Glas

Question 1

Warum ist ein Fenster durchsichtig?

Answer 1

• keine Streung –> Abwesenheit von Phasengrenzen, da Glas eine eingefrohene Flüssigkeit ist,
• Absorptionsmechanismen: ca. 92% Transmission + 8% Absorption und Reflexion,
• Glas ist ein Dielektrikum, dh es liegen keine freien Elektronen wie in einem Metall vor und hat große Bandlücke E(unten gap),
• Valenzelektronen des Sauerstoffs, wechselwirken erst bei höherenergetischer Anregung im UV-Bereich: wenn h*v «_space;E(unten gap),
• -> Transparenz T -> 0, bei der UV-Bandkante, z.B. elek. Prozesse,
• -> Transparenz T -> 0, bei der IR-Bandkante, z.B. ionische Prozesse

Question 2

Warum heizt ein Auto auf?

Answer 2

• eintreffende kurzwellige Wärmestrahlung der Sonne wird zu einem großen Teil, ca. 90%, durchgelassen/Transmittiert,
• heizt sich auf 50-80 grad auf
  
  • -> bei diesen Temperaturbereich niedrige Transmission,
• Wärme bleibt im Auto eingesperrt (Gewächshauseffekt),
• > im UV-Bereich ist die Scheibe weitgehend undurchlässig, unwahrscheinlich im Auto einen Sonnenbrand zu bekommen
• > auch bei ewig langem sitzen, reicht die Strahlungsintensität pro Zeit nicht aus.

Question 3

Luftvorwärmen (Brennluft) durch:

Answer 3

• regenerativ, indireter Wärmeaustausch,
  
  • -> 35-50 % Wirkungsgrad
• rekuperativ, direkter Wärmeaustausch,
  
  • -> 20-35 % Wirkungsgrad

Question 4

Regenerator

Answer 4

• müssen zwei alternierend arbeitende Brennersysteme installiert sein.
  Wenn das eine Brennersystem arbeitet, wird das heiße Abgas, durch eine Feuerfestgitterung, in das andere System geleitet und wärmt diese auf. Nach einer gewissen Zeit ist diese Feuerfestgitterung aufgeladen. Dann wird das System wechselt und das System mit dem aufgeladenen Regenerator wird verwendet. Dann strömt kalte Luft in den Regenerator, wärmt sich über die Gitterung auf und wird dann mit dem Brenngas gemischt und verbrannt.
  -> Feuerwechsel: alle 15-30 minuten
  (hohe Investment)

Question 5

Anforderung Feuerfestmaterial Regenerator

Answer 5

• mechanische Stabilität,
• chemische Stabilität ( Korrosionsschutz),
• thermische Stabuilität (thermische Belastug aufgrund Flammenwechchselzyklus)
• > entscheidend für die Effizienz,
• > Feuerfestqualität +Belastungstemperatur nimmt von oben nach unten ab,

Question 6

Rekuperator

Answer 6

• direkter Wärmeaustauscher im Gegenstrom Prinzip,
• im Betrieb stabiler, da er ohne Flammenwechsel betrieben wird,
• geringe Investment,
  Aufstellfläche ist deutlich kleiner als für Regenerator.

-> jedoch: niedrige Vorwärmtemperatur im Vergleich zum Regenerator bei Abgastemperatur von 1140 C wird eine Luftvorwärmung von 700 C erreicht,

Question 7

Floaten: Badschmelze Anforderung

Answer 7

• Dichte höher als die des Glases,
• minimale chemische Reaktivität mit dem Glas,
• Niedriger Dampfdruck,
• Siedetemperatur > 1400 C & Schmelzpunkt < 500 C,

–> Sn: sehr gute Oberflächenqualität, hohe Dichte

Question 8

Floaten: Maßnahmen gegen Qualitätsprobleme

Answer 8

• Schwelle im Boden zur Unterstützung der Strömungswalzen,
• Bubbling im Boden zur Unterstützung der Strömungswalzen,
• Boasting im Boden zur Unterstützung der Strömungswalzen.

Question 9

Floatglaswanne

Answer 9

• Athmosphäre: Stickstoff, Wasserstoff
• regenerativ,
• Cross-fired - Querbeheizte Wanne,
• erlaubt genaue Temperatureinstellung über die Länge der Wanne im Vergleich zu U-Flammen Wanne,
• nicht sehr Energieeffizient,
• offenes Design zwischen Schmelze und Arbeitswanne, um Turbulenzen und Schlieren zu vermeiden und geschichtete Glasqualität sicherzustellen,
• Wanne möglichst Breit.

Question 10

Was ist Glas?

Answer 10

• ein (vorwiegend) nichtkristalliner Werkstoff,
  
  • > keine Translationssymmetrie der atomaren Struktur,
• zeigt einen Glasübergang: T(g)
• eine unterkühlte eingefrohrene Flüssigkeit,
• ein Werkstoff ohne Gefüge.

Question 11

Länge eines Glases

Answer 11

Der Bereich von 4 bis 6 dPas, resp. 7,6 dPas stellt den sogenannten Arbeitsbereich dar. Das
Temperaturintervall, in dem dieser Arbeitsbereich durchlaufen wird, wird Länge des Glases
genannt. Die Länge des Glases sagt nichts über die Zeit aus, in der dieses Temperaturintervall
durchlaufen wird.

Question 12

Zwei Stücke Glas haben die gleiche chemische Zusammensetzung und Länge. Dennoch besitzen sie unterschiedliche Verarbeitungszeiten in der Formgebung. Was ist der Grund dafür?

Answer 12

Die Länge des Glases sagt nichts über die Zeit aus, in der dieses Temperaturintervall
durchlaufen wird. Zwei chemisch nahezu identische Gläser können sehr unterschiedliche
Abkühlgeschwindigkeiten haben, wenn z.B. das eine Glas durch einige 100 ppm
FeO braun gefärbt ist und damit eine deutlich andere Temperaturleitfähigkeit aufweist, als
das nicht gefärbte Glas.

Question 13

Wovon ist die Viskosität eines Glases abhängig?

Answer 13

von der Temperatur und Zusammensetzung (Oxidzusammensetzung)
–> mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität.

Messung durch:

• Dilatometer
• Rotationsviskosimeter
• Erhitzungsmikroskop

Question 14

Die fiktive Temperatur:

Answer 14

• Die Temperatur, bei der der
  Relaxationszustand eingefroren wurde, nennt man fiktive Temperatur, T(f).
• T(f) ist die Temperatur, bei der die Gleichgewichtsstruktur der Schmelze identisch ist mit der Struktur, die das Glas momentan zeigt. Also die Temperatur, bei der die Struktur des Glases effektiv
  eingefroren wurde.
• Die fiktive Temperatur Tf ist ein Maß für die molekulare Ordnung und das strukturelle Gleichgewicht eines Glases (Strukturrelaxation) als Funktion der Abkühlgeschichte und ist die Temperatur, bei der das System beim Abkühlen aus dem inneren Gleichgewicht herausfällt.
• Die fiktive Temperatur beeinflusst z.B. die Festigkeit oder Brechzahl eines Glases.

Question 15

Netzwerkbildner

Answer 15

• Zunahme der Viskosität,
• Erhöhung der Erweicherungstemperatur, der Ritzhärte, Temperaturwechselbeständigkeit

bsp.
SiO2
B2O3
P2O5

Question 16

Netzwerkwandler

Answer 16

• Verbesserung des Schmelz und Läuterverhaltens,
• Erniedrigung der Härte,

bsp.
K2O,
Na2O,
Li2O.

Question 17

Zwischenoxide

Answer 17

Al2O3

• erhöung der Viskosität,
• verbesserung der mech. und chem. Eigenschaften.

PbO

• erniedrigung der Viskosität,
• erhöhung der Dichte und Brechindex

Question 18

Thermische Ausdehnungskoeffizienten

Answer 18

Borat (B2O3)

• hohe Bindungsenergie,
• vollst. Polymerisiert,
• keine NBO,
• hohe chem. Beständigkeit,
• niedrige thermische Dehnung,
• schlechtere Vernetzung als Si02,
• leichter zu Schmelzen als Si02,

Phosphat (PsO5)

• 3BO + 1 NBO -> 5 Valenzelektronen.
• stark hygroskopisch,
• schwache Vernetzung

SiO2
In Netzwerken mit hohem freien Volumen kann durch Rotation und Biegung thermische Energie aufgenommen werden, was der Ausdehnung entgegenwirkt.

Question 19

Sichtbares Licht

Answer 19

780(rot)-380 nm

Question 20

Unterschied: Weißglaswanne vs. Braunglaswanne

Answer 20

• Weißglaswanne wird tiefer gebaut, als eine Wanne für Braunglas, da bei letzterer die Gefahr besteht, dass durch das Fe(II) viel Strahlung bereits in den oberen
  Schichten absorbiert wird und das Glas in Bodennähe nicht heißt genug wird und einfrieren
  kann.
• Dem kann auch durch Schmelzelektroden entgegengewirkt werden.
• Umgekehrt besteht bei einer Flint-Glas Wanne die Gefahr, dass der Boden überhitzt.

Question 21

Unterschied: natürliche vs Synthetische Rohstoffe

Answer 21

Natürlich:

• kostengünstig,
• oft verunreinigt,
• schwankende zusammensetzung,
• mehrfache Analyse von Rohstoffen nötig,
• Zertifizierung der Rohstoffe selten.

Synthetisch:

• kostenintensiv,
• hohe Reinheit,
• konst. chem.&physik. Zsmsetzung und Eigenschaft,
• homogene und stabile Herstellung,
• Zertifizierte Lieferung möglich.

Question 22

Begründen oder wiederlegen Sie ob Glas auf langen menschlichen Zeitskalen anfängt zu fließen (z.B. alte Fenster sind am unteren Ende dicker)

Answer 22

• Atome in flüssigkeiten sind frei beweglich, deshalb ist fließen möglich.
• atime im glas sind eingefroren -> daher keine Bewegung möglich, dh. kaltes Glas kann nicht fließen.

unterschiedliche Dicken sind bei der fertig entstanden.

Question 23

Top-Roller:

Answer 23

• das sind Zahnräder, die in das Glas greifen und so seine Geschwindigkeit und Breite regulieren, führen anfangs das Glasband.

Question 24

Gleichgewichtsdicke

Answer 24

Der Kühlofen zieht das Glas aus zu einer Dicke kleiner als die sog. Gleichgewichtsdicke. Die interne Spannung im Glas strebt wieder zurück in die Gleichgewichtsdicke.

• -> Die nach außen gerichtete Kraft der Top-Roller steuert diesem “Kollaps” ggf. entgegen und ermöglicht die gewünschte Glasbanddicke.
• > Gleichgewichtsdicke wird durch die Oberflächenspannung an der Grenzfläche Sn-Atmosphäre-Glas bestimmt.

Question 25

Läutern

Answer 25

-->> Im Glas gelöste Blasen werden entfernt. - Schmelze enthält sehr große Mengen kleiner Blasen. - Zeitaufwendiger Prozess, - durch chem. Prozess oder durch eine Komponente erzeugt man mit hohem Dampfdruck bei gegebener Temperatur einen Schwarm großer Blasen, der die kleine Blasen aufnimmt --> primärer Läutern - beim Abstehen werden bei fallender Temperatur wieder resorbiert --> Sekundäre Läutern.

Question 26

Entglasung

Answer 26

- unerwünschte Kristallisation. | - > homogene und heterogene Keimbildung

Question 27

Warum möchte man Gläser kristallisieren?

Answer 27

- führt zu einem Compositwerkstoff mit im Allgemeinen grundlegend anderen Eigenschaften als das entsprechende Ausgangsglas, - Kennzeichen der Glaskeramik ggb Gläsern gleicher Chemie die höhere Temperaturbeständigkeit, - von keramischen Werkstoffen vergleichbarer Zusammensetzung unterscheiden sich Glaskeramiken durch ihre Porenfreiheit.