Gläser und amorphe Werkstoffe

Welche Aussage beschreibt richtig, wie Flachglas durch Abschrecken mit Luft (thermisches Vorspannen) verfestigt wird?

  1. ABeim Abschrecken bleiben an der Oberfläche Zug- und im Inneren Druckspannungen zurück; die Druckspannung im Inneren stoppt Risse, sodass das Glas schwerer bricht
  2. BBeim Abschrecken erstarrt zuerst die Oberfläche; das später abkühlende und schrumpfende Innere zieht sie auf Druck, während es selbst unter Zug gerät
  3. CBeim Abschrecken kristallisiert nur die Oberfläche zu einer harten Kristallschicht, die Kratzer verhindert, sodass das Glas schwerer bricht
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Lösung: B. Beim Abschrecken erstarrt zuerst die Oberfläche; das später abkühlende und schrumpfende Innere zieht sie auf Druck, während es selbst unter Zug gerät

Bläst man auf beide Seiten einer auf ca. 650 °C erhitzten Glasscheibe Luft, kühlen die Oberflächen zuerst ab und erstarren. Das Innere ist zu diesem Zeitpunkt noch weich, sodass die Schrumpfung der Oberflächen durch Fließen im Inneren aufgenommen wird. Wenn danach das Innere abkühlt und schrumpfen will, zieht es die bereits erstarrten Oberflächen mit, sodass bei Raumtemperatur Druckspannungen an den Oberflächen und Zugspannungen im Inneren im Gleichgewicht zurückbleiben. Da der Bruch von Glas unter Zug von Oberflächenfehlern ausgeht, bricht es erst, wenn eine Zugspannung aufgebracht wird, die die Druckspannung an der Oberfläche übersteigt; die Festigkeit erreicht etwa das 3- bis 5-Fache derjenigen von langsam gekühltem Glas. Bricht es jedoch, zerfällt die gesamte Scheibe durch die im Inneren gespeicherte Verzerrungsenergie in kleine Krümel, und nach dem Vorspannen lässt sie sich nicht mehr schneiden. Die Aussage, an der Oberfläche blieben Zugspannungen zurück, kehrt die Verhältnisse um, und eine Kristallisation findet nicht statt.

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