Glas I – Grundlagen Universität des Saarlandes SS 2008 Lehrstuhl Pulvertechnologie
1
Verbreitung der Glasmacherkunst Geografie der Glasverbreitung
Karte Glasverbreitung (Glas I - allgemein)
Glasstruktur
Temperatur
Volu
men
T Tg s
Kristall
Glas
unterk
ühlte
Schm
elzeSch
mel
ze
Festkörper viskose Schmelze
eingefroreneFlüssigkeit Tg
Ts
Transformations-temperatur(-bereich)
Schmelz-temperatur
Glasvolumen-Ts-Tg (Glas I-allgemein)
Ta W Re O s Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi P o At RnHfLaBaC s
Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te XeZrYSrRb
V Cr Mn Fe C o Ni Cu Zn Ga Ge A s Se Br KrTiScC aK
Al Si P S Cl ArMgNa
B C N O F NeLi
HeH
V A VIAVIIA VIII IB IIB IIIB IVB V B VIB VIIB 0IVAIIIAIIAIA
A cRaFr
C e Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb D y Ho Er Tm Yb LuLa
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No LwA c
Lanthaniden
Actiniden
Periodensystem der Elemente
radioaktiv
toxisch
sehr teuer
bedenklich
kein Glasbildner GlasbildnerPeriodensysten Glaskomponenten (Vorlesung Glas I)
J
Be
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2
Radiale Elektronenverteilung von SiO2
SiO2 Elektronendichte (Glas I-Struktur)
Struktur Quarz/SiO2-Glas (Glas I-Struktur)
Glasstruktur mit Netzwerkwandlern
Netzwerk-wandler
Si
nicht brücken-bildenderSauerstoff(NBO)
brücken-bildenderSauerstoff(BO)
Struktur Netzwerkwandler (Glas I - Struktur)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
400 600 800 1000 1200 1400
Re
fle
xio
n [
%]
Wellenlänge [cm-1]R-Kieselglas (Glas I-Struktur)(VS75)
Reflexionsspektrum von Kieselglas
Si-O antisymm.
Streck-schwingung
Si-O symmetrische
Streck-schwingung
Si-O Biege-
schwingung
Schwingungen AB4-Molekül (Glas I - Struktur)
Eigenschwingungen eines AB -Moleküls4
Faktorgruppenanalyse verschiedener SiO2-Modifikationen ___________________________________________ Kristall Raum- Dichte Darstellung gruppe ___________________________________________ α-Quarz D3
4 2,65 Γ = 4A1 (R) + 4A2 (IR) + 8E (R,IR) β-Quarz D6
4 2,60 Γ = 4A1 (R) + 2A2 (IR) + 2B2 + 3B1 + 4E1 (R,IR) + 4E2(R) α-Crist. D4
4 2,33 Γ = 4A1 (R) + 4A2 (IR) + 5B1 (R) + 4B2 (R) + 8E(R) β-Crist. Oh
7 2,21 Γ = A2u + Eu + 2F1u (IR) + + 2F2g (R) + 2F2u
0 200 400 600 800 1000 1200
Wellenzahl (cm-1)
-Quarz
ß-Quarz
-Cristobalit
ß-Cristobalit
Kieselglas
(SiO4)2--Molekül E F
2A
1F
1
A1
A1
A1
A1
A2
A2
A2
A2
EEEEEEEE
!
!
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3
Kristall
Glas
Gel
optischePhononenBrillouin
BrillouinBosonen-peak
Teilchen-peak
akustischerBereich Teilchen-
peak
Molekül-Mode
oberer Potenz-gesetz Bereich
Wellenzahl [cm ]-1
Ram
an Inte
nsität
La
se
r L
inie
PhononenZustands-dichte
Raman Kristall-Glas-Gel (Vorlesung Glas III)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
05001000
Raman 606peak-Hera/Syn/SQ300 (Vorlesung Glas I-Struktur)
HERASIL
SYNSIL
SQ300 Rohr
Ra
ma
n I
nte
nsitä
t (w
illkü
rl.
Ein
he
ite
n)
Wellenzahl [1/cm]
1064 nm-Anregung
Kieselglas: FT-NIR-Raman Spektren 180° Rückstreuung, unpolarisiert
606 cm-1 peak Fläche2,061,862,4
606
cm-1
Optische Charakterisierung von Glasfehlern Raman-Spektroskopie Mittelordnungs-Effekte: Raman Defektbande D1 (495 cm-1)
und D2 (606 cm-1)
D Dreifachring D Vierfachring2 1
Silizium Sauerstoff
130.5°160.5°
109,5° 606 cm-1 Fläche unter Bande ⇔ fiktive Temperatur IR-Absorption Si-OH 3650 cm-1 Si-H 2250 cm-1 UV-Absorption ≡Si· Si≡ + e- 210 nm (5.8 ev) E´-Zentrum ≡Si· ·Si≡ 240 nm (5 eV) neutrale Sauerstoff Leerstelle
We
llen
zah
l [cm
]
-1
Pyrosilikat
kettenförmigeEinheiten
plattenförmigeEinheiten
[SiO ] - Momomer4
-4
Anzahl nichtbrückenbildenderSauerstoffatome
Änderung der IR-Absorptionsbanden von Si - O bei strukturellen Veränderungen
Si - Streckmoden (Vorlesung Glas III)
aus: H. Eckert, Prog. Nucl. Mag. Resonance Spectrosc. Vol 24, Part 3 (1992) 160-278NMR SiO2 (Glas I-Struktur)
NMR-Spektroskopie an Kieselglas
Spektrum Struktur Bezeichnung
NMR-Spektroskopie an Silikaten
Q
Q3
4
0 -100 -200 ppm
K Si O �Glas4 125
Na Si O Glas2 3
-50 -70-60 -80 -90 ppm
Q
Q
Q2
31
NMR Messung Silikate (Glas I - Struktur)
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4
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5
[BeF ]-Tetraeder4
[AsS ]-Plandreieck [AsS ]-Tetraeder53
Räumliche Vernetzung von Grundbauelementen von Gläsern
Glasstruktur BeF2, AsSx (Glas I - Nichtsilikatglas)
Strukturmodell für K O - Ta O bzw. K O - Nb O - Glas52 222 5
Struktur K2O-Nb/Ta2O5-Glas (Glas I - Nichtsilikat)
K
Ta
Nb
O
+
5+
5+
2-
Bi O
CdO PbO
95 %Glas
50 - 95 %Glas
keineGlasbildung
2 3
Glasbildung im System Tl O - CdO - PbO - Bi O - (25 %Tl O)2 2 3 2
Glasbildung Tl2O-Cd-PbO-Bi2O3 (Glas I - Nichtsilikat)
aus: W.H. Dumbaugh,.. J. Am. Ceram. Soc. 75(1992)15
Herstellung von metallischen Gläsern
Splat-cooling
HF-Spule
geschmolzener Tropfen
gekühlte Platten
Bandziehverfahren
HF-SpuleGas
rotierende, gekühlteTrommel
Glasmetallband
geschmolzenes Metall
Herstellung Glasmetall (Glas I -Nichtsilikat)
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6
0
5
10
15
20
0 5 10 15 20 25 30
Ke
imb
ildu
ng
,K
rista
llisa
tio
nsra
te
TemperaturTammann-Kurve (Glas I - Entmischung-Kristallisation)
Keim-bildung
Kristall-wachstum
Tg
Sinterbereich
!T großhochrein
Prozeßlücke
Ts
Schmelze
Binäres System Na O - SiO
a) Glasigkeit G, experimentell ( ), berechnet ( )b) Phasendiagramm
22
Glasigkeit Na2O-SiO2 (Glas I - Entmischung)
Entmischung des Glases
TEM- Aufnahmen von sehr dünnen Glaskanten von tyndalleffektfreien Gläsern. Links: Li-Silikatglas (28,6 Mol-% Li2O, 71,4 Mol-% SiO2), rechts: Na-Boratglas (16 Mol-% Na2O, 84 Mol-% B2O3)
aus: Vogel, Glaschemie, Springer-Verlag 1992, S. 110
Entmischungen in verschiedenen Gläsern Links oben: REM Chalkogenidglas 65,7 Mol-% Se, 22,5 Mol-% Ge, 10,0 Mol-% Pb) Rechts oben: TEM Telluritglas 37,2 Mol-% TeO2, 42 Mol-% B2O3, 20,8 Mol-% K2O Links unten: TEM Na-Silikatglas 18,0 Mol-% Na2O, 82,0 Mol-% SiO2 Rechts unten: Dsgl, nur 3 Mol-% der Sauerstoffionen durch Fluorionen ersetzt aus: Vogel, Glaschemie, Springer-Verlag 1992, S. 113
TEM Bariumborosilikatglas (Abdruckpräparat) mit 6 Mikroglasphase aus: Vogel, Glaschemie, Springer-Verlag 1992, S. 129
REM-EDX Aufnahme eines Ba-Borosilikatglases mit 1,89 Mol-%NiO. Links: Ba(Lα)-Linie, rechts: Ni(Kα)-Linie aus Vogel, Glaschemie, Springer-Verlag 1992, S. 136
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7
Entmischung eines Na-Borosilikatglases mit einer Zusammensetzung am Rande (links, nach Temperung) und in der Mitte(rechts) des Entmischungsbereiches. Aus: Vogel, Glaschemie, Springer-Verlag 1992, S. 165
10 20 30 40 50 60 70 80 90
90 8
0 7
0 6
0 50 4
0 3
0 2
0 1
0 90 8
0 7
0 6
0 5
0 4
0 3
0 2
0 1
0
B O
Na O
SiO32 2
2
Vycor-Gläser
Pyrex-Gläser
Ternäres Na O - B O - SiO Glassystem
System Na2O-B2O3-SiO2 (Glas I - Entmischung)
2 2 3 2
Entmischung eines Na-Borosilikatglasesvom Vycor-Typ. Links: TEM-Aufnahme mit Na-reicher Tröpchenphase Rechts: Ausgelaugtes Glas, Gerüst aus SiO2 Aus: Vogel, Glaschemie, Springer-Verlag 1992, S. 140 + 167
Destillationskolben aus Pyrex-Glas. Erhöhte Korosion durch Entmischung Aus: Vogel, Glaschemie, Springer-Verlag 1992, S. 17
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Kristallisation des Glases Kristalle im Glas
Cristobalit im Silikatglas (V=300-fach)
Dendrit im Beryliumfluoridglas (V=250-fach)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Kalk-Natron-Glas
Borosilikatglas
Kieselglas
Temperatur [°C]
Wa
ch
stu
msra
te [
µm
/h]
Kristallisation Gläser (Glas I - Kristallisation)
Kalk-Natron- Glas: 76 % SiO2, 16 % Na
2O, 8 % CaO
Borosilikatglas: 75 % SiO2, 7.5 %B
2O
3, 5.5 % Al
2O
3, 1 % CaO, 4 % BaO, 7 % Na
2O
SinterbereichSinter-bereich
Kristallisationsgeschwindigkeit Gläser
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Viskosität des Glases
hohe Viskositäten1013 bis 109 dPa·s
mittlere Viskositäten109 bis 105 dPa·s
niedrige Viskositäten105 bis 102 dPa·s
Balkenbiegung Torsion Rotation
Fadenziehen Parallele Platten Kugelfall
Kugelziehen Kugel-Penetration
Messbereiche Viskosität
Balkenbiegeviskosimeter
d f
d t
L · F
144 · I · !=
3
c
s
df/dt DurchbiegegeschwindigkeitLs StützweiteIc Flächenmoment 2. Grades der Probe! Viskosität
MeßverstärkerDurchbiegung
Meßgewicht
Thermo-elementOfen
Ofen
Probe ThermoelementProbe
Balkenbiegeviskosimeter (Glas I - Viskosität)
Probenhalterung
Probe
Ofen
Thermoelement Probe
Kompensations-Gewicht
Meßgewicht
Meßverstärker
Thermoelement Ofen
Kern des Meßverstärkers
Fadenziehviskosimeter
dL/dt Sinkgeschwindigkeit des FadensV Volumen der ProbeF ZiehkraftL Fadenlänge! Viskosität
d L
d t
F · L
3 · ! · V=
2
Fadenziehviskosimeter (Glas I - Viskosität)
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10
Meßkopf
Rotor
Meßtiegel Halterung
Ofen
Thermoelement Probe
Thermoelement Ofen
Rotationsviskosimeter
! = f ·M
n
! Viskosität
M Drehmoment
n Drehzahl
f Fließfeldkoeffizient
(abhängig vom Meßsystem)Rotationsviskosimeter (Glas I - Viskosität)
2
4
6
8
10
12
14
500 1000 1500
Viskositätsmessung an Duranmit verschiedenen Verfahren
Faserziehmethode
Torsionsmethode
Rotationemethode
VFT-Kurve
log
Vis
ko
sitä
t [d
Pa
·s]
Temperatur [°C]Viskosität Duran Farbe (Vorlesung Glas I - Viskosität)
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1000 1200 1400 1600 1800 2000
Herasil
VFT-Gleichung
Vis
kosi
tät
[dP
a·s]
Temperatur (°C)
Torsion
Balken-biegung
Viskos. Herasil Balken+Torsion (Glas I - Viskosität)
2
4
6
8
10
12
14
0 500 1000 1500 2000
Kalk-NatronglasBorosilikatglas
AlumosilikatglasKieselglas (Herasil)
log
Vis
ko
sitä
t [d
Pa
·s]
Temperatur [°C]Viskosität tech. Gläser (Vorlesung Glas I - Viskosität)
Viskosität technischer Gläser
Torsionsviskosimeter
Torsionsviskosimeter ( Glas I - Viskosität)
M = p • D4 • ! • "
32 • L
M = DrehmomentD = ProbendurchmesserL = Probenlänge! = Winkelgeschwindigkeit" = Viskosität
Motor
Pyrometer
GraphitofenT(max) £ 2200 !C
Probe
Halterung (fest)
Drehmomentmeßgerät
Glasstab
Glasstab
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Verarbeitung des Glases
Transformation
Benutzung-temperatur
PressenZiehenBlasen
Läuternflüssig
vis
ko
sF
estk
örp
er
Abkühlen
Schmelze
Verarbeitung
Tempern
ExtrusionVerarb. v. Lampe
Sinterung vonNanopartikeln
Prozeßschritt Bereich
Verarbeitungsbereich (Glasdaten-allgem.)
0
5
10
15
20
0500100015002000
Kalk-Natronglas
Borosilikatglas
Alumosilikatglas
Kieselglas (Herasil)
log
Vis
ko
sitä
t [d
Pa
·s]
Temperatur [°C]
Arbeitsbereiche von technischen Gläsern
Arbeitsbereiche techn. Gläser (Glas I - Glasherstellung) Aufbau Glaswanne
Lä ngs schn itt Wan ne (Glas II - Glaswa nn e) Längsschnitt Wanne
Län gssch nitt Wa nne (Gla s II - Glas wan ne)
Querschnitt Wanne
Aufbau Glaswanne (Glas II- Glaswanne)
Blick in die kalte Wanne
Werkzeuge Handverarbeitung
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gewünschte Tropfenformen
1 2 3 4 5 1 Preßverfahren
2+3 Preß-/Blasverfahren
4 + 5 Blas-/Blasverfahren
Stempel
Rohr
Glasschmelze
Speiseröffnung
Messer
Glas-tropfen
Speiserrinne
Arbeitszyklus Speiser (Glas II - Hohlglasherstellung)
Arbeitszyklus Speiser
Tropfeneinfall Einblasen 1. Formblasen
Umsetzen der Vorform
Erwärmung 2. Formblasen Entnahme
Blas-Blas Verfahren
Blas-Blas Verfahren (Glas II - Hohlglasherstellung)
Danner Verfahren
rotierendePfeife
Preß-luft
Speiser Rinne
Abzug Rohr
Staudruck
schmelzflüssiges Glas
Ansicht
Längsschnitt
Danner verfahren (Glas II - Rohrherstellung)
Fourcault Verfahren (Belgien 1904)
Transport-walzen
ZugrichtungGlasband
Ziehdüse
Glas-schmelze
Fourcault Verfahren (Glas II - Flachglas)
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13
Floatglasverfahren (Pilkington 1959)
Glasschmelze Heizelemente
Lippenstein flüssigesZinnbad Wanne aus
Feuerfestmaterial
Glasband
~ 1000 °C ~ 600 °C
reduzierendeAtmosphäre
Abhebe-walze
Längsschnitt
DraufsichtToproller (dicker) Breite 3,5 m
Toproller (dünner)Floatglasverfahren (Glas II - Flachglas) Mechnische Eigenschaften Glas
101
102
103
104
Zu
gfe
stig
ke
it [
MP
a]
MetalleNichtmetallischanorganische
Werkstoffe
OrganischeWerkstoffe
Verbund-werkstoffe
Ti-Legierung
Stahl ferrit., TiCFK
Vergleich Zugfestigkeit (Werkstoffkunde)
Höchstleg.Stähle
W
Al-Legierung
Guß-Fe
Mg-LegierungAu, Pt
Zn
Pb
Sn
Granit
Basalt
Steatit
Stahlbeton
Cermets
GFK
Harnstoff-harz, PE
PTFE
PA,PMMAPS,PVC,
PI, PET
Aramid-fasern
(Kevlar)
Glas-fasern
C-Fasern
SiC-Fasern
Glas-
scheibe
Glas-
flasche
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14
10-2
10-1
100
101
102
103
Ela
stiz
itäts
mod
ul
[GP
a]Metalle
Nichtmetallischanorganische
Werkstoffe
OrganischeWerkstoffe
Verbund-werkstoffe
Ti-LegierungStahl ferrit.,Ni CFK
Vergleich Elatizitätsmodul (Vorlesung Glas I - mech. Eigenschaften)
MoCr
Sn, Mg
Granit
Steatit
Cermets
GFK
PTFE
PI,PET,PSPVC,PC
OsW
Au
Pb
Zement
Graphit
DiamantWC,SiC
Al2O
3, TiC
MgO
Holz II FaserMelamin-
harz
PE
Silicon-kaut-schuk
Holz Faser!
Hartmetall
Sperr-holz
mechanische Beanspruchungen
10-1
100
101
102
Bru
ch
zä
hig
ke
it K
c [M
N/m
3/2
]
MetalleNichtmetallischanorganische
Werkstoffe
OrganischeWerkstoffe
Verbund-werkstoffe
Ti-Legierung
CFK
Vergleich Bruchzähigkeit (Vorlesung Glas I - mech. Eigenschaften)
Al-Legierung
Guß-Fe
Granit
Steatit
Stahlbeton
Cermets
GFK
Polyester
Epoxidharz
PA, PP
PE, PC, PSPMMA
Reinmetalle(z.B. Al,Cu,Ni)
Rotorstahl
Stähle
SiC, MgO
Si3N
4, Al
2O
3
Glas
Zement
Holz Faser!
Holz II Faser
Bruchmechanik: Hauptbeanspruchungsfälle bei der Rißausbreitung
Bruchmechanik (Vorlesung Werkstoffkunde)
-4,0
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
0 50 100 150 200 250 300 350
A0: ln ln (1/1-F) = -6,1 + 0,025 · !Biege
A1: ln ln (1/1-F) = -6,3 + 0,130 · !Biege
A2: ln ln (1/1-F) = -9,0 + 0,140 · !Biege
A3: ln ln (1/1-F) = -10,0 + 0,060 · !Biege
B1: ln ln (1/1-F) = -13,0 + 0,042 · !Biege
B2: ln ln (1/1-F) = -7,5 + 0,027 · !Biege
ln ln
(1/
1-F)
Biegefestigkeit (!Biege
) [MPa]
B 2
B 1
A 3
A 2
A 1 A 0
A0: unbehandelt A1: Oberfläche grob beschädigt (P 80), unbeschichtet, thermisch unbehandelt A2: Oberfläche fein beschädigt (P 180), unbeschichtet, thermisch unbehandelt A3: Oberfläche fein beschädigt (P 180), unbeschichtet, thermisch behandelt B1: Oberfläche fein beschädigt (P 180), beschichtet (ca. 20 µm), thermisch behandelt B2: Oberfläche nicht beschädigt, beschichtet (ca. 20 µm), thermisch behandelt
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Bruchspiegel Glas
Abhängigkeit Festigkeit von Zusammen-setzung des Glases
Versprödung Kunststoff
Spannungsdoppelbrechung
Härtemessung
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Thermische Ausdehnung von Glas
10-1
100
101
102
the
rmis
ch
er
Au
sd
eh
nu
ng
sko
eff
izie
nt
[ 1
0-6/K
]
MetalleNichtmetallischanorganische
Werkstoffe
OrganischeWerkstoffe
Verbund-werkstoffe
Vergleich therm. Ausdehnkoeff. (Vorlesung Glas I - mech. Eigenschaften)
PE, PPPolyesterPA, PVC
PS, PMMA
Melaminharz
PC, PI
Holz Faser
Holz II Faser
!Zn, Pb, Al, Mg
Cu, Co, NiStahl austenit.
Stahl ferrit.
W, Mo
Ta, Cr, Nb
Ti, Pt
GFK
CermetsHartmetall
MgO
Glaskeramik
Kieselglas
Diamant
Steatit
Al2O
3, Glas
SiC,Porzellan
Si3N
4
Si, B-S-Glas
Phosphat-glas
0 5 10 15 20 25 30 350
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Metalle
Keramik
Glas
thermischer Ausdehnungskoeffizient [10-6 /K]
Ts , T g
[°
C]
Ts,Tg - Ausdehnung (Glas I-therm. Eigenschaften)
Oberflächenspannung von Glas
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Chemische Eigenschaften
Beständigkeit Glas nach DIN
Diffusion
Kunststoffflasche nach 10 Jahren ohne Entnahme Wärmeleitung
10-1
100
101
102
Wär
mel
eitfä
higk
eit
bei 2
0 °C
[W
/m·K
]
MetalleNichtmetallischanorganische
Werkstoffe
OrganischeWerkstoffe
Verbund-werkstoffe
Ti-Legierung
Stahl ferrit.,Ni
Vergleich Wärmeleitung (Vorlesung Glas I - therm. Eigenschaften)
Al
Zn,Cr,Ni
Cermets
GFK
CuAu
Pb
Diamant
SiC
PE,PIPA,PTFE
PCPolyester
PVC,PMMASpanplatte
Hartmetall
Pt, Sn
Stahl austenit.
Al2O
3
TiC, ZrC
WC
Si3N
4
PorzellanGlas
MarmorSandstein
AlN
ZrO2 (stab.)
ZrO2
BeO
Glas I – Grundlagen Universität des Saarlandes SS 2008 Lehrstuhl Pulvertechnologie
18
0
0,05
0,1
0,15
0 100 200 300 400 500 600
Glasfaser
Keramikfaser
ruhende Luft
Wacker WDS
Wä
rme
leitfä
hig
ke
it [
W/m
·K]
Temperatur [°C]Wärmeleitfähigkeit (Glas I - therm. Eigenschaften)
Elektrische Leitfähigkeit
10-8
10-6
10-4
10-2
100
102
104
106
108
1010
1012
1014
1016
spez
ifisc
her
elek
tris
cher
Wid
erst
and
bei 2
0 °C
[
m
]!
MetalleNichtmetallischanorganische
Werkstoffe
OrganischeWerkstoffe
Verbund-werkstoffe
Al, Au, Cu
Pt, Ni, Zn, Co
Ti-LegierungStahl
Graphit
Cermets
GFK
KieselglasDiamant
GlasMullit
Schamotte
Silikat-stein
PTFEPP, PE
PSEpoxidharz
PC, PIPVCPA
PolyesterPhenolharz
Melamin-harz
Vergleich elektr. Widerstand (Vorlesung Glas I- therm./elektr. Eigenschaften)
Polypyrrol
Silizium(reinst)
Silizium(dot.)
SiC
TiN, TiC, WCTiB
2, MoSi
2
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Spez. elektr. Widerstand Gläser 1: Kieselglas 2: Kalk-Natronglas 3: AsSeTe-Glas 4: Silikatglasglas mit 18-Mol-% Fe2O4+MnO 5. Vavadiumphosphatglas 6: Boroatglas mit 45-Mol-% Fe2O4+MnO
Optische Eigenschaften
Frequenzbereiche
Dielektrische Funktionen
log Frequenz
Mikrowellen Infrarot Ultraviolett
Die
lekt
risch
e F
unkt
ione
n
Gitterschwingungen elektronischeAnregungen
!!
!ov
!op
!1
!2
˜ ! = !1 + !2
DebyeRelaxation
DK-Funktionen (Glas I - opt. Eigenschaften)
Dielektrische Funktion Abbe-Diagramm
Glas I – Grundlagen Universität des Saarlandes SS 2008 Lehrstuhl Pulvertechnologie
20
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 20 40 60 80
Rs, n=1,5
Rp, n=1,5
Rs, n=2,0
Rp, n=2,0
Rs, n=2,5
Rp, n=2,5
Ref
lexi
on
Einfallswinkel [Grad]
Reflexion bei schräger Inzidenz (Fresnel-Gleichungen)
Reflexe Fresnelformel (Glas I -opt. Eigenschaften)
1,45
1,5
1,55
1,6
1,65
1,7
1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Bariumglas
Silikatglas
Boratglas
Dichte [g/mL]
Bre
ch
un
gsin
de
x n
D
nach: Y. Tang et al., J. Non-Cryst. Sol 189 (1995)251-257
Na/Ba-Boro-/Silikatgläser
Na/Ba-Boro-/Silikatgläser (Glas I - opt. Eigenschaften)
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1
Re
fle
xio
n
BrechungsindexReflexion = f(n) (Glas I - opt. Eigenschaften)
Reflexion an einer Grenzfläche Luft-Glas
Abbe-Refraktometer
Refraktometer nach Jelly
Glas I – Grundlagen Universität des Saarlandes SS 2008 Lehrstuhl Pulvertechnologie
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Fouriertransformationsspektroskopie
Prinzip der Fouriertransformation
Prinzip Fouriertransformation (Vorlesung Glas III)
Prinzip der InterferometriePrinzip Interferometrie (Vorlesung Glas III)
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Interferometer
LaserNetzteil
Detektor
Probenraum
Positions-detektor
Strahlungs-quelle
Externer Strahl(optional)
Klappspiegel
Strahlteiler
Strahlengang FTIR-Spektrometer
Strahlengang Interferometer (Vorlesung Glas III)
Elektronik
Einfluß von der Teilchenform auf die Absorptionsbanden
Teilchenform-Absorptionsbanden (Vorlesung Glas III)
Glasfärbung
0
10
20
30
40
50
200 300 400 500 600 700 800 900
5 % V5+
5 % V3+
Tra
nsm
issio
n [
%]
Spektren SiO2-V3+/5+ (Glas I - opt. Eigenschaften)VS267-24/267-23
Wellenlänge [nm]
Vanadiumoxid-dotiertes Kieselglas
Glas I – Grundlagen Universität des Saarlandes SS 2008 Lehrstuhl Pulvertechnologie
23
0
20
40
60
80
100
190 290 390 490 590 690 790 890
Co2+
Co3+
Tra
nsm
issio
n [
%]
Spektren SiO2-Co2+/3+ (Glas I - opt. Eigenschaften)VS259-15/-16
Wellenlänge [nm]
Kobaltoxid-dotiertes Kieselglas
Goldrubinglas
Glas I – Grundlagen Universität des Saarlandes SS 2008 Lehrstuhl Pulvertechnologie
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Anlauffärbung TEM-Aufnahme von Glas mit CdSe-Mikrokristalliten
106
107
108
109
1010
1011
1012
1013
1014
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
5500 K3000 K2000 K1000 K600 K300 K
Str
ah
lun
gsle
istu
ng
[1
011W
/m3·s
r]
Wellenlänge [nm]
Emission eines schwarzen Strahlers
Emission schwarzer Strahler (Glas I-opt. Eigenschaften)
0
10
20
30
40
50
60
70
500 550 600 650 700 750 800
Sm 2+
Sm 3+
Flu
ore
sze
nzsig
na
l (w
illkü
rlic
he
Ein
he
ite
n)
Wellenlänge [nm]
Fluoreszenz von Sm-dotiertem Kieselglas (420 nm Anregung)
Fluoreszenz SiO2:Sm (Glas I -opt. Eigenschaften)
0
20
40
60
80
100
190 290 390 490 590 690 790 890
Infrasil 1Infrasil 1,
bestrahlt mit 4,2 kR
Tra
nsm
issio
n [
%]
Röntgenbestrahlung Infrasil (Glas I - opt. Eigenschaften)
Wellenlänge [nm]
Strahlenschädigung von Kieselglas
„Smart window“
Ende