Glasumwandlungs

Glasumwandlung, auch Devitrifikation genannt, bezeichnet den Prozess, bei dem ein amorphes Glas durch Wärmeeinwirkung in einen teilweise kristallinen Zustand übergeht. Sie kann absichtlich herbeigeführt werden, um Glaskeramiken mit kontrollierter Mikrostruktur herzustellen, oder ungewollt auftreten, wenn Glas bei hohen Temperaturen weiterbehandelt wird.

Mechanismus: Die Umwandlung beruht auf Nukleation und Kristallwachstum. Bei geeigneter Temperatur bildet sich zunächst ein Kristallkern, dem weitere Kristalle folgen. Ein typischer Wärmebehandlungszyklus besteht aus einer Nucleationsphase und einer Kristallisationsphase. Glaszusammensetzung und Zusatzstoffe bestimmen Art, Größe und Verteilung der Kristalle. Stoffe wie TiO2 oder ZrO2 dienen als Nukleationsmittel und fördern eine gleichmäßige Kristallisation.

Glaskeramiken entstehen, wenn Kristalle gezielt in eine Glasmatrix eingebettet werden. Häufige Kristalle sind Cristobalit, Quarz, Mullit oder Cordierit; die dominante Phase hängt von der Glaschemie ab. Anwendungen finden sich in hitzebeständigen Bauteilen, technischen Keramiken, Küchen- und Haushaltswaren sowie in der Optik.

Charakterisierung erfolgt durch Differenzielle Thermische Analyse (DSC) bzw. Differenz-Scanning-Calorimetrie, Röntgenbeugung (XRD) zur Identifizierung der Kristallphasen, sowie Mikroskopie, insbesondere Rasterelektronenmikroskopie (REM), zur Strukturbeurteilung.

Historisch bedeutsam ist die Entwicklung der ersten Glaskeramiken in den 1950er-Jahren durch Corning Glass Works, exemplarisch Pyroceram. Diese Materialien zeigten, wie gezielte Glasumwandlung robuste, temperaturbeständige Werkstoffe ermöglicht.

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