ASAXS - Helmholtz-Zentrum Berlin

3.1.3 Kristallisation in Gläsern/Glaskeramiken
3.1 Glas/Glaskeramik
Die Herstellung eines Glases bewegt sich zwischen zwei Grenzfällen. Einerseits dem fehlerfreien
amorphen Glas und andererseits dem fehlerhaften Glas. Eine der wichtigsten Störerscheinungen,
im Fall des fehlerhaften Glases, stellt die Kristallisation dar, welche in der Vergangenheit
unerwünscht war. Abbildung 3.2 illustriert den Übergang einer Schmelze in den kristallinen
Zustand. Der Abkühlprozess einer Schmelze durchläuft einen Temperaturbereich, in dem ein
eingebrachter Kristall weiter wachsen kann, jedoch die Keimbildung stark unterdrückt ist.
Dieser Bereich wird als Ostwald-Miers-Bereich bezeichnet [71]. Die obere Temperaturgrenze
wird durch die Sättigungskurve definiert. Die untere Temperaturgrenze dieses Bereiches wird
durch die Übersättigungskurve definiert, welche nicht exakt festgelegt werden kann. Bei Temperaturen
unterhalb der Übersättingskurve setzt die Keimbildung ein und Kristalle entstehen.
In jüngster Vergangenheit hat man gelernt, die Kristallisation gezielt zu steuern und technisch
zu nutzen. Die dabei entstehenden Werkstoffe werden als Glaskeramik bzw. Vitrokeramik bezeichnet.
Eine weitverbreitete Glaskeramik stellt die von der Firma Schott AG in Mainz um
1971 entwickelte Glaskeramik für Kochfelder dar (CERAN).
V
flüssig
Ostwald-Miers
Bereich
Unterkühlungsbereich
TG
Sättigungskurve
Übersättigungskurve
kristallin
Abbildung 3.2: Schematische Darstellung des Übergangs einer Schmelze in den kristallinen
Zustand.
Die homogene Nukleation (Keimbildung) kann durch die klassische Nukleationstheorie von
Gibbs beschrieben werden [45]. Der Keimbildungsprozess wird ablaufen, wenn dadurch die
freie Enthalpie des Systems verringert wird. Die freie Enthalpie ∆G eines Systems setzt sich
aus zwei Anteilen zusammen, dem Volumenanteil ∆GV und dem Oberflächenanteil ∆GO
∆G = −∆GV + ∆GO. (3.5)
Der Volumenanteil beschreibt die Energie, die durch die Keimbildung frei wird. Bei Annahme
T
19