lichtbrechung und Dispersion;80
4.3.4;2.3.4Qualitätsmerkmale optischer Gläser;82
4.3.5;2.3.5Brechzahl und Abbe-Zahl;82
4.3.6;2.3.6Optische Systeme;87
4.3.6.1;2.3.6.1 Achromatische Objektive;87
4.3.6.2;2.3.6.2 Low-Tg-Gläser für asphärische Linsen;88
4.3.7;2.3.7Lichtleitfasern;90
4.3.8;2.3.8Aktive Gläser;91
4.3.9;2.3.9Substrate für optische Anwendungen mit höchster Formkonstanz;94
4.3.9.1;2.3.9.1 Anwendungen in der Astronomie;94
4.3.9.2;2.3.9.2 Anwendungen in der Optoelektronik;95
4.4;2.4Architektur und Automobilbau;96
4.4.1;2.4.1Einleitung;96
4.4.2;2.4.2Glasspiegel;97
4.4.3;2.4.3Wärmeschutz- und Sonnenschutzgläser;99
4.4.4;2.4.4Entspiegelte Gläser;102
4.4.5;2.4.5Gläser mit elektrisch leitfähigen Beschichtungen;105
4.4.6;2.4.6Gläser mit variabler Lichtdurchlässigkeit;106
4.4.7;2.4.7Selbstreinigendes Glas;108
4.4.8;2.4.8Festigkeit;109
4.4.8.1;2.4.8.1 Thermisch vorgespanntes Glas (Einscheibensicherheitsglas);113
4.4.8.2;2.4.8.2 Chemisch vorgespanntes Glas;114
4.4.8.3;2.4.8.3 Verbundsicherheitsglas;116
4.4.8.4;2.4.8.4 Brandschutzglas;117
4.5;2.5Elektrotechnik und Elektronik;120
4.5.1;2.5.1Anwendung von Glas in Elektrotechnik und Elektronik;121
4.5.2;2.5.2Physikalische Grundlagen;122
4.5.2.1;2.5.2.1 Elektrische Leitfähigkeit;122
4.5.2.2;2.5.2.2 Messung der Leitfähigkeit;124
4.5.2.3;2.5.2.3 Durchschlagsfestigkeit;125
4.5.3;2.5.3Einschmelzgläser;126
4.5.3.1;2.5.3.1 Einschmelzen von Metallen;128
4.5.4;2.5.4Gläser zum Löten und Passivieren;128
4.5.5;2.5.5Substratgläser für die Elektronik;129
4.5.5.1;2.5.5.1 Substratgläser für die Optoelektronik und Mikromechanik;129
4.5.5.2;2.5.5.2 Flachbildschirme;130
4.6;2.6Lampen;132
4.6.1;2.6.1Einleitung;132
4.6.2;2.6.2Glühlampen;133
4.6.3;2.6.3Halogenglühlampen;134
4.6.4;2.6.4Gasentladungslampen;134
4.6.5;2.6.5Halbleiter-Lichtquellen (LEDs);138
4.7;2.7Energie;139
4.7.1;2.7.1Thermische Isolation;139
4.7.1.1;2.7.1.1 Glas- und Steinwolle;139
4.7.1.2;2.7.1.2 Schaumglas;140
4.7.2;2.7.2Anwendung in der Solartechnik: Solarthermie und Photovoltaik;140
4.7.3;2.7.3Spezialgläser für den Einsatz in der solarthermischen Stromerzeugung;143
4.8;2.8Telekommunikation;145
4.9;2.9Andere Anwendungen;148
4.9.1;2.9.1Anwendungen in der Nukleartechnik;148
4.9.1.1;2.9.1.1 Sichtfenster;148
4.9.1.2;2.9.1.2 Gläser zum Nachweis von hochenergetischer Strahlung;148
4.9.2;2.9.2Glaskeramik im Haushalt und in der Industrie;149
4.9.2.1;2.9.2.1 Glaskeramik-Herdplatten;150
4.9.2.2;2.9.2.2 Kaminsichtscheiben;152
4.9.2.3;2.9.2.3 Hochtemperatursubstrate für industrielle Anwendungen;152
4.9.3;2.9.3Bioglas;152
4.9.3.1;2.9.3.1 Antibakterielles Glas;152
4.9.3.2;2.9.3.2 Dentalglas;153
4.9.3.3;2.9.3.3 Bioaktives Glas;154
4.9.4;2.9.4Glasflakes;155
4.9.5;2.9.5Mikro-Glaskugeln;158
4.9.6;2.9.6Optische Datenspeicherung;159
4.10;Weiterführende Literatur;160
5;3 Herstellung – Schmelzen und Formgebung von Glas;161
5.1;3.1Einleitung;161
5.2;3.2Glasrohstoffe und Recyclingscherben;161
5.3;3.3Glasschmelzöfen;165
5.3.1;3.3.1Energiebedarf;168
5.3.2;3.3.2Flammenbeheizung;169
5.3.3;3.3.3Elektrobeheizung;171
5.3.4;3.3.4Umweltschutz;172
5.4;3.4Formgebung;175
5.4.1;3.4.1Herstellung von Flachglas;176
5.4.2;3.4.2Herstellung von Behälterglas;182
5.4.2.1;3.4.2.1 Tropfenspeiser;184
5.4.2.2;3.4.2.2 Formgebungsprinzipien;186
5.4.2.3;3.4.2.3 Glasformgebungsmaschinen;189
5.4.3;3.4.3Herstellung von Rohren;192
5.4.4;3.4.4Herstellung von Glasfasern;195
5.5;3.5Unkonventionelle Glasherstellverfahren;198
5.5.1;3.5.1Flammenhydrolyse;198
5.5.2;3.5.2Sinterverfahren;202
5.5.3;3.5.3Sol-Gel Verfahren;203
5.5.3.1;3.5.3.1 Hydrolyse;203
5.5.3.2;3.5.3.2 Kondensation;203
5.5.4;3.5.4Biogene Gläser;204
5.6;Weiterführende Literatur;207
6;4 Die Zukunft des Glases;208
6.1;4.1Einleitung;208
6.2;4.2Dünnstgläser: Glas von der Rolle;208
6.3;4.3Hochfestes Glas;212
6.4;4.4Energieeinsparung bei der Glasherstellung;214
6.5;4.5Substitution von Rohstoffen;218
6.6;4.6Metallische Gläser;219
6.7;4.7Ausblick;223
6.8;Weiterführende Literatur;226
7;5 Anhang;227
7.1;5.1Verbände und Organisationen;227
7.2;5.2Deutsche Universitäten und Institute mit Glasbezug;228
7.3;5.3Ausgewählte Museen rund ums Glas;229
7.4;5.4Wissenswertes zum Thema Glas;230
7.5;5.5Glossar;230
8;Stichwortverzeichnis;235