Woraus besteht Glas?
What is glass made of
Glass has become so commonplace today that it’s easy to see right through it without a second thought. It’s in our windows, on our screens, in our cabinets, and in many of the devices we interact with every day. Even though glass can be found everywhere, you may live your whole life not knowing much about how it’s made or what it’s composed of. Even if you think you know the basics, you’ve only skimmed the surface.   

At a high level, glass is sand that’s been melted down and chemically transformed. If you’ve ever been to the beach, you know exactly how hot sand can get while remaining in its solid form. The kind of heat necessary to transform sand into a liquid state (eventually becoming glass) is much hotter than any sunny day. To make sand melt, you need to heat it to roughly 1700°C (3090°F), which is approximately the same temperature a space shuttle reaches as it re-enters earth’s atmosphere.

The sand commonly used to make glass is comprised of small grains of quartz crystals, made up of molecules of silicon dioxide, which is also known as silica. When those molecules are heated to high enough temperatures, the sand melts and loses its crystalline structure, and as it cools it gains an entirely different structure. That structure, on a molecular level, is somewhere in between a liquid and a solid. This in-between state is known as an amorphous solid, which means it has some of the crystalline structure of a solid coupled with the molecular randomness of a liquid.

Glass Melting
Depending on the sand mixture, glass can have a variety of properties. Certain elements or chemicals mixed with sand can change glass’s color, for example. Glass’s properties can also change based on how it’s manufactured and the processes by which it’s shaped afterward. To strengthen glass, manufacturers can use thermal tempering to heat and cool it rapidly. Glass can also be strengthened chemically through an ion exchange process that makes the surface of the glass tougher.

The glass most people are familiar with is soda-lime glass, which is a combination of soda (also known as soda ash or washing soda), limestone, and sand. Although you can make glass simply by heating and then rapidly cooling silica, the manufacturing of soda-lime glass is a little more complex. By adding soda (sodium carbonate), the melting point of the sand is reduced so it can be transformed into glass at lower temperatures and save energy during manufacturing. However, adding soda to the mixture reduces its chemical durability, making it prone to dissolve when in contact with liquids. For most applications, that’s not desirable, so limestone (calcium carbonate) is also added to the mixture, which acts as a stabilizer. Once the mixture of silica, soda, and limestone is heated, it can be cooled and molded for a variety of applications. 
At Corning, we know glass. We know how to strengthen it through chemical processes like ion exchange, and we know how to bend it to make optical fiber that can stretch over vast distances. Our knowledge of glass goes back more than a century, allowing us to remain on the cutting edge of research and development. From simple soda-lime to complex glass structures that enable augmented reality, glass is an adaptable, wide-ranging material. That’s why, after more than 165 years, we’re still making new discoveries.
Glas ist heute so alltäglich geworden, dass wir leicht hindurchsehen können, ohne darüber nachzudenken. Es befindet sich in unseren Fenstern, auf unseren Bildschirmen, in unseren Schränken und in vielen Geräten, mit denen wir jeden Tag zu tun haben. Obwohl Glas überall zu finden ist, weißt du vielleicht dein ganzes Leben lang nicht viel darüber, wie es hergestellt wird oder woraus es besteht. Selbst wenn du denkst, dass du die Grundlagen kennst, hast du nur an der Oberfläche gekratzt.   

Im Großen und Ganzen ist Glas Sand, der eingeschmolzen und chemisch umgewandelt wurde. Wenn du schon einmal am Strand warst, weißt du genau, wie heiß Sand werden kann, während er in seiner festen Form bleibt. Die Hitze, die nötig ist, um Sand in einen flüssigen Zustand zu verwandeln (der schließlich zu Glas wird), ist viel heißer als an jedem sonnigen Tag. Um Sand zum Schmelzen zu bringen, musst du ihn auf etwa 1700°C (3090°F) erhitzen. Das ist ungefähr die gleiche Temperatur, die ein Space Shuttle erreicht, wenn es wieder in die Erdatmosphäre eintritt.

Der Sand, der üblicherweise zur Herstellung von Glas verwendet wird, besteht aus kleinen Quarzkristallen, die aus Siliziumdioxidmolekülen bestehen, die auch als Kieselerde bekannt sind. Wenn diese Moleküle auf ausreichend hohe Temperaturen erhitzt werden, schmilzt der Sand und verliert seine kristalline Struktur, während er beim Abkühlen eine völlig andere Struktur annimmt. Diese Struktur liegt auf molekularer Ebene irgendwo zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff. Dieser Zwischenzustand wird als amorpher Feststoff bezeichnet, d. h. er hat die kristalline Struktur eines Festkörpers und die molekulare Zufälligkeit einer Flüssigkeit.

Glasschmelze
Je nach Sandmischung kann Glas verschiedene Eigenschaften haben. Bestimmte Elemente oder Chemikalien, die dem Sand beigemischt werden, können zum Beispiel die Farbe des Glases verändern. Die Eigenschaften von Glas können sich auch durch die Art der Herstellung und die Verfahren, mit denen es anschließend geformt wird, verändern. Um Glas zu verstärken, können die Hersteller es durch schnelles Erhitzen und Abkühlen thermisch vorspannen. Glas kann auch chemisch durch einen Ionenaustauschprozess verstärkt werden, der die Oberfläche des Glases härter macht.

Das Glas, mit dem die meisten Menschen vertraut sind, ist Kalk-Natron-Glas, das aus einer Kombination von Soda (auch bekannt als Sodaasche oder Waschsoda), Kalkstein und Sand besteht. Obwohl du Glas einfach durch Erhitzen und anschließendes schnelles Abkühlen von Kieselsäure herstellen kannst, ist die Herstellung von Kalk-Natron-Glas etwas komplexer. Durch die Zugabe von Soda (Natriumcarbonat) wird der Schmelzpunkt des Sandes herabgesetzt, so dass er bei niedrigeren Temperaturen in Glas umgewandelt werden kann und bei der Herstellung Energie gespart wird. Allerdings wird durch die Zugabe von Soda die chemische Beständigkeit des Gemisches verringert, so dass es sich bei Kontakt mit Flüssigkeiten auflöst. Für die meisten Anwendungen ist das nicht wünschenswert, deshalb wird dem Gemisch auch Kalkstein (Kalziumkarbonat) zugesetzt, der als Stabilisator wirkt. Sobald das Gemisch aus Kieselsäure, Soda und Kalkstein erhitzt ist, kann es abgekühlt und für eine Vielzahl von Anwendungen geformt werden.
Bei Corning kennen wir uns mit Glas aus. Wir wissen, wie man es durch chemische Prozesse wie den Ionenaustausch stärkt und wie man es biegt, um optische Fasern herzustellen, die sich über große Entfernungen erstrecken können. Unser Wissen über Glas reicht mehr als ein Jahrhundert zurück und ermöglicht es uns, auf dem neuesten Stand der Forschung und Entwicklung zu bleiben. Vom einfachen Kalk-Soda bis hin zu komplexen Glasstrukturen, die Augmented Reality ermöglichen, ist Glas ein anpassungsfähiges, vielseitiges Material. Deshalb machen wir auch nach mehr als 165 Jahren noch immer neue Entdeckungen.
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