Gläser: Struktur, Eigenschaften und Anwendungen

Glas (besser: Glaswerkstoff) bezeichnet einen amorphen Festkörper, der beim Abkühlen einer Schmelze ohne Ausbildung langreichweitiger Kristallordnung erstarrt. Charakteristisch ist der glasartige Übergang (Glasübergangstemperatur Tg) anstelle eines scharfen Schmelzpunktes. Gläser sind strukturell metastabil, jedoch kinetisch über technisch relevante Zeiträume stabil.

Klassische technische Gläser sind überwiegend Oxidgläser auf Silikat‑Basis (z. B. Kalk-Natron-Glas, Borosilikatglas, Fused Silica). Das Netzwerk besteht typischerweise aus verknüpften SiO4-Tetraedern; Modifikatoren (Na2O, CaO etc.) steuern Viskosität, thermische Ausdehnung, chemische Beständigkeit und mechanische Eigenschaften.

Neben diesen anorganischen Oxidgläsern existieren metallische Gläser (Bulk-metallische Gläser, massive metallische Gläser), bei denen durch extrem schnelles Abkühlen oder geeignete Legierungszusammensetzungen eine kristallfreie Metallstruktur erzeugt wird. Diese zeigen hohe Festigkeiten, große elastische Dehnung und oft ausgeprägte Korrosionsbeständigkeit, jedoch begrenzte Duktilität.

Bioaktive Gläser und mesoporöse bioaktive Gläser sind speziell formulierte Silikat- oder Phosphatgläser, die in physiologischer Umgebung kontrolliert reagieren und beispielsweise Hydroxylapatit-Schichten ausbilden. Sie werden in der regenerativen Medizin und als Wirkstoffträger eingesetzt.

Die Kombination aus einstellbarer Zusammensetzung, amorpher Struktur und verarbeitungsfreundlicher Viskositäts-Temperatur-Charakteristik macht Gläser zu einer zentralen Werkstoffklasse für Optik, Elektronik, Energietechnik, Medizintechnik und Strukturbauteile.

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