Fragekatalog Flashcards
Welche Eigenschaftsänderungen werden beim Glasübergang beobachtet?
- Wärmekapazität c(p),
- thermische Ausdehnung alpha,
- Kompressibilität K(appa).
Welche Eigenschaften können durch Dilatometrie gewonnen werden?
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,
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?
- 𝜆<360𝑛𝑚→ Übergänge von Valenzelektronen
- 𝜆>3600𝑛𝑚→ Wasserbanden und Gitterschwingungen
Was versteht man unter der Dietzel´schen Feldstärke?
- die Feldstärke wird eigentlich nur durch 𝑧𝑐𝑎𝑡/𝑎^2
- stellt die Rolle einer Oxidkomponente in einem Glas dar
Was führt dazu, dass nichtmetallische anorganische Gläser optisch transparent sind?
keine freien Elektronen vorhanden, die mit eintreffender Strahlung wechselwirken können
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-
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
Erklären Sie die besondere Stabilität der [SiO4]-Einheit.
in gemischt ionisch-kovalenten wird das 𝑠𝑝3−𝐻𝑦𝑏𝑟𝑖𝑑 alle Strukturen stabilisieren, die von der Kation-Anion-Packung eine tetraedrische Struktur anstreben
Welche Unterschiede bestehen zwischen dem Glasübergang und dem Aufschmelzen eines kristallinen Festkörpers (d. h.: dem Phasenübergang fest → flüssig)?
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
In welcher Weise ist zweiwertiges Eisen in ein silicatisches Glas eingebunden?
- ≡𝑆𝑖−𝑂−𝐹𝑒2+𝑂−−𝑆𝑖≡
- [𝐹𝑒(hoch 𝐼𝐼) 𝑂(6)]
- Bindungen überwiegend ionische -> Trennstellensauerstoff
- Netzwerkbildung wird gehemmt
Die Anwesenheit von Fe2+ im Glas, nicht aber von Fe3+, hat großen Einfluss auf den Wärmehaushalt einer Glasschmelzwanne. Geben Sie eine Begründung.
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
Welche Parameter beeinflussen die praktische Festigkeit eines Glasartikels, welche seine Thermoschockbeständigkeit?
Festigkeit:
- kristalline Einschlüsse ↓
- Druckspannungen in der Oberfläche ↑
- Reinheit der Oberfläche ↓
Thermoschockbeständigkeit:
- dünnwandig ↑
- 𝛼 steigt ↓
Welche Eigenschaftsänderungen beobachten Sie, wenn Sie ein Glas von Raumtemperatur bis oberhalb der Glasübergangstemperatur aufheizen?
sprunghafte Änderung von 𝜅,𝛼,𝑐𝑝, Viskosität steigt kontinuierlich an
Welche Faktoren bestimmen die Gebrauchsfestigkeit eines Glases?
- Abkühlprofil -> Wärmeabfuhr
- Zusammensetzung
Erläutern Sie (Stichworte!) verschiedene Möglichkeiten, die Gebrauchsfestigkeit eines Glasartikels zu erhöhen.
- Vorspannen
- Zusammensetzung
- Abkühlprogramm
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.)?
- thermischer Ausdehnungskoeffizient 𝛼 muss gering sein
- dünnwandige Gläser verwenden
- hochreine Oberfläche
Geben Sie anhand von Viskositätswerten den Schmelzbereich, Verarbeitungsbereich und Kühlbereich eines Glases an.
- Schmelzbereich: o 1,5 - 3 - Arbeitsbereich: o 4 – 7,6 - Kühlbereich o 11,3 – 14,5
Wie kann man die Viskosität einer Glasschmelze bei einer gegebenen Temperatur gezielt erhöhen bzw. erniedrigen?
Zusammensetzung ändern
Durch welchen formelmäßigen Zusammenhang lässt sich der Verlauf für praktische Zwecke hinreichend genau darstellen?
VFT-Gleichung:
log(𝜂)=𝐴+𝐵/(𝑇−𝑇0)
- 𝑇0 kann berechnet werden
- drei Viskositäts-Temperatur Wertepaare werden hierfür benötigt
Welche zusätzliche Information gewinnt man durch einen Auftrag von lgη gegen Tg/T (sg. Angell-Plot)?
- Ablesen des hypothetischen Zustands bei unendlich hohen Temperaturen
- je näher sie an einer Geraden liegt, desto höher ist der Vernetzungsgrad
Stellen Sie einen Katalog von Kriterien zusammen, nach denen Sie die „Qualität“ eines Sandes für die Glasschmelze beurteilen können.
- chemische Zusammensetzung: o Hauptkomponenten, Verunreinigungen (z.B. Fe-Gehalt); o chemischer Sauerstoffbedarf (CSB., C.O.D.); - Phasenbestand: o Hauptphasen o kritische Phasen - Kornhabitus - Korngrößenverteilung
Welche Kriterien bestimmen den Preis des Rohstoffes?
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
Welche Parameter bestimmen die Dicke des produzierten Glasbandes?
- Ziehkraft
- edge-roller / nicht benetzbarer Seitenführungen
- Temperaturführung der Wanne
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.
- 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!)
Welche Werkstoffeigenschaften bestimmen das Verhalten eines Glases beim Entspannen und Kühlen?
- thermische Ausdehnung
- Kompressibilität
- Viskosität
- Eigenspannungen
- Kühlprogramm
Wie würden sie (qualitativ) ein Kühlprogramm für einen Glasartikel aufstellen?
- 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
Welche technologischen Möglichkeiten (baulicher oder prozesstechnischer Art) können Sie nutzen, um die Lage des Quellpunktes in einer Glaswanne zu stabilisieren?
- Heizen mit eingeschobenen Elektroden
- Einblasen von Gas
- Einbau eines Walls
Vergleichen Sie Vor- und Nachteile des Blas-Blas- und des Enghals-Press-Blas-Verfahrens bei der Herstellung von Flaschen.
- 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
X
Y
Bei der ersten Einführung des Floatprozesses konnte man nur Glasscheiben der Dicke 7 – 8 mm herstellen. Erläutern Sie diesen Sachverhalt anhand des Verformungsprinzips „Floaten“.
- 𝑑𝑒𝑞 beträgt ohne Zug o. ä. 7-8mm
- leichte Schmelze schwimmt auf schwerer auf
- Kontaktwinkel der beiden Schmelzen, sowie die Dichten bestimmen die Gleichgewichtsdicke
Nach welchen Verfahren können Enghals-Glasbehälter hergestellt werden? Kurze (vergleichende) Beschreibung der Prozessschritte in Stichworten!
- 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
Benennen Sie einen (frei gewählten) typischen Formfehler bei der Behälterglasproduktion. Welche möglichen Ursachen kommen in Frage?
- Wand zu dünn, weil zu wenig Material -> schlechte Kontrolle des Tropfengewichtes
Was ist ein Heißriss und wie entsteht er?
- bei Nichteinhaltung einer gewissen Relaxationszeit verhält sich ein Glas spröd-elastisch
o Beispiel: Scherschnitt (Geschwindigkeit darf nicht zu hoch sein) - Überschreiten einer kritischen Scherspannung
Welche Faktoren bestimmen die Gebrauchsfertigkeit eines Glasbehälters?
- Füllvolumen
- Wanddicke
- Tropfengewicht
Warum kommt der Praktiker beim Verformungsprozess oft zu einer unterschiedlichen Bewertung darüber, wie „lang“ ein Glas ist?
Umformgrade unterscheiden sich -> Viskositätsbereich je nach Anwendung verschieden
Was ist ein Durchlass? Was ist seine Funktion? Was macht ihn zu einem der kritischsten Bereiche einer Wanne?
- Throat
- thermische und Strömungstechnische Trennung von Arbeitswanne (Refiner) und Schmelzwanne
- kritisch:
o Kante: Turbulenzen, Thermoschock, Korrosion
Wie beurteilen Sie den Einsatz von Scherben im Bezug auf den Energieverbrauch?
- 𝐻𝑒𝑥=Δ𝐻𝑐ℎ𝑒𝑚(1−𝑦𝑐)+Δ𝐻𝑡(𝑔𝑙)
- 𝑦𝑐=𝑆𝑐ℎ𝑒𝑟𝑏𝑒𝑛𝑔𝑒ℎ𝑎𝑙𝑡 𝑖𝑚 𝐺𝑒𝑚𝑒𝑛𝑔𝑒
- Abnahme des Energieverbrauchs sehr groß!
Welche Funktionen haben die folgenden Bauelemente einer Glasschmelzwanne? - der Durchlass - der Wall - die Blasdüsenreihe
- 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
Wie wird der Energiebedarf bzw. die 𝑪𝑶𝟐-Emission durch den Einsatz von Scherben bzw. durch die Durchsatzrate beeinflusst?
Er wird erheblich gesenkt
