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Glas > Fragekatalog > Flashcards

Fragekatalog Flashcards

1
Q

Welche Eigenschaftsänderungen werden beim Glasübergang beobachtet?

A
  • Wärmekapazität c(p),
  • thermische Ausdehnung alpha,
  • Kompressibilität K(appa).
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2
Q

Welche Eigenschaften können durch Dilatometrie gewonnen werden?

A

Dilatometrie: Messung der Längenänderung einer gleichmäßig und mit konstanter Rate aufgeheizte oder abgekühlte Probe,

Eigenschaften:

  • Glasübergangspunkt T(g),
  • dilatometrischer Erweichungspunkt T(D),
  • therm. Ausdehnungskoeff. Alpha,
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3
Q

Silicatische Gläser sind im Wellenlängenbereich von 360 nm bis 3600 nm optisch transparent. Was grenzt die Transparenz für λ < 360 nm bzw. λ > 3600 nm ein?

A
  • 𝜆<360𝑛𝑚→ Übergänge von Valenzelektronen

- 𝜆>3600𝑛𝑚→ Wasserbanden und Gitterschwingungen

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4
Q

Was versteht man unter der Dietzel´schen Feldstärke?

A
  • die Feldstärke wird eigentlich nur durch 𝑧𝑐𝑎𝑡/𝑎^2

- stellt die Rolle einer Oxidkomponente in einem Glas dar

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5
Q

Was führt dazu, dass nichtmetallische anorganische Gläser optisch transparent sind?

A

keine freien Elektronen vorhanden, die mit eintreffender Strahlung wechselwirken können

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6
Q

Boroxid ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung von Gläsern mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten α = 3.3 10-6 K-1. Dabei hat reines B2O3-Glas eine besonders hohen α = 15 10-6 K-

A

Bei reinem B2O3:
niedrige Vernetzung, schwaches Netzwerk trotz hoher Bindungsenergie aufgrund Boroxolringe, daher HOHE TAK

Im gemischtem Glas:
stärkere Vernetzung bei 𝑆𝑖𝑂4, thermische Ausdehnung wesentlich geringer

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7
Q

Erklären Sie die besondere Stabilität der [SiO4]-Einheit.

A

in gemischt ionisch-kovalenten wird das 𝑠𝑝3−𝐻𝑦𝑏𝑟𝑖𝑑 alle Strukturen stabilisieren, die von der Kation-Anion-Packung eine tetraedrische Struktur anstreben

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8
Q

Welche Unterschiede bestehen zwischen dem Glasübergang und dem Aufschmelzen eines kristallinen Festkörpers (d. h.: dem Phasenübergang fest → flüssig)?

A

Festkörper

  • definierter Schmelzpunkt -> fest - flüssig
  • keine sprunghafte Änderung von 𝛼,𝜅,𝑐𝑝

Glas

  • stetige Zunahme der Viskosität in der „Schmelze“
  • oberhalb 𝑇𝑔 weiterhin verformbar
  • sprunghafte Änderung von 𝛼,𝜅,𝑐𝑝 bei 𝑇𝑔
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9
Q

In welcher Weise ist zweiwertiges Eisen in ein silicatisches Glas eingebunden?

A
  • ≡𝑆𝑖−𝑂−𝐹𝑒2+𝑂−−𝑆𝑖≡
  • [𝐹𝑒(hoch 𝐼𝐼) 𝑂(6)]
  • Bindungen überwiegend ionische -> Trennstellensauerstoff
  • Netzwerkbildung wird gehemmt
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10
Q

Die Anwesenheit von Fe2+ im Glas, nicht aber von Fe3+, hat großen Einfluss auf den Wärmehaushalt einer Glasschmelzwanne. Geben Sie eine Begründung.

A

Farbe: 𝐹𝑒2+ absorbiert stark im roten und gelben Bereich, 𝐹𝑒3+ leicht im bläulichen

  • zu hohe Gehalte machen die Schmelze für Wärmestrahlung undurchlässig
  • Überhitzung der Oberfläche der Schmelze
  • Wärmeübertragung rein durch Konvenktion -> dauert zu lange
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11
Q

Welche Parameter beeinflussen die praktische Festigkeit eines Glasartikels, welche seine Thermoschockbeständigkeit?

A

Festigkeit:

  • kristalline Einschlüsse ↓
  • Druckspannungen in der Oberfläche ↑
  • Reinheit der Oberfläche ↓

Thermoschockbeständigkeit:

  • dünnwandig ↑
  • 𝛼 steigt ↓
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12
Q

Welche Eigenschaftsänderungen beobachten Sie, wenn Sie ein Glas von Raumtemperatur bis oberhalb der Glasübergangstemperatur aufheizen?

A

sprunghafte Änderung von 𝜅,𝛼,𝑐𝑝, Viskosität steigt kontinuierlich an

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13
Q

Welche Faktoren bestimmen die Gebrauchsfestigkeit eines Glases?

A
  • Abkühlprofil -> Wärmeabfuhr

- Zusammensetzung

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14
Q

Erläutern Sie (Stichworte!) verschiedene Möglichkeiten, die Gebrauchsfestigkeit eines Glasartikels zu erhöhen.

A
  • Vorspannen
  • Zusammensetzung
  • Abkühlprogramm
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15
Q

Für den Einsatz in der präparativen Chemie kommen oft nur Geräte und Bauteile aus Glas in Frage. Neben Korrosionsresistenz ist Thermoschock-beständigkeit eine geforderte Eigenschaft. Wie kann man thermoschock-beständige Bausteile aus Glas konzipieren (denken Sie an Glasart, Design, Oberflächenbehandlung etc.)?

A
  • thermischer Ausdehnungskoeffizient 𝛼 muss gering sein
  • dünnwandige Gläser verwenden
  • hochreine Oberfläche
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16
Q

Geben Sie anhand von Viskositätswerten den Schmelzbereich, Verarbeitungsbereich und Kühlbereich eines Glases an.

A 
- Schmelzbereich:
o 1,5 - 3
- Arbeitsbereich:
o 4 – 7,6
- Kühlbereich
o 11,3 – 14,5
17
Q

Wie kann man die Viskosität einer Glasschmelze bei einer gegebenen Temperatur gezielt erhöhen bzw. erniedrigen?

A

Zusammensetzung ändern

18
Q

Durch welchen formelmäßigen Zusammenhang lässt sich der Verlauf für praktische Zwecke hinreichend genau darstellen?

A

VFT-Gleichung:
log(𝜂)=𝐴+𝐵/(𝑇−𝑇0)
- 𝑇0 kann berechnet werden
- drei Viskositäts-Temperatur Wertepaare werden hierfür benötigt

19
Q

Welche zusätzliche Information gewinnt man durch einen Auftrag von lgη gegen Tg/T (sg. Angell-Plot)?

A
  • Ablesen des hypothetischen Zustands bei unendlich hohen Temperaturen
  • je näher sie an einer Geraden liegt, desto höher ist der Vernetzungsgrad
20
Q

Stellen Sie einen Katalog von Kriterien zusammen, nach denen Sie die „Qualität“ eines Sandes für die Glasschmelze beurteilen können.

A 
- chemische Zusammensetzung:
o Hauptkomponenten, Verunreinigungen (z.B. Fe-Gehalt);
o chemischer Sauerstoffbedarf (CSB., C.O.D.);
- Phasenbestand:
o Hauptphasen
o kritische Phasen
- Kornhabitus
- Korngrößenverteilung
21
Q

Welche Kriterien bestimmen den Preis des Rohstoffes?

A

𝑄𝑢𝑎𝑙𝑖𝑡ä𝑡+𝑉𝑒𝑟𝑓ü𝑔𝑏𝑎𝑟𝑘𝑒𝑖𝑡=𝑃𝑟𝑒𝑖𝑠
- Qualität:
▪ chemische Zusammensetzung, Phasenbestand…
- Verfügbarkeit:
▪ lokaler Markt vs. Weltmarkt, natürlich vs. synthetisch, lokale Produktion vs. Importabhängigkeit, Glasindustrie Haupt- vs. Nebenkunde, politische und wirtschaftliche Stabilität, Transportdistanz, erforderliche Vorratsmenge

22
Q

Welche Parameter bestimmen die Dicke des produzierten Glasbandes?

A
  • Ziehkraft
  • edge-roller / nicht benetzbarer Seitenführungen
  • Temperaturführung der Wanne
23
Q

Der Kontakt eines oxidischen Werkstoffes (Glasschmelze) mit einem extrem leicht oxidierbaren Metall (Zinn) beim Floaten erfordert umfangreiche technische Maßnahmen. Beschreiben Sie Maßnahmen und mögliche Probleme.

A
  • Arbeiten unter 𝑁2−𝐻2−𝐴𝑡𝑚𝑜𝑠𝑝ℎä𝑟𝑒
  • Probleme:
    o Ausfall von kristallinem 𝑆𝑛𝑂2 -> Defekt an der Unterseite des Glasbandes
    o Verdampfung von 𝑆𝑛𝑂 -> Defekte an der Oberseite
    o Verdampfung von 𝑆𝑛𝑆 -> Defekte an der Oberseite (kritischer!)
24
Q

Welche Werkstoffeigenschaften bestimmen das Verhalten eines Glases beim Entspannen und Kühlen?

A
  • thermische Ausdehnung
  • Kompressibilität
  • Viskosität
  • Eigenspannungen
  • Kühlprogramm
25
Q

Wie würden sie (qualitativ) ein Kühlprogramm für einen Glasartikel aufstellen?

A
  • Aufheizen mit bestimmter Rate (Abhängig von: E-Modul, 𝛼, Poisson-Zahl, Geometrie, Dicke)
  • Halten um Spannungen abzubauen
  • Abkühlung unter 𝑇𝑔 relativ langsam (𝑇𝑔−30𝐾) -> Thermoschockgefahr
  • Abkühlung (nächsten 50𝐾) doppelt so schnell und so lange wie vorher
  • Abkühlung bis Raumtemperatur äquivalent zum Aufheizen
26
Q

Welche technologischen Möglichkeiten (baulicher oder prozesstechnischer Art) können Sie nutzen, um die Lage des Quellpunktes in einer Glaswanne zu stabilisieren?

A
  • Heizen mit eingeschobenen Elektroden
  • Einblasen von Gas
  • Einbau eines Walls
27
Q

Vergleichen Sie Vor- und Nachteile des Blas-Blas- und des Enghals-Press-Blas-Verfahrens bei der Herstellung von Flaschen.

A
  • beide zweistufig
  • Vorteil Blas-Blas:
    o sichere Ausformung der Mündung zu Anfang des Prozesses
    o sehr tolerant gegenüber Schwankungen des Tropfengewichtes
  • Vorteil Enghals-Press-Blas:
    o Rückerwärmungszeit
    o Gewichtsreduktion
28
Q

X

A

Y

29
Q

Bei der ersten Einführung des Floatprozesses konnte man nur Glasscheiben der Dicke 7 – 8 mm herstellen. Erläutern Sie diesen Sachverhalt anhand des Verformungsprinzips „Floaten“.

A
  • 𝑑𝑒𝑞 beträgt ohne Zug o. ä. 7-8mm
  • leichte Schmelze schwimmt auf schwerer auf
  • Kontaktwinkel der beiden Schmelzen, sowie die Dichten bestimmen die Gleichgewichtsdicke
30
Q

Nach welchen Verfahren können Enghals-Glasbehälter hergestellt werden? Kurze (vergleichende) Beschreibung der Prozessschritte in Stichworten!

A 
- Blas-Blas-Verfahren
o Laden der Vorform
o Niederblasen
o Vorblasen (Mündung zuerst!)
o Rückerhitzen
o Fertigblasen
o Ausnehmen
- Enghals-Press-Blas-Verfahren
o Laden der Vorform
o Pressen (Mündung zuletzt)
o Rückerhitzen (weniger)
o Fertigblasen
o Ausnehmen
31
Q

Benennen Sie einen (frei gewählten) typischen Formfehler bei der Behälterglasproduktion. Welche möglichen Ursachen kommen in Frage?

A
  • Wand zu dünn, weil zu wenig Material -> schlechte Kontrolle des Tropfengewichtes
32
Q

Was ist ein Heißriss und wie entsteht er?

A
  • bei Nichteinhaltung einer gewissen Relaxationszeit verhält sich ein Glas spröd-elastisch
    o Beispiel: Scherschnitt (Geschwindigkeit darf nicht zu hoch sein)
  • Überschreiten einer kritischen Scherspannung
33
Q

Welche Faktoren bestimmen die Gebrauchsfertigkeit eines Glasbehälters?

A
  • Füllvolumen
  • Wanddicke
  • Tropfengewicht
34
Q

Warum kommt der Praktiker beim Verformungsprozess oft zu einer unterschiedlichen Bewertung darüber, wie „lang“ ein Glas ist?

A

Umformgrade unterscheiden sich -> Viskositätsbereich je nach Anwendung verschieden

35
Q

Was ist ein Durchlass? Was ist seine Funktion? Was macht ihn zu einem der kritischsten Bereiche einer Wanne?

A
  • Throat
  • thermische und Strömungstechnische Trennung von Arbeitswanne (Refiner) und Schmelzwanne
  • kritisch:
    o Kante: Turbulenzen, Thermoschock, Korrosion
36
Q

Wie beurteilen Sie den Einsatz von Scherben im Bezug auf den Energieverbrauch?

A
  • 𝐻𝑒𝑥=Δ𝐻𝑐ℎ𝑒𝑚(1−𝑦𝑐)+Δ𝐻𝑡(𝑔𝑙)
  • 𝑦𝑐=𝑆𝑐ℎ𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑔𝑒ℎ𝑎𝑙𝑡 𝑖𝑚 𝐺𝑒𝑚𝑒𝑛𝑔𝑒
  • Abnahme des Energieverbrauchs sehr groß!
37
Q

Welche Funktionen haben die folgenden Bauelemente einer Glasschmelzwanne? - der Durchlass - der Wall - die Blasdüsenreihe

A
  • Durchlass (Throat):
    o thermische und strömungsmechanische Trennung von Schmelz und Arbeitswanne
  • Wall (wall):
    o Strömungsführung -> Stabilisierung des hot spots
  • Blasdüsenreihe
    o Strömungsführung -> Doppelwalze -> Stabilisierung des hot spots
38
Q

Wie wird der Energiebedarf bzw. die 𝑪𝑶𝟐-Emission durch den Einsatz von Scherben bzw. durch die Durchsatzrate beeinflusst?

A

Er wird erheblich gesenkt

Glas (13 decks)

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