Was ist eine Glaskeramik? Historisches Herstellung Keimbildung
Thermische Expansion Anwendungen 2
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3 Quelle: Vorlesungsskript zum Modul AC III, Prof. Josef
Breu
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4 Es gibt viele verschiedene Systeme ZAS-System (ZnO x Al 2 O 3
x n SiO 2 ) LAS-System (Li 2 O x Al 2 O 3 x n SiO 2 ) MAS-System
(MgO x Al 2 O 3 x n SiO 2 ) Chemische und biologische Bestndigkeit
Lichtdurchlssig (Infrarotdurchlssig) Mechanische Stabilitt Geringe
Wrmeleitfhigkeit (1.46 W/mK) Quelle: Glass Ceramic Technology,
Wolfram Hland and George Beall, 2002
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Hummel entdeckt 1951 den Effekt der negativen thermischen
Expansion S.D. Stookey gelingt Mitte der 50er Jahre durch einen
Zufall die Entdeckung der Glaskeramik Versuch zur Herstellung einer
Fotoform-Platte Misslungen durch berhitzung Keine Schmelze entdeckt
sondern ein weies Material 5 Quelle: Glass Ceramic Technology,
Wolfram Hland and George Beall, 2002
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Glas Quarzsand (SiO 2 ) Schmelzen bei ca. 1450 C Zugabe von
Soda da Schmelzpunkt sonst zu hoch Kalk dient als Stabilisator
Keramik Fest-Fest Reaktion Pulver hoher Reinheit (Teilchengre: 0.1
bis 0.005 m) Bsp.: Brennen von Ton 6 Quelle:
http://www.materialarchiv.ch/detail/289#/detail/1344/quarzglas
Keramik, Allgemeine Grundlagen und wichtige Eigenschaften Teil 1,
Slamang und Scholze, 1982
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Glaskeramik 7 Quelle: Vorlesungsskript zum Modul AC III, Prof.
Josef Breu
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8 Rohstoffe werden bei ca. 1600 C Aufgeschmolzen Formgebung
durch Abkhlen der Schmelze bis unter die Glasbergangstemperatur
Herstellung eines unterkhlten Glases Quelle: Vorlesungsskript zum
Modul AC III, Prof. Josef Breu
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9 Temperaturerhhung auf ca. 100 150 C ber T g Keime bilden sich
(Keimbildner ZrO 2 oder TiO 2 ) Kristallwachstum durch weitere
Erhhung der Temperatur (ca. 100 C) Glaskeramik entsteht Quelle:
Vorlesungsskript zum Modul AC III, Prof. Josef Breu
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10 LAS System mit 0 wt.% TiO 2 LAS System mit 7.5 wt.% TiO 2
Einfluss eines Keimbildners : Quelle: Synthesis of negative thermal
expansion TiO2-doped LAS substrates, G.-J. Sheu, 2005
12 Durch thermische Fluktuationen sowie Mikrorisse im Material
entstehen Embryonen Wachsen bis zum kritischen Radius stabile Keime
entstehen Freie Enthalpie: Quelle: Glass Ceramic Technology,
Wolfram Hland and George Beall, 2002 Untersuchungen zum Sinter- und
Kristallisationsverhalten von Lithiumalumosilicat-Glaskeramiken,
Jose Zimmer, 1997
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13 Keimbildungsrate: D = Diffusionskonstante G i =
Keimbildungsenthalpie = Benetzungswinkel a = Durchmesser der
angelagerten Molekle = Oberflchenspannung Quelle: Glass Ceramic
Technology, Wolfram Hland and George Beall, 2002 Untersuchungen zum
Sinter- und Kristallisationsverhalten von
Lithiumalumosilicat-Glaskeramiken, Jose Zimmer, 1997
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14 Kristallwachstum nur mglich wenn berlappung der
Keimbildungs- und Kristallwachstumskurve Hhe und Breite der Peaks
ist abhngig von der bersttigung der Schmelze (Viskositt) Quelle:
Vorlesungsskript zum Modul AC III, Prof. Josef Breu
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15 Quelle: Glass Ceramic Technology, Wolfram Hland and George
Beall, 2002
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16 Schwingung zwischen zwei Atomen: durch elektrische Krfte
elastisch festgehalten Atome knnen um Gleichgewichtslage
schwingen,,Wrmebewegung Hhere Temperaturen grere Schwingungsenergie
grere Schwingungsamplitude Federmodell: Quelle:
http://mitarbeiter.hs-heilbronn.de/~rauschn/5_Thermodynamik/Physik_5_2_Ausdehnung.pdf
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17 Wenn Bindungskrfte im Kristallgitter linear wren (ideale
Feder) mittlerer Abstand R mit nicht von T abhngig symmetrischer
Potentialverlauf In Wirklichkeit existiert ein asymmetrischer
Potentialverlauf R, anziehende Kraft verschwindet R 0, sehr groe
Abstoung Quelle:
http://mitarbeiter.hs-heilbronn.de/~rauschn/5_Thermodynamik/Physik_5_2_Ausdehnung.pdf
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18 Lngennderungen sind relativ klein (0.1% - 0.2% pro 100 K)
Lngennderung also abhngig von der Temperaturnderung Erwrmung um T
Lngennderung um l Lngennderung : Quelle:
http://mitarbeiter.hs-heilbronn.de/~rauschn/5_Thermodynamik/Physik_5_2_Ausdehnung.pdf
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http://mitarbeiter.hs-heilbronn.de/~rauschn/5_Thermodynamik/Physik_5_2_Ausdehnung.pdf
http://www.materialarchiv.ch/detail/659/Glaskeramik#/detail/659/glaskeramik-siehe-ds-von-mr-hannes
Synthesis of negative thermal expansion TiO2-doped LAS substrates,
G.-J. Sheu, 2005 Microstructural Evolution in Some Silicate Glass
Ceramics: A Review, Linda R. Pickney, 2007 Negative thermal
expansion materials, John S.O. Evans, 1999 Nucleation an
Crystalization Phenomena in Glass-Ceramics, Wolfram Hland,
2001,3,No.10 Glaskeramik Fundament fr hchste Przision, Thorsten
Dhring, 2/2008 Glass-Ceramic Materials, Z. Strnad; Glass Science
and Technology 8, 1986 Keramik, Allgemeine Grundlagen und wichtige
Eigenschaften Teil 1, Slamang und Scholze, 1982