WICHTIG Flashcards
Zwei Stücke Glas haben die gleiche chemische Zusammensetzung und Länge. Dennoch besitzen sie unterschiedliche Verarbeitungszeiten in der Formgebung. Was ist der Grund dafür?
ABBILDUNG
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.
Floaten: Badschmelze Anforderung
- Dichte höher als die des Glases,
- minimale chemische Reaktivität mit dem Glas,
- Niedriger Dampfdruck,
- Siedetemperatur > 1400 C & Schmelzpunkt < 500 C,
–> Sn (Zinn): sehr gute Oberflächenqualität, hohe Dicht
Rekuperator
- 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,
Regenerator
- für Hohlglas,
- zwei alternierend arbeitende Brennersysteme notwendig,
- heiße Abgase wird durch eine Feuerfestvergitterung des Regenerators des anderen Systems gegleitet und wärmt diese auf,
- anschließend wird das Brennersystem gewechselt und das System mit den aufgeladenen Regenerator wird verwendet,
- kalte Luft strömt in den Regenerator, wärmt sich über die Gitterung auf, wird mit dem Brenngas gemischt und verbrannt,
- Verbrennungsgase haben lange Verweilzeit im Oberofen
-> Feuerwechsel: alle 15-30 minuten
(hohe Investment)
Wodurch kann Luftvorwärmen (Brennluft) vorgewärmt werden? + Wirkungsgrad
- regenerativ, indireter Wärmeaustausch,
- -> 35-50 % Wirkungsgrad
- rekuperativ, direkter Wärmeaustausch,
- -> 20-35 % Wirkungsgrad
Anforderung Feuerfestmaterial Regenerator
- mechanische Stabilität,
- chemische Stabilität ( Korrosionsschutz),
- thermische Stabuilität (thermische Belastug aufgrund Flammenwechchselzyklus)
- > entscheidend für die Effizienz,
- > Feuerfestqualität +Belastungstemperatur nimmt von oben nach unten ab,
Was sagt die Länge eines Glases aus?
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.
Eigenschaften einer Floatglaswanne
- 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.
Warum wird Flint-Glas Wanne tiefer gebaut als Braunglaswanne? (Flint-Glas Wanne = Weißglaswanne)
- 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
Begründen oder wiederlegen Sie ob Glas auf langen menschlichen Zeitskalen anfängt zu fließen (z.B. alte Fenster sind am unteren Ende dicker)
- 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.
Definition Glas
- ein (vorwiegend) nichtkristalliner Werkstoff,
- > keine Translationssymmetrie der atomaren Struktur,
- zeigt einen Glasübergang: T(g)
- eine unterkühlte eingefrohrene Flüssigkeit,
- ein Werkstoff ohne Gefüge.
- amorph
Wovon hängt die Viskosität ab?
- Temperatur,
- Oxidzusammensetzung,
-> mit steigender Temperatur sinkt die Viskosität,
Was passiert bei dem Verlust der Freiheitsgrade im Glasübergang?
Was passiert bei dem Verlust der Freiheitsgrade im Glasübergang?
Was bedeuetet: Glas ist ein Werkstoff ohne Gefüge
(fest) -> keine andere Möglichkeit, seine Eigenschaften zu beeinflussen als über die Chemie seiner Bindungen die Struktur und Topologie auf atomarer Ebene
Eigenschaften Netzwerkbildner
- -> bilden ein polymersiertes Netzwerk,
- -> in Oxidgläsern zählen Si, B und P zu den Netzwerkbildnern,
- Zunahme der Viskosität,
- Erhöhung der Erwichungstemperatur, Ritzhärte und Temperaturwechselbeständigkeit,
- Erniedrigung der Wärmedehnung,
- Verbesserung der chem. Beständigkeit
Bsp: SiO2, B2O3, P2O5
Eigenschaften Netzwerkwandler
- -> modifizieren das Netzwerk der Netzwerkbildner,
- -> durch den Einbau von Netzwerkwandlern enstehen Sauerstofftrennstellen im Netzwerk,
- -> In Oxidgläsern zählen die Elemente der Alkali- und Erdalkalimetalle zu den Netzwerkwandlern,
- Verbesserung des Schmelz und Läuterverhaltens,
- Erniedrigung der Härte und chem. Beständigkeitm
- Erhöhung der Wärmedehnung
Bsp: K2O, Na2O
Zwischenoxide
- Erhöhung der Viskosität und Glaslänge,
- Verbesserung der mech. und chem. Eigenschaften
Bsp: Al2O3
-PbO
Allgemeine Regeln zur Glasbildung von “starken” und “schwachen” Gläser
Starke:
- gehen keine Freiheitsgrade verloren,
- kleiner cp(p unten) Sprung bei Tg(g unten)
Schwache:
- Glasübergang durch den Verlust von
Konfigurationsfreiheitsgrade innerhalb einzelner MRO Bereiche,
- großer cp (p unten) Sprung bei Tg (g unten)
Wovon hängt die Festigkeit eines Glases ab?
- von der Stärke der Atomaren Bindung,
- von dem Polymerisationsgrad ( Anz. der Bindungen je Formeleinheit)
- von der atomaren Packungsdichte (Anz. Formeleinheiten jd Raumeinheit)
- von der Art der Verknüpfung der Baugruppen.
–> individuelle Betrachtung
Was ist entscheidend für die Festigkeit eines Glases?
- hoher Polymerisierungsgrad = hohe Festigkeit,
( hohe Polymerisierungsgrad bedeutet eine leichtere “Faltbarkeit” der Struktur und somit eine niedrigere elastische Eigenschaft.
JEDOCH
- Packungsdichte entscheidender als Grad der Polymerisierung,
- Packungsdichte entscheidend für die mech. Eigenschaften.
Bsp. Diamant vs SiC
Bedeutung des Wert der Packungsdichte p(c unten), wenn der Kompressionsmodul K=0 vorliegt?
(“Perkolation”: Durchsickern, Eindringen)
- Wert 0,45 stimmt hervorragend überein mit dem Perkolationslimit einer Struktur mit Eckenverknüpften Tetraedern,
- Unterhalb einer Packungsdichte von ca. 0.45-0.43 bricht das Netzwerk zusammen –» es existieren keine festigkeitsrelevante CLuster-Vernetzungen mehr und folglich verschwindet auch die Komprimierbarkeit des Materials,
==> bestätigung der Perkolationstheorie im Zusammenhand mit Glas
Wie verhindert man Entglasung?
- hohe Viskosität,
- Abstand zwuschen Liquiduslinie und der Kurve drunter muss gering sein: delta T= Tliq - Tg
- > Min. der Liquiduslinie ist gut,
- > unterhab der Liquiduslinie kannn man die ersten Kristalle bekommen.
Warum kristallisiert man Gläser?
- führt zu Composit-Werkstoff mit grundlegend anderen Eigenschaften als das entsprechende Ausgangsglas,
- höhere Temperaturbeständigkeit infolge eines starren kristallinen Gefüges,
- Porenfreiheit im gegensatz zu Keramik,
- lässt sich beeinflussen, welche Eigenschaften dominieren sollen.
Was passiert beim langen Aufheizen? Tliq>T>Tg
- kann eine Kristallisation der entsprechenden Phase (kontolliert oder unkontrolliert) erfolgen,
- auskristallisierenden Kristalle sind anfags iso-chemisch mit der Schmelze.
Abbe Zahl
- Abbe Zahl beschreibt das Verhältnis des mittleren Ablenkungswinkel zum “Auffächerungswinkel” des jeweiligen Spektrums,
- kleine Abbe Zahl bedeutet starke Dispersion
(kleine Dispersion = kein farbtreue Abbildung)
Warum hat Quarzglas eine geringe Polarisierbarkeit?
Im Quarzglas liegt Q^4 - Struktur vor, wodurch die relativ geringe Brechungsindex von Quarzglas resultiert,
Was passiert mit steigendem NBO?
steigt die Polarisierbarkeit und der Brechungsindex,
Physikalische Entfärbung
Wenn die Sättigung der zu kompensierenden Farbe nicht zu hoch ist, dann kann man durch Zugabe von MnO zu einem Fe2O3-haltigen Glas (ein farbneutrales Glas) erschmelzen.
Chemische Entfärbung
- herabsetzen der Sättigung der zu kompensierenden Farbe,
- Dies geschieht durch eine oxidierende Schmelzführung, die den Fe^2+ Anteil gering hält,
Was ist Solarisation?
- -> unerwünschter Vorgang,
- -> führt zu Farbdefekten von bereits eingebauten Gläsern,
- allg. verändert sich die Farbe eines einmal erschmolzenen Glases nicht mehr,
- Einige Ionen können jedoch ihre Valenz bei Bestrahlung durch UV-Licht (Sonnenlicht) ändern, sofern ein weiteres polyvalentes Ion als Partner zur Verfügung steht,
Warum ist ein Fenster durchsichtig?
- da Glas eine eingefrohrene Flüssigkeit ist, gibt es keine Phasengrenzen, die eine Streuung bedingen würden,
- es liegen keine im VIS färbenden Substanzen vor, die durch Absorption die Transparebz stören würden: Absorptionsmechanismen: ca. 92% Transmission + 8% Absorption und Reflexion,
- Glas ist ein Dielektrikum, dh es liegen keine freien Elektronen wie in einem Metall vor und die Bandlücke E(unten gap) ist zu groß. Die am leichtesten anregbaren Elektronen sind Valenzelektronen des Sauerstoffs, die erst bei höherenergetischer Anregung im UV-Bereich wechselwirken. Also Oberhalb von UV bis VIS gibt es keine elektronische Wechselwirkung mit dem Licht.
- wenn h*v «_space;E(unten gap),
Warum heizt sich ein Auto auf?
- eintreffende kurzwellige Wärmestrahlung der Sonne wird zu einem großen Teil, ca. 90%, durchgelassen/Transmittiert,
- heizt sich auf 50-80 grad auf und strahlt entsprechend seine Temperaturen im langweiligen IR-Breich ab,
- diese Strahlubf wire nahezu vollständig vom Glas aufgenommen und reflektiert, die 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.
Vorteil der Scherben als Rohstoff
Wichtiger Rohstoff:
- bereits thermisch umgesetzter Rohstoff
(keine Energie mehr nötig, um ein Glas daraus zu formen + Co2 ist bereits ausgetrieben)
- wirken Abhängig von deren Größe als Fenster für die Wärmestrahlung, die von der Flamme in das Gemenge übertragen wird
Eigenschaften einer Wanne
- besteht aus Feuerfestmaterial,
- wird kontin. mit vorgemischten Gemenge beladen,
- beladung des Gemenges erfolgt durch das Dog-House,
- Wärmeleitung erfolgt vom Brennraum mittels meist fossiler Verbrennung mit reinem Sauerstoff oder vorgewärmter Luft (Regenerator/Rekuperator) oder durch Elektroden,
- alle grundlegende Prozessschritte finden zur selben Zeit in unterschiedlichen Zonen statt (Zonen voneinander getrennt),
- Lebensdauer: 5-15 Jahre
Anforderung Feuerfestmaterial Regenerator
- mechanische Stabilität,
- chemische Stabilität ( Korrosionsschutz),
- thermische Stabuilität (thermische Belastug aufgrund Flammenwechchselzyklus)
- > entscheidend für die Effizienz,
- > Feuerfestqualität +Belastungstemperatur nimmt von oben nach unten ab,
Rekuperator
querbeheizte Wanne
- Floatglas,
- direkter Wärmeaustauscher im Gegenstom Prinzip,
- Betrieb stabiler, da er ohne Flammenwechsel betrieben wird,
- geringer Investment,
- nicht Energie effizient,
- nierigere Vorwärmtemperatur im Vgl. zu Regenerator,
- erlauben eine genauere Temperatureinstellung über die Länge der Wanne im vgl. zu U-Flammen,
- offenes Design zwischen Schmelzen und Arbeitswanne, um Turbulenzen znd Schlieren zu vermeiden —> aus dem Grund geschichtete Glasqualität,
- Skimmer im Halsbereich regelt Glashöhe und Rückfluss,
- Floatglas-Scheiben haben eine deutlich grünliche Färbung durch das Fe(II)
Warum ist das Fe(II)-Anteil in Floatglasscheiben erwünscht?
Da er die Absorption der Wärme-strahlung von der Flamme verbessert,
Allgemeine Regeln zur Auslegung einer Wanne:
- große Längen zu Breiten-Verhältnis: bis 1.8:
- -> denn die Länge der Wanne geht in die Verweilzeit der Schmelze ein und bestimmt damit die Glasqualität,
- -> bei einer zu schmalen Wanne besteht das Risiko, dass der Ausbrand der Flamme sehr dicht an der Seitenwand stattfindet und die maximal thermische Belastung des Feuerfestmaterials überschreitet,
Was beschreibt der Redox zustand?
Der Redox-Zustand eines Glases beschreibt das Gleichgewicht zwischen den oxidierten und reduzierten Spezies (polyvalente Ionen) im System.
