Fusing

1. Was kann ich hier lernen?

Was ist Fusing? Fusing ist Englisch und bedeutet: Verschmelzen. Fusing ist eine rund 2200 Jahre alte Kulturtechnik. Aber Glas zu verschmelzen ist gar nicht so einfach, dabei kann jede Menge schief gehen!

Hier lernen Sie, was Sie im Blick behalten müssen, damit die verschmolzenen Gläser nicht kaputt gehen.

2. Problemsituation

Sie fangen gerade Ihre Ausbildung an und Sie wollen Ihre ersten Gläser miteinander verschmelzen, um eine Fusing-Schale zu erstellen wie die auf dem Bild. Können Sie einfach kombinieren, was Ihnen gefällt? Nach welchen Kriterien entscheiden Sie sich? Farbe des Glases? Art des Glases? Mechanische Eigenschaften des Glases? Oder eher die thermischen Eigenschaften? Was passiert, wenn Sie einfach wild drauf los schmelzen? Sie ahnen es schon: Das kann schief gehen... Holen Sie sich die nötigen Infos, damit Ihre Fusing-Schale so schön und stabil wird wie die auf dem Foto.

3. Input: Ausdehnungskoeffizient & Kühlkurve

Um Glas zu formen, muss man es erhitzen, damit es weich und dünnflüssiger wird. Bei Glas gibt es keinen Schmelzpunkt, sondern einen Transformationsbereich. Dies ist der Übergang vom spröd-elastischen in den zäh-plastischen Zustand, d.h. ab diesem Termperaturbereich wird das Glas mit steigender Temperatur immer flüssiger. Beim Fusing werden verschiedene Glasstücke bei 780–850 °C miteinander verschmolzen. Die Schmelztemperatur ist von der Zusammensetzung der Gläser abhängig.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen verschiedenen Eigenschaften von Glas:

  • physikalische Eigenschaften, z.B.die optische Durchsichtigkeit
  • chemische Zusammensetzung, z.B. unterschiedliche Glasarten und Farbrichtungen
  • thermische Eigenschaften, z.B. die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeausdehnung
  • mechanische Eigenschaften, z.B. die Druckfestigkeit

Wir konzentrieren uns hier auf eine der thermischen Eigenschaften, insbesondere den sog. linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Viele Materialien dehnen sich bei Erwärmung aus und nehmen dann mehr Raum ein. Auch in jedem Glasgegenstand entstehen bei der Formgebung durch Erhitzung und Verschmelzung thermische Spannungen als Folge von Dehnungsunterschieden im Material. Die Spannungsanfälligkeit hängt vom Ausdehnungskoeffizienten des jeweiligen Glases ab. So hat Fensterglas (= Kalknatronglas) z.B. einen Ausdehnungskoeffizienten von 7,6 ––· 10-6 K-1, bei Borosilikatglas liegt dieser bei 3,25 · 10-6 K-1 und bei Quarzglas bei 0,5 · 10-6 K-1. Vergleicht man Materialien miteinander, so hat Glas im Vergleich zu vielen anderen Werkstoffen einen sehr geringen Ausdehnungsgrad.

Die Spannungen im Glas verringert man außerdem durch definiertes langsames Abkühlen im Kühlbereich. Bei zu schnellem Herunterkühlen kann das Glas reißen oder zerspringen.

Da unterschiedliche Glasarten abhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung unterschiedliche Transformationstemperaturen und Kühlzeiten haben, muss man vorher prüfen, ob die gewünschten Glasarten einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten und die gleiche Kühlzeit haben, sonst entstehen Spannungen im Glas beim Abkühlen und es zerbricht. Schauen Sie sich die Animation an:

Diese Spannungen lassen sich mit optischen Spannungsprüfern messen. (Bild links 1. Reihe) Wenn das Glas unter Spannung steht, sieht man die Veränderungen sehr deutlich unter dem Spannungsprüfer als Farbkreise im Glas-Teststreifen. (Bild rechts 1. Reihe) Berücksichtigt man die Spannungsdifferenzen nicht, sieht man die Risse durch die Spannungsprobleme im Fusing-Objekt (Bilder 2. Reihe. Bei der blauen Schale sieht man außerdem noch Blasenbildung aufgrund von Temperaturproblemen beim Verschmelzen.)  

  
   

Sie wollen sich weiter über Glas informieren? Hier klicken: Grundkurs Glas im Chemie-Lexikon

3. Ihre Lösung?

Zurück zum Problem: Sie wollen verschiedenes Glas zu einer Schale verschmelzen. Was müssen Sie nun tun, damit das Glas nicht reißt oder zerbricht? Vergleichen Sie Ihre Lösung mit dem Lösungsblatt.

4. Testen Sie Ihr Wissen!

5. Evaluation

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