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2026-03-17T12:02:20Z

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'''Entglasung''' oder '''Devitrifikation''' bezeichnet den Vorgang, bei dem sich in einem [[Glas]] partiell [[Kristall]]e bilden, die weiterhin von einer [[Amorphes Material|amorphen]] Glasmatrix umgeben sind oder bei dem das Glas vollständig auskristallisiert und damit seine Glaseigenschaften verliert.

Bei der Herstellung von Glas gilt eine Entglasung meist als Fehler der [[Glas#Schmelze|Schmelzmasse]], kann jedoch auch bewusst herbeigeführt werden, um spezielle Eigenschaften zu erzielen. Häufigstes Beispiel hierfür sind [[Glaskeramik]]en.<ref name="römpp" /> Entglasung kann auch bei natürlichen Gläsern auftreten, etwa bei [[Obsidian]].

== Kristallisation in Gläsern ==
[[Datei:Keimbildung und Kristallwachstum.jpg|mini|300px|Zusammenhang zwischen Viskosität, Kristallwachstum und Keimbildung]]Unter bestimmten Temperatur-Zeit-Bedingungen kommt es in Gläsern zur Kristallisation. Voraussetzung hierfür ist das Vorhandensein oder die Bildung von [[Kristallisationskeim]]en. Das Wachstum von Keimen geschieht durch Herandiffundieren von Kristallbestandteilen und deren Aufbau zu Kristallen. Bei herkömmlichen Gläsern liegt die maximale Keimbildungszahl (KB) bei tieferen Temperaturen als deren maximale Wachstumsgeschwindigkeit (KG). Letztere wird maßgeblich durch die [[Diffusion]]sgeschwindigkeit bestimmt, die bei geringeren [[Viskosität]]en stark ansteigt. Je näher die Temperaturen der maximalen Keimbildungszahl und der maximalen Wachstumsgeschwindigkeit beieinander liegen bzw. je größer der Überlappungsbereich der beiden Kurven ist, umso schneller muss die Abkühlung erfolgen, um eine Kristallisation zu vermeiden. Bei vielen Metallen liegen diese beiden Kurven direkt übereinander, damit gibt es einen Temperaturbereich, in dem das Metall schlagartig auskristallisiert. Daher müssen zur Herstellung [[Metallisches Glas|metallischer Gläser]] aus einer Schmelze Abkühlgeschwindigkeiten von bis zu 10<sup>8</sup> Kelvin pro Sekunde erreicht werden, um Kristallisation zu unterbinden.<ref name="Vogel1">Werner Vogel: ''Glaschemie.'' 3. Auflage. Springer-Verlag, 1992, ISBN 3-540-55171-9, S. 319 ff.</ref><ref name="Vogel2">Werner Vogel: ''Glaschemie.'' 3. Auflage. Springer-Verlag, 1992, ISBN 3-540-55171-9, S. 226.</ref>

Im Regelfall einer Glasproduktion geschieht die Abkühlung des Glases schnell genug, was zu einem starken Anstieg der Viskosität der Schmelze führt. Die zunehmende Viskosität der Schmelze verhindert die Diffusion zunehmend, bis das Wachstum von Kristallen vollkommen zum Erliegen kommt. Die schnelle Abkühlung der Schmelze ist somit eine Grundvoraussetzung, um einen Festkörper glasig zu erhalten.
Triebkraft der Kristallisation ist das Bestreben der Materie, den Zustand niedrigster Energie einzunehmen. Gläser befinden sich aufgrund ihrer regellosen Struktur in einem [[metastabil]]en – also energiereicheren – Zustand als Kristalle.

''Siehe auch: [[Amorphes Material]], [[Glasübergangstemperatur|Glasübergang]]''

=== Homogene Keimbildung und kritischer Keimradius ===
[[Datei:Freie Bildungsenthalpie eines Kristallkeims.jpg|mini|300px|Freie Bildungsenthalpie eine Kristallkeims als Funktion des Keimradius]]
[[Datei:Cristobalite-Fayalite-40050.jpg|mini|300px|Entglasung in einem natürlichen Glas ([[Obsidian]])]]
Thermodynamisch betrachtet findet während der Keimbildung in einem System eine Änderung der [[Gibbs-Energie|freien Enthalpie]] <math>\Delta G</math> statt. Dieser Vorgang wird immer dann ablaufen, wenn dabei die freie Enthalpie <math>\Delta G</math> verringert wird. Während der Keimbildung ordnen sich die Bausteine zu einem Kristall und geben dadurch Energie ab. Dieser Vorgang ist mit einem [[Phasenübergang]] von der flüssigen Schmelze zum festen Kristall verbunden. Es entsteht also eine Grenzfläche, zu deren Erzeugung Energie aufgebracht werden muss. Die Gesamtänderung der freien Enthalpie <math>\Delta G</math> setzt sich also aus einem Volumenanteil <math>\Delta G_V</math>, bei dem Energie abgegeben wird, und einem Oberflächenanteil <math>\Delta G_O</math>, der zur Schaffung der Grenzfläche aufgebracht werden muss, zusammen. Es ergibt sich der folgende Zusammenhang:

: <math>\Delta G = -\Delta G_V + \Delta G_O</math>


Die freiwerdende Energie ist dabei proportional dem Volumen des Keims, wohingegen die aufzuwendende Energie seiner Oberfläche proportional ist. Geht man von einem [[Kugel|kugelförmigen]] Keim mit dem Radius r aus, ergibt sich für die obenstehende Beziehung:

: <math>\Delta G = - \frac 43 \pi r^3 \cdot \Delta G_V \ + \ 4 \pi r^2 \cdot \sigma</math>


Dabei stellt <math>\Delta G_V</math> die freie Volumenenthalpie des Keims beim Phasenübergang dar und <math>\sigma</math> steht für die [[Oberflächenspannung]] der Schmelze. Bei der Betrachtung dieser Beziehung fällt auf, dass zunächst Energie aufgebracht werden muss, um einen Keim zu erzeugen. Erst wenn durch zufällige Konvergenz ein Keim entsteht, dessen Radius größer als der kritische Keimradius <math>r_K</math> ist (beispielsweise durch [[Koaleszenz]] von mehreren kleineren [[Cluster (Physik)|Clustern]]), kann dieser mit weiter zunehmender Wahrscheinlichkeit wachsen und so seine freie Energie über Abnahme der freien Oberflächenenergie minimieren. Zufällig entstehende Keime, deren Radius kleiner als <math>r_K</math> ist, minimieren mit größerer Wahrscheinlichkeit ihre freie Energie, indem sie sich wieder auflösen.<ref name="Vogel1" /> Daher kann es bei geringer[[Übersättigung]] sehr lange dauern, bis sich ein hinreichend großer [[Nukleation|Nukleus]] bilden kann.
[[Datei:Obidian Entglasung Hellfeld.jpg|mini|300px|Beginnende Entglasung um einen Augitkristall als Fremdkeim in Obsidian. Dünnschliff, Hellfeld.]]

=== Heterogene Keimbildung ===
Heterogene Keimbildung ist ein Vorgang, bei dem die Keimbildung durch die Anwesenheit eines Fremdkeims in der Schmelze erleichtert wird. Sie ist wesentlich häufiger anzutreffen als die homogene Keimbildung, da die erstere nicht in so großem Maße von der zufälligen Anwesenheit der notwendigen Bestandteile eines Keims abhängig ist. Durch die Gegenwart eines genügend großen Keims ist bereits ein Teil der zu erbringenden Grenzflächenenergie erbracht worden. Im Extremfall kann man diesen Vorgang als ein Aufwachsen eines Kristalls auf einen Fremdkristall in der Schmelze verstehen. Dieser Vorgang wird [[Epitaxie]] genannt und wird beispielsweise gezielt genutzt, um Glaskeramiken herzustellen.

=== Kristallisation in der Glasproduktion ===
Im Allgemeinen wird Entglasung als ''[[Glasfehler]]'' angesehen, der – etwa in einer Glasschmelze in Bereichen mit geringer Strömung der Schmelze oder in besonders anfälligen Gläsern (wie etwa solche mit hohem [[Erdalkali]]oxid-Gehalt, CaO oder MgO) – sowohl beim Abkühlen der Glasschmelze, als auch beim Erhitzen von Gläsern auftreten kann. Erhöhte Gehalte an Erdalkalioxiden erhöhen in den meisten Massengläsern die [[Liquidustemperatur]], so dass eine Kristallisation bei höheren Temperaturen, wie sie beispielsweise in [[Feeder (Glas)|Speisern]] vorkommen, einsetzen kann. Eine Entglasung wird in der Glasverarbeitung (als ''[[Top-down und Bottom-up|Bottom-up]]-[[Kristallisation]]'') aber auch als gesteuerter Vorgang zur Herstellung eines gewünschten Farbglases, einer Glaskeramik oder auch eines [[Trübglas]]es eingesetzt.<ref name="römpp">{{RömppOnline|Name=Entglasung|Abruf=2013-02-09|ID=RD-05-01206}}</ref>

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=Werner Vogel
|Titel=Glaschemie
|Auflage=3.
|Verlag=Springer
|Ort=Berlin
|Datum=1992
|ISBN=3-540-55171-9}}
* {{Literatur
|Autor=Armin Petzold
|Titel=Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe
|Auflage=2.
|Verlag=Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie
|Ort=Leipzig
|Datum=1986
|DNB=870224441}}
* {{Literatur
|Hrsg=Hans Jebsen-Marwedel, Rolf Brückner
|Titel=Glastechnische Fabrikationsfehler
|Auflage=4.
|Verlag=Springer
|Ort=Berlin
|Datum=2011
|ISBN=978-3-642-16432-3}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Glasherstellung]]
[[Kategorie:Glasfehler]]

Entglasung - Versionsgeschichte

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