Glas - Glass

Denne artikel handler om materialet. For anden anvendelse, se Glass (disambiguation) .

En facade af glasbygning

Glas er et ikke- krystallinsk , ofte transparent amorft fast stof , der har udbredt praktisk, teknologiske, og dekorative brug i for eksempel vinduer ruder, service , og optik . Glas dannes oftest ved hurtig afkøling ( slukning ) af den smeltede form; nogle glas, såsom vulkansk glas , forekommer naturligt. De mest kendte og historisk ældste former for fremstillet glas er "silikatglas" baseret på den kemiske forbindelse silica (siliciumdioxid eller kvarts ), den primære bestanddel af sand .Sodakalkglas , der indeholder omkring 70% silica, tegner sig for omkring 90% af fremstillet glas. Udtrykket glas , i populær brug, bruges ofte til kun at henvise til denne type materiale, selvom silica-fri glas ofte har ønskelige egenskaber til applikationer i moderne kommunikationsteknologi. Nogle genstande, såsom drikkeglas og briller , er så almindeligt fremstillet af silikatbaseret glas, at de ganske enkelt kaldes ved materialets navn.

Selvom det er sprødt, begravet silikatglas, vil det overleve i meget lange perioder, hvis det ikke forstyrres, og der findes mange eksempler på glasfragmenter fra tidlige kulturer til fremstilling af glas. Arkæologiske beviser tyder på, at glasfremstilling stammer fra mindst 3.600 f.Kr. i Mesopotamien , Egypten eller Syrien . De tidligste kendte glasgenstande var perler , måske skabt ved et uheld under metalbearbejdning eller fremstilling af fajance . På grund af dets lette formbarhed i enhver form, er glas traditionelt blevet brugt til fartøjer, såsom skåle , vaser , flasker , krukker og drikkeglas. I sin mest solide form har den også været brugt til papirvægte og kugler . Glas kan farves ved at tilføje metalsalte eller males og udskrives som emaljeret glas . De lysbrydende , reflekterende og transmission egenskaber af glas make glas velegnede til fremstilling af optiske linser , prismer og optoelektronik materialer. Ekstruderede glasfibre har anvendelse som optiske fibre i kommunikationsnetværk, varmeisolerende materiale, når de er matet som glasuld for at fange luft, eller i glasfiberforstærket plast ( glasfiber ).

Mikroskopisk struktur

Den amorfe struktur af glasagtig silica (SiO 2 ) i to dimensioner. Der er ingen rækkefølge med lang rækkevidde, selvom der er lokal ordning med hensyn til tetraedrisk arrangement af oxygen (O) atomer omkring silicium (Si) atomerne.
Mikroskopisk har en enkelt krystal atomer i et næsten perfekt periodisk arrangement; en polykrystal er sammensat af mange mikroskopiske krystaller; og et amorft fast stof, såsom glas, har ikke noget periodisk arrangement, selv mikroskopisk.
Hovedartikel: Struktur af væsker og glas

Standard definition af et glas (eller glasagtigt fast stof) er et fast stof dannet ved hurtig smelte quenching . Imidlertid defineres udtrykket "glas" ofte i en bredere forstand for at beskrive ethvert ikke-krystallinsk ( amorft ) fast stof, der udviser en glasovergang, når det opvarmes mod den flydende tilstand.

Glas er et amorft fast stof . Selvom glasstrukturen i atomskala deler egenskaber ved strukturen af ​​en underkølet væske , udviser glas alle de mekaniske egenskaber ved et fast stof. Som med andre amorfe faste stoffer mangler atomstrukturen i et glas den langdistanceperiode, der observeres i krystallinske faste stoffer . På grund af kemiske bindingsbegrænsninger besidder briller en høj grad af kort rækkefølge med hensyn til lokale atomiske polyeder . Forestillingen om, at glas flyder i mærkbar grad over længere tid, understøttes ikke af empirisk forskning eller teoretisk analyse (se viskositet i faste stoffer ). Laboratoriemålinger af stuetemperatur glas flyde do viser en bevægelse i overensstemmelse med et materiale viskositet af størrelsesordenen 10 17 -10 18 Pa s.

Dannelse fra en afkølet væske

Hovedartikel: Glasovergang
Uafklaret problem inden for fysik :

Hvad er karakteren af overgangen mellem et flydende eller almindeligt fast stof og en glasagtig fase? "Det dybeste og mest interessante uløste problem i solid state -teorien er sandsynligvis teorien om glasets natur og glasovergangen." - PW Anderson

(flere uløste problemer inden for fysik)

Til afkøling af smelte, hvis afkøling er tilstrækkelig hurtig (i forhold til den karakteristiske krystallisationstid ), forhindres krystallisation, og i stedet fryses den uordnede atomkonfiguration af den overkølede væske til fast tilstand ved Tg . Tendensen til, at et materiale danner et glas, mens det slukkes, kaldes glasdannende evne. Denne evne kan forudsiges af stivhedsteorien . Generelt eksisterer et glas i en strukturelt metastabil tilstand med hensyn til dets krystallinske form, selv om der under visse omstændigheder, for eksempel i ataktiske polymerer, ikke er nogen krystallinsk analog af den amorfe fase.

Glas betragtes undertiden som en væske på grund af dets mangel på en førsteordens faseovergang, hvor visse termodynamiske variabler som volumen , entropi og entalpi er diskontinuerlige gennem glasovergangsområdet. Den glasovergangstemperatur kan beskrives som er analog med en anden ordens faseovergang hvor de intensive termodynamiske variabler, såsom den varmeudvidelsesevne og varmekapacitet er diskontinuerlig, men dette er forkert. Ligevægtsteorien om fasetransformationer holder ikke for glas, og derfor kan glasovergangen ikke klassificeres som en af ​​de klassiske ligevægtsfasetransformationer i faste stoffer. Desuden beskriver den ikke temperaturafhængigheden af ​​Tg ved opvarmningshastighed, som den findes i differential scanningskalorimetri.

Forekomst i naturen

Uddybende artikler: Volcanic glas , Impactite , og Fulgurite

Glas kan dannes naturligt fra vulkansk magma. Obsidian er et almindeligt vulkansk glas med højt indhold af silica (SiO2), der dannes, når felsisk lava ekstruderet fra en vulkan afkøles hurtigt. Impactite er en form for glas dannet ved påvirkningen af ​​en meteorit , hvor Moldavit (fundet i Central- og Østeuropa) og libysk ørkenglas (fundet i områder i det østlige Sahara , ørkenerne i det østlige Libyen og det vestlige Egypten ) er bemærkelsesværdige eksempler . Forglasning af kvarts kan også forekomme, når lyn rammer sand og danner hule, forgrenede rodlignende strukturer kaldet fulguritter . Trinitit er en glasagtig rest dannet af ørkenbunden sandet på Trinity atombombe test site. Edeowie -glas , der findes i det sydlige Australien , foreslås at stamme fra græsarealbrande fra Pleistocene , lynnedslag eller hypervelocity -påvirkning af en eller flere asteroider eller kometer .

Historie

Hovedartikel: Glasets historie
Romersk bur fra det 4. århundrede f.Kr.

Naturligt forekommende obsidianglas blev brugt af stenalderens samfund, da det knækker langs meget skarpe kanter, hvilket gør det ideelt til skæring af værktøj og våben. Glasfremstilling går mindst 6000 år tilbage, længe før mennesker havde opdaget, hvordan man kunne smelte jern. Arkæologiske beviser tyder på, at det første ægte syntetiske glas blev fremstillet i Libanon og kystnære Syrien , Mesopotamien eller det gamle Egypten . De tidligste glasgenstande kendte, i midten af tredje årtusinde f.Kr., var perler , måske oprindeligt skabt som utilsigtet biprodukter fra metalbearbejdning ( slagger ) eller under fremstillingen af fajance , en præ-glas glasagtigt materiale fremstillet ved en fremgangsmåde svarende til ruder . Tidligt glas var sjældent gennemsigtigt og indeholdt ofte urenheder og ufuldkommenheder, og er teknisk fajance frem for sandt glas, som først dukkede op i 1400 -tallet f.Kr. Rødorange glasperler udgravet fra Indus Valley Civilization dateret før 1700 f.Kr. (muligvis så tidligt som 1900 f.Kr.) forud for vedvarende glasproduktion, der optrådte omkring 1600 i Mesopotamien og 1500 i Egypten. I slutningen af ​​bronzealderen var der en hurtig vækst i glasfremstillingsteknologi i Egypten og Vestasien . Arkæologiske fund fra denne periode, omfatter farvet glas ingots , fartøjer og perler. Meget tidlig glasproduktion var afhængig af slibningsteknikker lånt fra stenbearbejdning , såsom slibning og udskæring af glas i en kold tilstand.

Begrebet glas udviklede sig i det sene romerrig . Det var i det romerske glasfremstillingscenter i Trier (i det nuværende Tyskland), at det sen-latinske udtryk glesum stammer sandsynligvis fra et germansk ord for et gennemsigtigt , skinnende stof. Glasgenstande er blevet fundet i hele Romerriget i hjemlige, begravelsesmæssige og industrielle sammenhænge. Eksempler på romersk glas er fundet uden for det tidligere romerrig i Kina , Baltikum , Mellemøsten og Indien . Romerne perfektionerede cameoglas , fremstillet ved ætsning og udskæring gennem sammensmeltede lag i forskellige farver for at frembringe et design i relief på glasgenstanden.

Vinduer i koret i Basilikaen Saint Denis , en af ​​de tidligste anvendelser af omfattende glasområder (arkitektur fra begyndelsen af ​​1200-tallet med restaureret glas fra 1800-tallet)

I det postklassiske Vestafrika var Benin producent af glas- og glasperler. Glas blev brugt meget i Europa i middelalderen . Angelsaksisk glas er fundet i hele England under arkæologiske udgravninger af både bosættelses- og kirkegårdspladser. Fra det 10. århundrede og fremefter blev glas ansat i glasmosaikvinduer i kirker og katedraler med berømte eksempler på Chartres -katedralen og Basilikaen Saint Denis . I 1300-tallet designede arkitekter bygninger med vægge af farvet glas som Sainte-Chapelle , Paris, (1203–1248) og den østlige ende af Gloucester-katedralen . Med ændringen i arkitektonisk stil i renæssanceperioden i Europa blev brugen af ​​store glasmalerier meget mindre udbredt, selvom farvede glas havde en større genoplivning med gotisk genoplivningsarkitektur i 1800 -tallet.

I løbet af 1200 -tallet blev øen Murano , Venedig , et center for glasfremstilling, der bygger på middelalderlige teknikker til at producere farverige prydstykker i store mængder. Murano glasproducenter udviklede den usædvanligt klare, farveløse glas cristallo , såkaldt til sin lighed med naturkrystal, som i vid udstrækning blev brugt til vinduer, spejle, skibslanterner og linser. I det 13., 14. og 15. århundrede blev emaljering og forgyldning på glasbeholdere perfektioneret i Egypten og Syrien. Mod slutningen af ​​1600 -tallet blev Bøhmen en vigtig region for glasproduktion, og blev ved med det indtil begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Ved 1600 -tallet blev glas i den venetianske tradition også produceret i England . I omkring 1675 opfandt George Ravenscroft blykrystalglas , hvor skåret glas blev på mode i det 18. århundrede. Dekorative glasgenstande blev et vigtigt kunstmedium i jugendtiden i slutningen af ​​1800 -tallet.

I løbet af det 20. århundrede førte nye masseproduktionsteknikker til udbredt tilgængelighed af glas i meget større mængder, hvilket gjorde det praktisk som byggemateriale og muliggjorde nye anvendelser af glas. I 1920'erne blev der udviklet en skimmelsvamp -proces, hvor kunst blev ætset direkte i formen, så hvert støbt stykke kom ud af formen med billedet allerede på glassets overflade. Dette reducerede fremstillingsomkostningerne og kombineret med en bredere brug af farvet glas førte det til billige glasvarer i 1930'erne, som senere blev kendt som depressionglas . I 1950'erne udviklede Pilkington Bros. , England , flydeglasprocessen og fremstillede flade glasplader af høj kvalitet ved at flyde på smeltet tin . Moderne bygninger med flere etager er ofte konstrueret med gardinvægge, der næsten udelukkende er lavet af glas. Lamineret glas er blevet bredt anvendt på køretøjer til forruder. Optisk glas til briller har været brugt siden middelalderen. Produktionen af ​​linser er blevet stadig mere dygtig, hvilket hjælper astronomer såvel som at have anden anvendelse inden for medicin og videnskab. Glas bruges også som blændedæksel i mange solenergisamlere .

I det 21. århundrede har glasproducenter udviklet forskellige mærker af kemisk forstærket glas til udbredt anvendelse i berøringsskærme til smartphones , tabletcomputere og mange andre typer informationsapparater . Disse omfatter Gorilla glas , udviklet og produceret af Corning , AGC Inc. 's Dragontrail og Schott AG ' s Xensation.

Fysiske egenskaber

Optisk

Glas er udbredt i optiske systemer på grund af dets evne til at bryde, reflektere og transmittere lys efter geometrisk optik . De mest almindelige og ældste anvendelser af glas i optik er som linser , vinduer , spejle og prismer . De vigtigste optiske egenskaber brydningsindeks , spredning og transmission af glas er stærkt afhængige af kemisk sammensætning og i mindre grad dets termiske historie. Optisk glas har typisk et brydningsindeks på 1,4 til 2,4 og et Abbe-tal (som kendetegner spredning) på 15 til 100. Brydningsindeks kan ændres ved hjælp af høj densitet (stigninger i brydningsindeks) eller lav densitet (brydningsindeks falder) .

Glasgennemsigtighed skyldes mangel på korngrænser, som diffust spreder lys i polykrystallinske materialer. Halv-uigennemsigtighed på grund af krystallisation kan induceres i mange glas ved at holde dem i en lang periode ved en temperatur, der bare er utilstrækkelig til at forårsage fusion. På denne måde, det krystallinske, afglasset materiale, kendt som Réaumur glas porcelæn fremstilles. Selvom de generelt er gennemsigtige for synligt lys, kan briller være uigennemsigtige over for andre bølgelængder af lys . Mens silikatglas er generelt uigennemsigtige til infrarøde bølgelængder med en transmission afskæring ved 4 um, heavy-metal fluorid og chalcogenidlagene briller er transparente for infrarøde bølgelængder på op til 7 og op til 18 um hhv. Tilsætning af metalliske oxider resulterer i forskellige farvede briller, da metalionerne vil absorbere bølgelængder af lys svarende til specifikke farver.

Andet

Se også: Liste over glasets fysiske egenskaber , korrosion § Korrosion af glas og glasets styrke

I fremstillingsprocessen kan glas hældes, formes, ekstruderes og formes til former, der spænder fra flade ark til meget indviklede former. Det færdige produkt er sprødt og går i stykker, medmindre det er lamineret eller hærdet for at øge holdbarheden. Glas er typisk inert, modstandsdygtigt over for kemiske angreb og kan for det meste modstå vandets virkning, hvilket gør det til et ideelt materiale til fremstilling af beholdere til fødevarer og de fleste kemikalier. Ikke desto mindre, selvom det normalt er meget modstandsdygtigt over for kemiske angreb, vil glas korrodere eller opløses under visse betingelser. De materialer, der udgør en bestemt glaskomposition, har indflydelse på, hvor hurtigt glasset tærer. Briller, der indeholder en høj andel af alkali- eller jordalkalienementer , er mere modtagelige for korrosion end andre glasmaterialer.

Glasets tæthed varierer med kemisk sammensætning med værdier fra 2,2 gram pr. Kubikcentimeter (2.200 kg/m 3 ) for smeltet silica til 7,2 gram pr. Kubikcentimeter (7.200 kg/m 3 ) for tæt flintglas. Glas er stærkere end de fleste metaller med en teoretisk trækstyrke for rent, fejlfrit glas anslået til 14 gigapascal (2.000.000 psi) til 35 gigapascal (5.100.000 psi) på grund af dets evne til at gennemgå reversibel komprimering uden brud. Tilstedeværelsen af ​​ridser, bobler og andre mikroskopiske fejl fører imidlertid til et typisk interval på 14 megapascal (2.000 psi) til 175 megapascal (25.400 psi) i de fleste kommercielle glas. Flere processer såsom hærde kan øge glassets styrke. Omhyggeligt trukne fejlfrie glasfibre kan produceres med en styrke på op til 11,5 gigapascal (1.670.000 psi).

Anerkendt flow

Observationen af, at gamle vinduer nogle gange viser sig at være tykkere i bunden end øverst, tilbydes ofte som understøttende bevis for den opfattelse, at glas flyder over en tidshorisont på århundreder, idet antagelsen er, at glasset har udvist den flydende egenskab ved at strømme fra en form til en anden. Denne antagelse er forkert, da glas først er størknet, holder op med at flyde. Sags og krusninger observeret i gammelt glas var der allerede den dag det blev lavet; fremstillingsprocesser, der tidligere blev brugt, producerede plader med uperfekte overflader og ujævn tykkelse. (Det næsten perfekte flydeglas, der bruges i dag, blev først udbredt i 1960'erne.)

Typer

Silikat

Kvartsand (silica) er det vigtigste råmateriale i kommerciel glasproduktion

Siliciumdioxid (SiO 2 ) er en almindelig grundlæggende bestanddel af glas. Fusioneret kvarts er et glas fremstillet af kemisk ren silica. Den har meget lav termisk ekspansion og fremragende modstandsdygtighed over for termisk stød , er i stand til at overleve nedsænkning i vand, mens det er rødt varmt, modstår høje temperaturer (1000–1500 ° C) og kemisk forvitring og er meget hårdt. Det er også gennemsigtigt for et bredere spektralområde end almindeligt glas, der strækker sig fra det synlige længere ind i både UV- og IR -områderne og bruges undertiden, hvor gennemsigtighed for disse bølgelængder er nødvendig. Smeltet kvarts bruges til applikationer ved høj temperatur, f.eks. Ovnsrør, belysningsrør, smeltedigler osv. Den høje smeltetemperatur (1723 ° C) og viskositet gør det imidlertid svært at arbejde med. Derfor tilføjes normalt andre stoffer (flux) for at sænke smeltetemperaturen og forenkle glasbehandlingen.

Sodavand

Natriumcarbonat (Na 2 CO 3 , "sodavand") er et almindeligt additiv og virker til at sænke glasovergangstemperaturen. Men natriumsilicat er vandopløselig , så kalk (CaO, calciumoxid , generelt opnået fra kalksten ), nogle magnesiumoxid (MgO) og aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) er andre fælles komponenter tilsat for at forbedre kemisk holdbarhed. Natronkalkglas (Na 2 O) + kalk (CaO) + magnesia (MgO) + aluminiumoxid (Al 2 O 3 ) udgør over 75% af forarbejdet glas indeholdende ca. 70 til 74% silica efter vægt. Sodakalk-silikatglas er gennemsigtigt, let formet og mest velegnet til vinduesglas og service. Det har imidlertid en høj termisk ekspansion og dårlig varmebestandighed. Sodakalkglas bruges typisk til vinduer , flasker , pærer og krukker .

Borosilicat

En målekande fra Pyrex borosilikatglas

Borsilicatglas (f.eks. Pyrex , Duran ) indeholder typisk 5–13% bortioxid (B 2 O 3 ). Borsilikatglasser har forholdsvis lave varmeudvidelseskoefficienter (7740 Pyrex CTE er 3,25 × 10 - 6 / ° C sammenlignet med omkring 9 x 10 - 6 / ° C for en typisk natronkalkglas). De er derfor mindre udsat for stress forårsaget af termisk ekspansion og dermed mindre sårbare over for revner fra termisk chok . De er almindeligt anvendt til f.eks laboratorieudstyr , husholdnings- køkkengrej , og forseglet beam bil hoved lamper .

At føre

Tilsætning af bly (II) oxid til silikatglas sænker smeltepunktet og viskositeten af smelten. Den høje tæthed af blyglas (silica + blyoxid (PbO) + kaliumoxid (K 2 O) + soda (Na 2 O) + zinkoxid (ZnO) + aluminiumoxid) resulterer i en høj elektrondensitet, og dermed højt brydningsindeks , hvilket gør glassets udseende mere strålende og forårsager mærkbart mere spejlende refleksion og øget optisk spredning . Blyglas har en høj elasticitet, hvilket gør glasset mere brugbart og giver anledning til en klar "ring" -lyd, når det rammes. Imidlertid kan blyglas ikke modstå høje temperaturer godt. Blyoxid letter også opløseligheden af ​​andre metaloxider og bruges i farvet glas. Viskositetsfaldet af blyglassmeltning er meget signifikant (ca. 100 gange i sammenligning med sodavand); dette muliggør lettere fjernelse af bobler og arbejde ved lavere temperaturer, derfor er det hyppigt anvendt som tilsætningsstof i glasagtige emaljer og glassoldere . Den høje ioniske radius af Pb 2+ -ionen gør den meget immobil og hindrer bevægelse af andre ioner; blyglas har derfor en høj elektrisk modstand, cirka to størrelsesordener højere end sodakalkglas (10 8,5 vs 10 6,5  Ω⋅cm, DC ved 250 ° C).

Aluminiumsilicat

Aluminosilicatglas indeholder typisk 5-10% aluminiumoxid (Al 2 O 3 ). Aluminosilikatglas har en tendens til at være vanskeligere at smelte og forme i forhold til borsilikatsammensætninger, men har fremragende termisk modstandsdygtighed og holdbarhed. Aluminosilikatglas bruges i vid udstrækning til glasfiber , bruges til fremstilling af glasforstærket plast (både, fiskestænger osv.), Køkkentøj i topform og halogenpæreglas.

Andre oxidadditiver

Tilsætning af barium øger også brydningsindekset. Thoriumoxid giver glas et højt brydningsindeks og lav spredning og blev tidligere brugt til at producere linser af høj kvalitet, men på grund af dets radioaktivitet er det blevet erstattet af lanthanoxid i moderne briller. Jern kan inkorporeres i glas for at absorbere infrarød stråling, for eksempel i varmeabsorberende filtre til filmprojektorer, mens cerium (IV) oxid kan bruges til glas, der absorberer ultraviolette bølgelængder. Fluor sænker glasets dielektriske konstant . Fluor er stærkt elektronegativ og sænker materialets polariserbarhed. Fluorsilicatglas bruges til fremstilling af integrerede kredsløb som isolator.

Glaskeramik

Hovedartikel: Glaskeramik
En glaskeramisk kogeplade med høj styrke med ubetydelig termisk ekspansion .

Glaskeramiske materialer indeholder både ikke-krystallinsk glas og krystallinske keramiske faser. De dannes ved kontrolleret nukleation og delvis krystallisation af et baseglas ved varmebehandling. Krystallinske korn er ofte indlejret i en ikke-krystallinsk intergranulær fase af korngrænser . Glaskeramik udviser fordelagtige termiske, kemiske, biologiske og dielektriske egenskaber sammenlignet med metaller eller organiske polymerer.

Den mest kommercielt vigtige egenskab ved glaskeramik er deres uigennemtrængelighed for termiske stød. Således er glaskeramik blevet yderst nyttig til bordplade og industrielle processer. Den negative termiske ekspansionskoefficient (CTE) for den krystallinske keramiske fase kan afbalanceres med den positive CTE for den glasagtige fase. På et bestemt tidspunkt (~ 70% krystallinsk) har glaskeramikken et netto CTE nær nul. Denne type glaskeramik udviser fremragende mekaniske egenskaber og kan opretholde gentagne og hurtige temperaturændringer op til 1000 ° C.

Glasfiber

Hovedartikler: Glasfiber og glasuld

Glasfiber (også kaldet glasfiberforstærket plast, GRP) er et kompositmateriale fremstillet ved at forstærke en plastharpiks med glasfibre . Det fremstilles ved at smelte glas og strække glasset til fibre. Disse fibre væves sammen til en klud og efterlades i en plastisk harpiks. Glasfiber har egenskaberne som let og korrosionsbestandig og er en god isolator, der gør det muligt at bruge det som bygningsisoleringsmateriale og til elektronisk hus til forbrugsvarer. Glasfiber blev oprindeligt brugt i Storbritannien og USA under Anden Verdenskrig til fremstilling af radomer . Anvendelser af glasfiber omfatter bygnings- og konstruktionsmaterialer, bådskrog, bildele til karosserier og kompositmaterialer inden for luftfart.

Glasfiber uld er en fremragende termisk og lyd isolationsmateriale, der almindeligvis anvendes i bygninger (f.eks loftsrum og Hulmursisolering ), og VVS (f.eks rørisolering ), og lydisolering . Det fremstilles ved at tvinge smeltet glas gennem et fint net med centripetalkraft og bryde de ekstruderede glasfibre i korte længder ved hjælp af en strøm af højhastighedsluft. Fibrene er limet med en klæbende spray, og den resulterende uldmåtte skæres og pakkes i ruller eller paneler.

Ikke-silikat

En CD-RW (CD). Chalcogenidglas danner grundlaget for omskrivningsbar cd- og dvd-solid-state-hukommelsesteknologi.

Udover fælles silicabaserede glasser mange andre uorganiske og organiske materialer kan også danne briller, herunder metaller , aluminater , phosphater , borater , chalcogenider , fluorider , germanates (glas baseret på GeO 2 ), tellurites (glas baseret på Teo 2 ), antimonates ( glas baseret på Sb 2 O 3 ), arsenater (glas baseret på As 2 O 3 ), titanater (glas baseret på TiO 2 ), tantalater (glas baseret på Ta 2 O 5 ), nitrater , carbonater , plast , akryl og mange andre stoffer. Nogle af disse glas (f.eks. Germaniumdioxid (GeO 2 , Germania), har i mange henseender en strukturel analog af silica, fluorid , aluminat , fosfat , borat og chalcogenidglas ) fysisk-kemiske egenskaber, der er nyttige til deres anvendelse i fiberoptiske bølgeledere i kommunikationsnetværk og andre specialiserede teknologiske applikationer.

Silica-fri glas kan ofte have dårlige glasdannende tendenser. Nye teknikker, herunder beholderløs behandling ved aerodynamisk levitation (afkøling af smelten, mens den flyder på en gasstrøm) eller sprøjtedæmpning (trykning af smelten mellem to metalambolder eller ruller), kan bruges til at øge kølehastigheden eller reducere krystalkerneaflejringstrigger.

Amorfe metaller

Hovedartikel: Amorft metal
Prøver af amorft metal, med millimeters skala

Tidligere er der blevet produceret små partier amorfe metaller med høje overfladearealkonfigurationer (bånd, ledninger, film osv.) Gennem implementering af ekstremt hurtige afkølingshastigheder. Amorfe metaltråde er blevet fremstillet ved at sprutte smeltet metal på en snurrende metaldisk. For nylig er der fremstillet et antal legeringer i lag med en tykkelse på over 1 millimeter. Disse er kendt som bulk metallic briller (BMG). Liquidmetal Technologies sælger en række zirkoniumbaserede BMG'er. Der er også produceret partier af amorft stål, der viser mekaniske egenskaber, der langt overstiger dem, der findes i konventionelle stållegeringer.

Eksperimentelle beviser indikerer, at systemet Al-Fe-Si kan undergå en førsteordens overgang til en amorf form (kaldet "q-glas") ved hurtig afkøling fra smelten. Transmissionselektronmikroskopi (TEM) -billeder indikerer, at q-glas kerner fra smelten som diskrete partikler med en ensartet sfærisk vækst i alle retninger. Mens røntgendiffraktion afslører q-glassets isotrope natur, eksisterer der en nukleationsbarriere , der indebærer en interfacial diskontinuitet (eller indre overflade) mellem glas- og smeltefaserne.

Polymerer

Vigtige polymerglas omfatter amorfe og glasagtige farmaceutiske forbindelser. Disse er nyttige, fordi opløseligheden af ​​forbindelsen er stærkt forøget, når den er amorf sammenlignet med den samme krystallinske sammensætning. Mange nye lægemidler er praktisk talt uopløselige i deres krystallinske former. Mange polymere termoplaster kendt fra daglig brug er glas. Til mange anvendelser, f.eks. Glasflasker eller briller , er polymerglas ( akrylglas , polycarbonat eller polyethylenterephthalat ) et lettere alternativ til traditionelt glas.

Molekylære væsker og smeltede salte

Molekylære væsker, elektrolytter , smeltede salte og vandige opløsninger er blandinger af forskellige molekyler eller ioner , der ikke danner et kovalent netværk, men kun interagerer gennem svage van der Waalskræfter eller gennem forbigående hydrogenbindinger . I en blanding af tre eller flere ioniske arter af forskellig størrelse og form kan krystallisering være så vanskelig, at væsken let kan afkøles til et glas. Eksempler indbefatter LiCI: R H 2 O (en opløsning af lithiumchlorid salt og vandmolekyler) i præparatet området 4 < R <8. sukkerglas eller Ca 0,4 K 0,6 (NO 3 ) 1,4 . Glaselektrolytter i form af Ba-dopet Li-glas og Ba-dopet Na-glas er blevet foreslået som løsninger på problemer identificeret med organiske flydende elektrolytter anvendt i moderne lithium-ion battericeller.

Produktion

Hovedartikler: Glasproduktion , Floatglas og Glasblæsning
Robotiseret flydeglas aflæsning

Efter fremstilling og blanding af glaspartiet transporteres råvarerne til ovnen. Sodakalkglas til masseproduktion smeltes i gasfyrede enheder . Mindre ovne til specialglas omfatter elektriske varmeapparater, grydeovne og dagtanke. Efter smeltning, homogenisering og raffinering (fjernelse af bobler) dannes glasset . Fladt glas til vinduer og lignende applikationer er dannet af floatglasprocessen , udviklet mellem 1953 og 1957 af Sir Alastair Pilkington og Kenneth Bickerstaff fra Storbritanniens Pilkington Brothers, der skabte et kontinuerligt glasbånd ved hjælp af et smeltet tinbad, hvorpå det smeltede glas flyder uhindret under påvirkning af tyngdekraften. Overfladen af ​​glasset udsættes for nitrogen under tryk for at opnå en poleret finish. Beholderglas til almindelige flasker og krukker dannes ved blæsnings- og pressemetoder . Dette glas er ofte lidt modificeret kemisk (med mere aluminiumoxid og calciumoxid) for større vandmodstand.

Glas blæser

Når den ønskede form er opnået, glødes sædvanligvis glas for fjernelse af spændinger og for at øge glassets hårdhed og holdbarhed. Overfladebehandlinger, belægninger eller laminering kan følge for at forbedre den kemiske holdbarhed ( glasbeholderbelægninger , glasbeholderens interne behandling ), styrke ( hærdet glas , skudsikkert glas , forruder ) eller optiske egenskaber ( isoleret ruder , antireflekterende belægning ).

Nye kemiske glaskompositioner eller nye behandlingsteknikker kan i første omgang undersøges i små laboratorieeksperimenter. Råmaterialerne til glasmelte i laboratorieskala er ofte forskellige fra dem, der bruges til masseproduktion, fordi omkostningsfaktoren har en lav prioritet. I laboratoriet bruges for det meste rene kemikalier . Man skal passe på, at råvarerne ikke har reageret med fugt eller andre kemikalier i miljøet (f.eks. Alkali- eller jordalkalimetaloxider og -hydroxider eller boroxid ), eller at urenhederne kvantificeres (tab ved antændelse). Fordampningstab under glassmeltning bør overvejes under udvælgelsen af ​​råmaterialerne, f.eks. Kan natriumselenit foretrækkes frem for let fordampning af selendioxid (SeO 2 ). Ligeledes kan lettere reagerende råmaterialer foretrækkes frem relativt indifferent oner, såsom aluminiumhydroxid (Al (OH) 3 ) i løbet af aluminiumoxid (Al 2 O 3 ). Normalt udføres smeltene i platindigler for at reducere forurening fra digelmaterialet. Glas homogenitet opnås ved homogenisering af den rå materialer blanding ( glasmænge ), ved omrøring af smelten, og ved knusning og re-smeltende første smelte. Det opnåede glas glødes normalt for at forhindre brud under behandlingen.

Farve

Hovedartikel: Glasfarvning og farvemærkning

Farve i glas kan opnås ved tilsætning af homogent distribuerede elektrisk ladede ioner (eller farvecentre ). Mens almindeligt sodakalkglas fremstår farveløst i tynde sektioner, producerer urenheder (II) oxid (FeO) en grøn farvetone i tykke sektioner. Mangandioxid (MnO 2 ), som giver glasset en lilla farve, kan tilsættes for at fjerne den grønne farvetone givet af FeO. FeO og chrom (III) oxid (Cr 2 O 3 ) tilsætningsstoffer anvendes til fremstilling af grønne flasker. Jern (III) oxid producerer derimod gult eller gulbrunt glas. Lave koncentrationer (0,025 til 0,1%) af koboltoxid (CoO) producerer rigt, dybblåt koboltglas . Chrom er et meget kraftfuldt farvestof, der giver mørkegrøn. Svovl kombineret med kulstof- og jernsalte producerer ravglas, der spænder fra gulligt til næsten sort. En glasmelt kan også få en ravfarve fra en reducerende forbrændingsatmosfære. Cadmiumsulfid producerer kejserligt rødt og kombineret med selen kan det producere nuancer af gul, orange og rød. Tilsætningsstoffet Kobber (II) oxid (CuO) producerer en turkis farve i glas, i modsætning til kobber (I) oxid (Cu 2 O), som giver en kedelig brunrød farve.

Anvendelser

Skyskraber Shard -glas i London .

Arkitektur og vinduer

Hovedartikler: Arkitekturglas og vindue

Soda-kalk glasplade anvendes typisk som gennemsigtig rude materiale, typisk som vinduer i ydervægge af bygninger. Flydende eller valsede glasplader skæres i størrelse enten ved at skære og snappe materialet, laserskæring , vandstråler eller diamantbladet sav. Glasset kan være termisk eller kemisk hærdet (forstærket) af sikkerhedshensyn og bøjet eller buet under opvarmning. Overfladebelægninger kan tilføjes til specifikke funktioner såsom ridsefasthed, blokering af specifikke lysbølgelængder (f.eks. Infrarød eller ultraviolet ), snavsafvisning (f.eks. Selvrensende glas ) eller omskiftelige elektrokromiske belægninger.

Strukturelle ruder repræsenterer en af ​​de mest betydningsfulde arkitektoniske innovationer i moderne tid, hvor glasbygninger nu ofte dominerer skylines i mange moderne byer . Disse systemer bruger beslag i rustfrit stål, der er forsænket i fordybninger i hjørnerne af glaspladerne, så forstærkede ruder kan fremstå som uunderstøttede, hvilket skaber et blankt ydre. Strukturelle ruder har deres rødder i jern- og glashave i det nittende århundrede

Bordservice

Hovedartikler: Bordservice og liste over glasvarer

Glas er en væsentlig komponent i bordservice og bruges typisk til glas til vand, øl og vin . Vinglas er typisk stilk og fod , dvs. kopper dannet af en skål, stilk og fod. Krystal- eller blyglasglas kan skæres og poleres for at producere dekorative drikkeglas med skinnende facetter. Andre anvendelser af glas i bordservice omfatter karaffel , kande , tallerkener og skåle .

Emballage

Hovedartikel: Beholderglas

Glasets inerte og uigennemtrængelige karakter gør det til et stabilt og meget brugt materiale til mad- og drikkeemballage som glasflasker og krukker . Det meste containerglas er sodavandglas , fremstillet ved blæsning og presningsteknik . Beholderglas har et lavere indhold af magnesiumoxid og natriumoxid end fladt glas og et højere indhold af silica , calciumoxid og aluminiumoxid . Dets højere indhold af vanduopløselige oxider giver lidt højere kemisk holdbarhed mod vand, hvilket er fordelagtigt til opbevaring af drikkevarer og mad. Glasemballage er bæredygtig, let genanvendelig, genanvendelig og genopfyldelig.

Til elektroniske applikationer kan glas bruges som et substrat til fremstilling af integrerede passive enheder , tyndfilms akustiske resonatorer og som et hermetisk forseglingsmateriale i enhedsemballage, herunder meget tyndt glasbaseret indkapsling af integrerede kredsløb og andre halvledere i høje produktionsmængder.

Laboratorier

Hovedartikel: Laboratorieglas

Glas er et vigtigt materiale i videnskabelige laboratorier til fremstilling af eksperimentelle apparater, fordi det er relativt billigt, let formet til nødvendige former for forsøg, let at holde rent, kan modstå varme- og kuldebehandling, er generelt ikke-reaktivt med mange reagenser , og dets gennemsigtighed giver mulighed for observation af kemiske reaktioner og processer. Laboratorieglasartikler omfatter kolber , petriskåle , reagensglas , pipetter , graduerede cylindre , glasforede metalliske beholdere til kemisk behandling, fraktioneringskolonner , glasrør, Schlenk -linjer , målere og termometre . Selvom de fleste laboratorieglasvarer er blevet masseproduceret siden 1920'erne, anvender forskere stadig dygtige glasblæsere til at fremstille skræddersyede glasapparater til deres eksperimentelle krav.

Optik

Glas er et allestedsnærværende materiale inden for optik i kraft af dets evne til at bryde , reflektere og transmittere lys. Disse og andre optiske egenskaber kan kontrolleres ved forskellige kemiske sammensætninger, termisk behandling og fremstillingsteknikker. De mange anvendelser af glas i optik omfatter briller til synskorrektion, billedoptik (f.eks. Linser og spejle i teleskoper , mikroskoper og kameraer ), fiberoptik inden for teleteknologi og integreret optik . Mikrolinser og gradientindeksoptik (hvor brydningsindekset er ikke-ensartet) finder anvendelse i f.eks. Læsning af optiske diske , laserprintere , fotokopimaskiner og laserdioder .

Kunst

Hovedartikler: Studioglas , kunstglas og glaskunst
Del af tysk farvet glaspanel fra 1444 med besøg ; gryde metalfarvet glas i forskellige farver, herunder hvidt glas, sort glasmaling, gul sølvplet og de "olivengrønne" dele er emalje. Plantemønstrene på den røde himmel dannes ved at skrabe den sorte maling væk fra det røde glas før brænding. Et restaureret panel med nye blykamre.

Glas som kunst stammer fra mindst 1300 f.Kr. vist som et eksempel på naturligt glas, der findes i Tutankhamuns bryst, som også indeholdt glasagtig emalje , det vil sige smeltet farvet glas, der bruges på en metalunderlag. Emaljeret glas , dekorationen af ​​glasbeholdere med farvede glasmalinger, har eksisteret siden 1300 f.Kr., og var fremtrædende i begyndelsen af ​​det 20. århundrede med Art Nouveau -glas og House of Fabergé i St. Petersborg, Rusland. Begge teknikker blev brugt i farvet glas , der nåede sin højde omtrent fra 1000 til 1550, før en genoplivning i det 19. århundrede.

Det 19. århundrede oplevede en genoplivning i gamle glasfremstillingsteknikker, herunder cameoglas , opnået for første gang siden Romerriget, først og fremmest for stykker i en nyklassisk stil. Den Art Nouveau bevægelsen gjort stor brug af glas, med René Lalique , Émile Gallé , og Daum Nancy i den første franske bølge af bevægelsen, der producerer farvede vaser og lignende stykker, ofte i cameo glas eller i lustre glas teknikker.

Louis Comfort Tiffany i Amerika specialiserede sig i farvet glas , både verdslige og religiøse, i paneler og hans berømte lamper. I begyndelsen af ​​det 20. århundrede oplevede den store fabriksfremstilling af glaskunst af virksomheder som Waterford og Lalique . Små studier kan håndproducere glasværker. Teknikker til fremstilling af glaskunst omfatter blæsning , ovnstøbning , smeltning, fald, pâte de verre , flammebearbejdning , varmskulpturering og koldbearbejdning. Koldt arbejde omfatter traditionelt farvet glasarbejde og andre metoder til formning af glas ved stuetemperatur. Objekter fremstillet af glas omfatter beholdere, papirvægte , marmor , perler , skulpturer og installationskunst .

Se også

Referencer

eksterne links