Analyse von Glas

Glas hat sich in den letzten Jahrzehnten zu einem wahren High-Tech Produkt entwickelt. Die Nutzung reicht von vergleichsweise einfachen Brillengläsern für den Endverbraucher über dotierte Gläser in der Optoelektronik bis hin zu beschichteten Spezialgläsern in der Solarenergiebranche. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Zuschlagstoffen sind viele Glaseigenschaften beinahe nach Belieben einstellbar. So können Charakteristika wie Glashärte, Brechungsindex, Bruchfestigkeit, thermische Eigenschaften oder die elektrischen Eigenschaften durch den Zusatz von unterschiedlichen Additiven eingestellt werden. Typische Additive hierfür sind: Kaliumoxid, Zinkoxid, Bariumoxid, Zinndioxid, Calciumphosphat, Zirconiumdioxid, Aluminiumoxid oder Cer. Neben dem Einsatz von unterschiedlichen Hilfsstoffen können auch Beschichtungen wie Metallisierungen die Glaseigenschaften indirekt beeinflussen. Glasbeschichtungen dienen oftmals der Optimierung physikalischer Kenngrößen wie der Reflexions-, Transmissions-, oder Wärmedämmeigenschaften. Sie bestehen aus einem genau definierten Schichtsystem, welches sich aus Haft-, Funktions-, Schutz- und diversen Zwischenschichten zusammensetzt. Im Labor der Tascon GmbH gehört die Analyse von Glas seit mehr als 20 Jahren zu unserem vielseitigen Aufgabenspektrum. Leistungsstake Methoden für die Analyse von Glas sind neben der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) die Flugzeit-Sekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS) sowie die Photoelektronenspektroskopie (XPS). Folgend finden Sie eine Auswahl von uns durchgeführter Analysen. Sollte sich Ihre Fragestellung nicht unter den aufgelisteten Fragestellungen befinden, sprechen Sie uns gerne an und nehmen sie Kontakt zur Tascon GmbH auf. Unsere Mitarbeiter finden eine passgenaue Lösung zu Ihrem Problem.

Analyse der Zusammensetzung von Glas

Aufgrund der komplexen Zusammensetzung von Gläsern ist die Identifizierung einzelner Rezeptur-Bestandteile des Bulkmaterials z.B. die Elementzusammensetzung oftmals von besonderem Interesse. Die in unserem Labor genutzte ToF-SIMS ermöglicht es, Probenbestandteile wie z.B. Dotierstoffe mit Hilfe eines Tiefenprofils nachzuweisen und mit entsprechenden Standards zu quantifizieren. Zusätzlich ermöglicht auch die XPS Analyse eine vergleichsweise schnelle quantitative Bestimmung der Elementzusammensetzung von Gläsern. Die Auswahl der geeigneten Methode muss der entsprechenden Fragestellung angepasst werden. Hierzu beraten sie gern die Mitarbeiter der Tascon GmbH.

Analyse von Glas-Kontaminationen

Neben der beabsichtigten Zugabe von Substanzen in eine Glasrezeptur kommt es auch immer wieder zu unfreiwilligen Verunreinigungen - sog. Kontaminationen - im Herstellungsprozess. Hierbei kann es sich um Fremdkontaminationen wie Partikel handeln, die im Glas eingeschlossen sind oder um Kontaminationen, die sich auf der Glasoberfläche befinden. Beide Arten der Kontamination können die Eigenschaften des Glases beeinträchtigen. Eine Analyse mit Hilfe der ToF-SIMS ermöglicht es sowohl molekulare als auch elementare Verunreinigungen nachzuweisen.

Analyse von Beschichtungen auf Glas

Die Analyse der Schichtstruktur, Identität und Zusammensetzung eines Beschichtungssystems kann in unserem Labor mit Hilfe verschiedener Techniken erfolgen. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um eine organische oder anorganische Beschichtung handelt. Die ToF-SIMS bietet durch die Möglichkeiten der Tiefenprofilierung ein hervorragendes Werkzeug, um Schichtsysteme auf Glas aufzuklären. Dabei werden wenige Nanometer in einem kleinen Bereich der Probe durch einen Ionenstrahl abgetragen und dieser Bereich wird anschließend analysiert. Dies geschieht alternierend und solange, bis sich ein dreidimensionales Bild der Probe ergibt. Eine weitere in unserem Labor verfügbare Technik zur Schichtaufklärung ist die XPS. Mit Hilfe der XPS können beispielsweise Elemente in Schichten quantifiziert und die entsprechenden Oxidationszustände ermittelt werden. Die XPS Analyse von Glas ermöglicht außerdem die Analyse von Oberflächenbehandlungen und Oberflächenfunktionalisierungen.

Ein Beispiel zur Analyse von Glas zeigt folgendes Anwendungsbeispiel:

Glasfasern
Glasfasern

Einem gängigen Korrosionsmechanismus auf der Spur

Gläser, die über längere Zeit Feuchtigkeit zum Beispiel durch Witterung ausgesetzt sind, können korrodieren. Erkennbar ist fortschreitende Glaskorrosion an einem weißen Schleier oder an irisierend schillernden Filmen auf dem Glas. Als Ursachen oder Beschleuniger der Glaskorrosion kommen viele Substanzen in Frage, die in feuchter Umgebung auf das Glas einwirken. Zu nennen sind hier beipielweise Schadstoffe aus der Luft wie Schwefel- und Stickstoffverbindungen, alkalische Substanzen aus Betonauswaschungen oder aufgeschwemmte Rückstände aus Dichtungsmassen.

Die ToF-SIMS Tiefenprofilierung an einem Glas mit einem matten Schleier offenbart die typischen Veränderungen durch Glaskorrosion (unteres Tiefenprofil). Im Vergleich zur unbeschädigten Glasreferenz (oberes Tiefenprofil) wird ein Verlust von Na und K im oberflächennahen Bereich deutlich, der mit einer erhöhten Konzentration von Wassermolekülen einhergeht. Na-Ionen im Glas werden durch H-Ionen ersetzt. Die Verbindungsstruktur von Si, Na und O wird zerstört und eine mikroskopisch dünne Aufrauung der Oberfläche ist die Folge. Hierdurch wird die optische Erscheinung der Glasoberfläche verändert. Durch die hohe Elementempfindlichkeit der ToF-SIMS Tiefen­profilierung kann die Glaskorrosion leicht von anderen Veränderungen der Oberfläche z.B. durch Ablagerungen auf dem Glas unterschieden werden.

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