Glasentwicklung & Thermochemie

  Flüssiger Glastropfen Urheberrecht: © GHI

Für eine Vielzahl an Werkstoffanwendungen spielen unterschiedliche Eigenschaften wie zum Beispiel optisch, mechanisch, chemisch, etc. eine Rolle. Die Eigenschaften lassen sich dabei weitestgehen über die chemische Zusammensetzung einstellen, aber auch durch eine themische Behandlung oder eine Vergütung verbessern. Darüber hinaus können Gläser dahingehend optimiert werden, dass bestimmte konstitutionelle Phasen im Glas existieren oder dass das Glas vorwiegend eutektische, sprich niedrigschmelzende Phasen besitzt.

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Jan-Hendrik Pfeiler

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Untersuchung der Reaktionskinetik während des Aufschmelzvorgangs von Gemenge

Die Kenntnis der Reaktionen aller beteiligten Komponenten eines Gemenges lässt eine zielorientierte Prozessführung zu, die eine Vielzahl an Vorteilen mit sich bringen kann. Hierzu gehört die Möglichkeit der Optimierung der Temperaturführung einer Wanne sowie die gezielte Rohstoffträgerauswahl der benötigten Oxide anhand kinetischer Aspekte.

Um dieses Ziel für Systeme zu erlangen, bei denen die bisherige Datenlage das Erstellen eines kinetischen oder physikalischen Modells nicht zulässt, beschäftigt sich dieser Arbeitsbereich des Instituts mit der Thermodynamik und der Modellierung von Multikomponentensystemen. Anhand der Betrachtung der Thermochemie des Glasschmelzprozesses mittels analytischer Methoden der Microskala mit DSC, DTA-TG, XRD, etc. sowie der Mesoskala mit Batch-free-time, Beobachtungsofen, etc. bis hin zu Untersuchungen der Macroskala mit einem 10 kg-Test werden die Einschmelzreaktionen beim Gemengeschmelzen bis ins Detail erforscht.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen in späteren Arbeitsschritten dazu genutzt werden, ein spezifisches Modell zu entwickeln, welches weitreichende Prognosen des Prozessverlaufes zulässt und auf dessen Grundlage die Energieführung angepasst sowie die Auswahl von Rohstoffen präzisiert werden könnte.

 
 

Dünnschichtige Gläser zur Erschließung neuer medizinischer Anwendungsgebiete

Röntgenaufnahme von zwei Glasproben und einer Referenzprobe. Urheberrecht: © UKA | ZPP Röntgenaufnahme einer Bioglasprobe (links) und einer Referenzprobe.

Glasuren vereinfachen unser Leben nicht nur indem wir die Vorzüge der resistenten Glasschichten auf unseren Haushaltswahren wie Tellern und Tassen genießen, sondern können zudem auch über den medizinischen Langzeiterfolg von Prothesenbauteilen entscheidend sein. Aktuelle Forschungsarbeiten mit dem Werkstoff Glas die auf Titanlegierungen aufgebrannt werden können, sind nur ein Beispiel für die Erschließung neuartiger Indikationsfelder in der Medizin. Weitere Forschungsbestrebungen hinsichtlich der Dünnschichten erfolgen u.a. auf dem Gebiet der zahnmedizinischen Anwendung. Durch chemische Entwicklungsarbeiten ist es gelungen röntgenopake Biogläser zu entwerfen, welche in Zukunft in der Endodontologie Anwendung finden sollen. Den Zahnärzten soll das Material helfen einen behandelten Wurzelkanal bioaktiv zu verschließen und gleichzeig für nachfolgende zahnärztliche Untersuchungen das Material auf dem Röntgenfilm sichtbar zu machen. Weiterführend dazu erfolgten bereits die ersten Entwicklungsarbeiten das Material in Dünnschicht auf die Innenwand des Wurzelkanals mittels eines LASER-Systems aufzubringen. Die Idee der Dünnschichtanwendung soll in Zukunft die Langlebigkeit der Prothesen sowie der behandelten Zahnwurzeln erhöhen. Infektionen und bakteriellen Angriffen gegenüber können Gläser ihre antimikrobiell Wirkung entfalten, indem spezielle Wirkstoffe im Glas eingebunden werden. Das übergeordnete Ziel derartiger Forschungsarbeiten ist es die medizinische Grundversorgung und die operative Erfolgsrate zum Wohle viele Patienten zu verbessern.

 

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Kai Göbgen

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Innovative Brandschutzglas-Optimierung

Richtiger Brandschutz rettet Leben und Brandschutzglas spielt bei richtigem Brandschutz eine bedeutende Rolle.

Fensterglas ist zwar ein nicht brennbarer Baustoff, würde jedoch bei Einwirkung von hohen Temperaturen bei einem Brandfall nach kurzer Zeit zerspringen. Zudem kann bei Fensterglas die Wärmestrahlung durch das klare Glas hindurch, was auch zu einer Entzündung von Materialien führt, die sich auf der dem Feuer abgewandten Seite befinden. Neben Feuer und Rauch hemmt Brandschutzverglasung auch Hitzestrahlung. So wird verhindert, dass sich ein Feuer über weitere Räume ausbreitet.

Brandschutzverglasungen bestehen im Allgemeinen aus einer Brandschutzschicht, die sich zwischen zwei Glasscheiben befindet. Im Brandfall wird der in dieser Schicht enthaltene Schutzwerkstoff aktiviert, wobei die Scheibe Wärmestrahlung absorbiert und eine hochwirksame Dämmschicht bildet. Die Verglasung verliert ihre Transparenz für Wärmestrahlung und eine praktisch undurchsichtige Feuerschutzwand entsteht.

Das Ziel der Forschungen in diesem Bereich ist es Brandschutzsysteme zu optimieren und neue Brandschutzschichten zu erforschen. Hierbei wird das Augenmerk auf die Entwicklung leichterer Brandschutzverglasung mit langer Widerstandzeit gegen Feuer und Hitze gerichtet.