Im Allgemeinen ist Glas eine harte und spröde Substanz, die normalerweise durchsichtig oder durchscheinend ist. Es kann aus einer Fusion von Sand, Soda, Kalk oder anderen Materialien bestehen. Der gebräuchlichste Glasformungsprozess erhitzt die Rohstoffe, bis sie schmelzflüssig werden, und kühlt das Material dann schnell ab, um gehärtetes Glas zu erzeugen.
Zusammensetzung und Eigenschaften von Glasmaterialien
Im Vergleich zu vielen anderen Materialien weist Glas hohe Härtewerte auf. Die meisten Glasarten neigen jedoch dazu, von Natur aus spröde zu sein, was sie bei Anwendungen, bei denen Stöße, Drücke oder Spannungen auftreten, anfällig für Bruch oder Zerbrechen macht. Um diese inhärente Sprödigkeit zu eliminieren, müssen Ingenieure und Hersteller Glas gründlich nach optimalen Verstärkungs-/Härteprotokollen verarbeiten.
Glastypen können nach ihren mechanischen und thermischen Eigenschaften unterteilt werden, um zu bestimmen, für welche Anwendungen sie am besten geeignet sind. Die folgenden Eigenschaften von Glasmaterialien sind wichtig, die bei der Auswahl zu berücksichtigen sind:
Viskosität
Die Viskosität ist ein Maß für die innere Reibung oder den Fließwiderstand einer Flüssigkeit. Wenn sich Glas in seinem geschmolzenen flüssigen Zustand befindet, verlangen die meisten Verarbeitungstechniken, die von den Herstellern eingesetzt werden, dass seine Viskosität bei einer bestimmten Temperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Dies wird als Arbeitspunkt bezeichnet – oder als die Höhe der Viskosität, bei der Hersteller das Glas durch Blasen, Pressen oder andere Vorgänge in Form bringen können.
Festigkeit
Viele Gläser weisen – abhängig von ihrer spezifischen Zusammensetzung – eine hohe theoretische Strukturfestigkeit auf. Bestimmte praktische Erwägungen neigen jedoch dazu, ihre bearbeitbare Festigkeit erheblich zu verringern. Zum Beispiel können die folgenden Faktoren zu einer suboptimalen Festigkeit des Glastyps führen:
- Fehlstellen oder Defekte auf der Glasoberfläche
- Thermische Spannungen, die während eines schnellen Abkühlungsprozesses eingeführt werden
- Das Einbringen von winzigen Kristallen in die Oberfläche durch Glühen
Fehler auf der Oberfläche von Glas können als Brennpunkte für Spannungen wirken. Eine konzentrierte Spannung, die durch eine Belastung eingeführt wird, die mehr Druck ausübt, als die theoretische Festigkeit des Glases aushalten kann, führt in der Regel zu einem Bruch oder Bruch. Daher verringern Fehler oder Defekte auf der Glasoberfläche die Bruchfestigkeit des Produkts erheblich. Dennoch können die Hersteller das Auftreten dieser Oberflächenfehler und Risse durch Präzision und Sorgfalt im Herstellungsprozess beseitigen oder verhindern.
Gläser unterscheiden sich hinsichtlich ihres Niveaus und der Art ihrer Festigkeit. Zum Beispiel:
- Gehärtetes Natron-Kalk-Glas – auch bekannt als Typ-III-Glas – hat eine hohe mechanische Festigkeit.
- Aluminosilikatglas hat eine hohe Druckfestigkeit, was es unter anderem ideal für den Einsatz in Solarzellen, Deckglas und Touch-Displays macht.
- Borosilicatglas weist eine außergewöhnliche strukturelle Festigkeit auf und wird häufig in Glasröhren, medizinischen Geräten und Geräten für die Weltraumforschung verwendet.
Thermisches Ausdehnungsverhalten
Glas neigt dazu, sich bei steigenden Temperaturen auszudehnen. Die Wärmeausdehnungskurve für Glas bietet Ingenieuren und Herstellern drei entscheidende Eigenschaften für das jeweilige Glas:
- Der Wärmeausdehnungskoeffizient misst die Ausdehnungsgeschwindigkeit mit der Temperatur.
- Bei der Übergangstemperatur beginnt ein viskoelastisches Verhalten und eine Periode plötzlicher Ausdehnung.
Gläser variieren hinsichtlich ihres thermischen Ausdehnungsverhaltens und ihrer damit verbundenen Verarbeitbarkeit. Zum Beispiel hat Quarzglas einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ist daher im Vergleich zu anderen Glasarten schwieriger zu formen oder zu verformen.
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