5. Glas

Das Kapitel bietet einen umfassenden Überblick über die faszinierende Welt der Gläser, ihre Struktur, Eigenschaften und Anwendungen. Es beginnt mit einer historischen Einordnung, die die lange Tradition der Glasherstellung von den alten Ägyptern bis zur modernen Technik nachzeichnet. Dabei wird die Vielfalt der Glaswerkstoffe, die nach ihrem chemischen Charakter systematisiert werden, detailliert beschrieben. Besonders hervorzuheben sind die oxidischen Ein- und Mehrkomponentengläser sowie die nichtoxidischen und nichtsilikatischen Gläser, die trotz ihrer geringen Mengenanteile in der Industrie interessante Eigenschaften aufweisen. Die Struktur von Gläsern wird als ungeordnet und isotrop beschrieben, was sie von kristallinen Materialien unterscheidet. Der Glaszustand wird als thermodynamisch metastabiler Zustand definiert, der durch rasche Abkühlung entsteht und eine höhere innere Energie als der kristalline Zustand aufweist. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Gläsern ändern sich kontinuierlich und nicht sprunghaft, was sie für verschiedene Anwendungen besonders interessant macht. Die Glasbildung wird durch die Keimbildung und die Kristallisationsgeschwindigkeit gesteuert, wobei die chemische Zusammensetzung der Schmelze eine entscheidende Rolle spielt. Die Struktur von Gläsern folgt bestimmten Gesetzmäßigkeiten, die durch die Koordinationszahl der Kationen und die Anordnung der Sauerstoffpolyeder bestimmt werden. Die Netzwerktheorie von Zachariasen und Warren beschreibt die Struktur von Gläsern als räumliches, zufallsbedingtes Netzwerk, das durch Netzwerkwandler aufgebrochen werden kann. Die Herstellung von Gläsern erfolgt durch Schmelzen und anschließende Formgebung, wobei verschiedene Verfahren wie das Floatglass-Verfahren zur Erzeugung großflächiger Gläser mit hohen Oberflächeneigenschaften eingesetzt werden. Die Eigenschaften von Gläsern, wie Festigkeit, Dichte und Brechungsindex, können durch die chemische Zusammensetzung gezielt eingestellt werden. Optische Eigenschaften, wie der Brechungsindex und die Dispersion, sind für viele Anwendungen von großer Bedeutung. Die Färbung von Gläsern durch Ionenfärbung und die Viskosität der Glasschmelzen sind weitere wichtige Aspekte, die im Kapitel behandelt werden. Abschließend wird die Herstellung von Glaskeramiken beschrieben, die durch kontrollierte Kristallisation aus einem Glas entstehen und besondere Eigenschaften wie hohe Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit aufweisen. Das Kapitel bietet somit einen tiefgehenden Einblick in die Welt der Gläser und deren vielfältige Anwendungen in der modernen Technik.