Laut den Angaben von Physikern handelt es sich bei Glas um einen Werkstoff, welcher zu den festesten überhaupt gehört. Dann ist es jedoch verwunderlich, weshalb Glas allgemeinhin als überaus empfindlich und zerbrechlich gilt.
Dennoch können Messungen den entsprechenden Beweis liefern. Glasfasern, die frisch hergestellt wurden, weisen die gleiche Zugfestigkeit auf, wie hochfester Stahl. Allerdings kommt es bei herkömmlichen Gebrauchs- oder Fensterglas im Alltag sehr häufig zu einem Bruch. Die Stabilität dieser Produkte beträgt lediglich ein Hundertstel von der theoretischen Stabilität von Glas.
Kommt es im Haushalt zu einem Glasbruch von größeren Objekten, stellt der professionelle Glasengel Glasnotdienst in jedem Fall den richtigen Ansprechpartner dar. Oft können Glasobjekte durch diesen sogar noch repariert werden. Wie es grundsätzlich zu einem Bruch von Glas kommt, wird im folgenden Beitrag erläutert.
Zerbrechliches Glas: Schuld sind Mikrorisse
Dafür, dass Glas oft bricht, sind Mikrorisse, die sich auf der Oberfläche befinden, verantwortlich. Zu diesen kommt es nicht nur im Zuge des Herstellungsprozesses, sondern ebenfalls als Konsequenz von Reaktionen mit dem Wasser, welches natürlicherweise in der Luft enthalten ist. Bereits eine Stunde nach der Produktion von Glas reduziert sich die Festigkeit des Materials um rund 20 Prozent. Um die Hälfte sinkt die Festigkeit dann nach einem Monat.
Kommt es zu dem Bruch von Glas, beginnt der Bruch stets an einem dieser sehr feinen Mikrorisse. Die Struktur von Glas gestaltet sich grundsätzlich sehr gleichmäßig, weshalb dann eine schnelle Ausbreitung des Bruchs begünstigt wird. In dem Glas sind – im Gegensatz zu Stahl – keine kristallähnlichen Körner zu finden, welche dazu dienen könnten, die Ausbreitung der Risse auszubremsen.
Allerdings besteht unter den Wissenschaftlern auch heute noch keine Einigkeit, wie sich die Ausbreitung der Risse im Glas im Detail gestaltet. Allerdings steht fest, dass sie sich mit einer beeindruckenden Geschwindigkeit ausbreiten, nämlich pro Stunde mit circa 3.600 Kilometern. Sogar auf einem Video in Slow-Motion kann somit der Prozess der Ausbreitung nicht genau verfolgt werden.
Methoden zur Steigerung der Bruchfestigkeit von Glas
Selbstverständlich haben sich schon zahlreiche Ingenieure damit beschäftigt, wie die Bruchfestigkeit von Glas gesteigert werden kann. Die Basis der Überlegungen bestand dabei darin, dass die Biegebelastung dafür verantwortlich ist, dass sich die Mikrorisse ausdehnen und vergrößern. Demnach muss dieser initiale Vorgang verhindert werden. Damit geht wiederum einher, dass die Mikrorisse derart zusammengepresst werden müssen, dass eine Vergrößerung ausgeschlossen ist.
Heutzutage stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung, die genau dies ermöglichen. Beispielsweise kann ein Gebläse genutzt werden, welches das heiße Glas schlagartig stark abkühlt. Die äußere Schicht des Glases wird so bereits fest, obwohl der innere Kern noch flüssig ist. Die gesamte Abkühlung erfolgt so wesentlich langsamer. Durch das damit verbundene Zusammenziehen wird eine hohe Zugspannung nach innen geschaffen. So lässt sich bis zu einer gewissen Belastungsgrenze verhindern, dass es zu einem Aufbiegen der Mikrorisse kommt.
Daneben ist es jedoch auch möglich, nachträgliche eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung des bereits festen Materials vorzunehmen. Dafür wird das Glas in heiße Schmelzen mit Kalium-Ionen eingetaucht. Auf diese Weise kommt es zu einem Austausch der kleinen Natrium-Ionen in der äußeren Glasschicht gegen größere Kalium-Ionen. Aufgrund ihrer Größe benötigen diese mehr Platz, sodass eine stärke Druckspannung aufgebaut wird.
