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Wussten Sie, dass es möglich ist, die Eigenschaften von Glas zu verändern? Bedenken Sie.

Laut AZO Materialien:

„Die Eigenschaften von Silikat- und Boratglas können mithilfe von Glasmodifikatoren wie Lithiumoxid, Calciumoxid und Zinkoxid fein abgestimmt werden, um verschiedene technische Nischenanwendungen zu erfüllen. In diesem Artikel wird untersucht, wie hochspezifische Gläser für zahlreiche Anwendungen unter Verwendung gängiger Glasmodifikatoren hergestellt werden.

„Gewöhnliches Glas ist hitzebeständig, weist eine geringe Wärmeausdehnung auf und bietet eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit. Es ist chemisch beständig, weist einen hohen elektrischen Widerstand auf und ist optisch transparent. All diese Eigenschaften machen Glas zu einem einzigartigen Material, das in Architektur, Laborbedarf, Elektronik und Technik unverzichtbar ist.

„Glasmodifikatoren können Glas weiter in ein wahres Wundermaterial verwandeln. Die Eigenschaften von Glas können genau wie bei anderen Materialien wie Stahl durch sorgfältige Zugabe chemischer Modifikatoren genau abgestimmt und erweitert werden, um einer Vielzahl anspruchsvoller Anwendungen gerecht zu werden.

Glasstruktur und Zusammensetzung

„Es gibt drei große Kategorien für die Bestandteile von Glas: Netzwerkbildner, Modifikatoren und Zwischenprodukte. ¹Bei Netzwerkbildnern besteht der Großteil des Glases aus einem hochvernetzten Netzwerk chemischer Bindungen. Der häufigste netzwerkbildende Bestandteil von Glas ist Siliziumoxid. Zwei weitere häufig verwendete Oxide bei der Glasherstellung sind Bor und Germanium.

„Um die Eigenschaften von Glas weiter zu verändern, können dem Glas in kleinen Mengen chemische Modifikatoren , einschließlich Lithium, Natrium, Kalium und Kalzium, zugesetzt werden. Diese Modifikatoren liegen als geladene Einzelatome (Ionen) unter den vernetzten Netzwerkbildnern vor. Als solche reduzieren sie die relative Anzahl starker Bindungen im Glas und senken wiederum den Schmelzpunkt und die Viskosität.

„Abhängig von der Glaszusammensetzung sind Zwischenprodukte, darunter Titan, Aluminium und Zink, Chemikalien, die sich als Netzwerkbildner oder Modifikatoren verhalten können. ² Ein sorgfältig abgestimmtes Gleichgewicht von Netzwerkbildnern, Zwischenprodukten und Modifikatoren ist erforderlich, um die Bildung geordneter Kristallite innerhalb des Materials zu verhindern, da Gläser von Natur aus stark ungeordnet sind.

Auswirkungen von Glasmodifikatoren

„Additivitätsbeziehungen beschreiben ungefähr die Eigenschaften von modifiziertem Glas, da Glas im Allgemeinen wie eine Lösung wirkt, was bedeutet, dass jeder Inhaltsstoff in etwa proportional zu seiner Konzentration zu den Masseneigenschaften des Glases beiträgt. ³

„Die normale Bindung zwischen glasbildenden Elementen und Sauerstoff wird durch Glasmodifikatoren unterbrochen, da sie sich lose mit den Sauerstoffatomen verbinden. Es werden „nicht überbrückende Sauerstoffatome“ erzeugt, die dann die relative Menge an starker Bindung innerhalb des Glases verringern. Dies bedeutet, dass Glasmodifikatoren typischerweise signifikante Auswirkungen auf die Glaseigenschaften haben.

„Zu diesen Effekten gehören eine Verringerung des Schmelzpunkts, der Oberflächenspannung und der Viskosität als Folge einer insgesamt schwächeren Bindung innerhalb des Materials.⁴ Glasmodifikatoren beeinflussen den Wärmeausdehnungskoeffizienten, die chemische Beständigkeit und den Brechungsindex, wodurch Glas bei niedrigeren Temperaturen leichter zu verarbeiten ist, ohne die Transparenz zu beeinträchtigen.

Glasmodifikatoren für anspruchsvolle Anwendungen

„Die verschiedenen verfügbaren Glasmodifikatoren haben mehrere gemeinsame Eigenschaften. Die einzigartigen chemischen Eigenschaften von jedem können jedoch unterschiedliche Auswirkungen auf die Eigenschaften des hergestellten Glases haben.

Chemische Beständigkeit

„Die chemische Beständigkeit von Glas wird typischerweise reduziert, wenn Metalle, beispielsweise Natrium und Kalium, als Modifikatoren verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann die chemische Beständigkeit von Glas durch den Einsatz von Erdalkalimetallen, beispielsweise Calcium, steigen. ⁵

Widerstand

„Glas hat einen hohen spezifischen Widerstand und eine hohe Permittivität, wodurch es für Anwendungen in Widerständen und Kondensatoren geeignet ist. Der spezifische Widerstand in Gläsern kann durch Zugabe von Tellur-, Germanium- oder Titanoxiden in geringen Konzentrationen drastisch erhöht werden. Dies macht sie zu attraktiven Glasmodifikatoren für Anwendungen mit ultrahohem Widerstand, beispielsweise Hörgeräte und Infrarotdetektoren. ⁶

Glas für Laborbedarf

„Bei der Herstellung von Laborgeräten wird Glas mit starker chemischer Beständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit sehr geschätzt. Wärmeausdehnungseffekte können durch den Zusatz von Zinkoxid zu Silikatglas reduziert werden. Dadurch ist es besonders temperaturwechselbeständig.

„Gläser, die neben Silikat auch Borat als Netzwerkbildner verwenden, sogenannte Borosilikatgläser, sind zudem besonders thermisch beständig und chemisch beständig. Dies macht sie zu einem attraktiven Material für Reaktionsgefäße, Reagenzgläser und andere Laborartikel.

Spezielle optische Eigenschaften

„Einige Gläser werden wegen ihrer außergewöhnlichen optischen Eigenschaften geschätzt. Photochrome Linsen verwenden häufig zinkmodifiziertes Glas, während das lichtempfindliche Glas aus Silber, Gold und Kupfer hergestellt wird und die Farbe als Reaktion auf einfallendes Licht ändern kann. ^4,7

Bioaktives Glas

„Die biomedizinische Gemeinschaft ist besonders an der Form von modifiziertem Glas interessiert, das die Eigenschaften des mineralischen Anteils lebender Knochen nachahmt. Dies ist als bioaktives Glas bekannt. Es ist hochgradig biokompatibel und bildet starke chemische Bindungen mit dem Knochen.

„Kalzium und Natrium fungieren als primäre Modifikatoren, um ein vergleichsweise weiches Glas zu schaffen, das zu etwa 45 % aus Silikat besteht. Solches Glas kann leicht zu Implantaten zur Verwendung bei der Reparatur von Knochenverletzungen verarbeitet werden. ⁸

Mo-Sci Führende Präzisionsglastechnologie

„Mo-Sci ist ein weltweit führendes Unternehmen in der Präzisionsglastechnologie und produziert eine Vielzahl von hochspezialisierten Gläsern für Anwendungen im Gesundheitswesen, in der Elektronik und im Maschinenbau. Ihr Fachwissen umfasst bioaktives Glas, Glas mit hohem Brechungsindex und fluoreszierendes Glas. Kundenspezifische Lösungen können für praktisch jede Glasanwendung von Mo-Sci hergestellt werden.“

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