Laufzeit: 1.2019 – 6.2020

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Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider | Timon Peters M.Sc.
FB 13, Statik und Konstruktion

Prof. Dr. Barbara Albert | Dr. Kathrin Hofmann | Hannah Wilhelm B.Sc.
FB 7, Anorganische Festkörperchemie

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Projektbeschreibung:

Ziel des hier beschriebenen interdisziplinären Projektes von Glasexperten aus dem Bauingenieurwesen und Festköperchemikerinnen ist die Erarbeitung eines vertieften Verständnisses der Kristallisationsprozesse, die auf der (Sub)Mikrometer-Skala im Glas ablaufen, und die Ableitung von Schlussfolgerungen bezüglich eines verbesserten Herstellungsprozesses von Sicherheitsglas, so dass signifikante Energieeinsparungen erfolgen können und die Sicherheit des Baustoffs erhöht wird.

Einschlüsse von Nickelsulfid in Glas, insbesondere wenn dieses zu Sicherheitsglas verarbeitet werden soll, sind ein Problem, da sie, manchmal Jahre nach Einbau, zu so genanntem Spontanbruch des Glases führen. Ziel des hier beschriebenen interdisziplinären Projektes war die Erarbeitung eines vertieften Verständnisses der Kristallisationsprozesse von Nickelsulfiden, die auf der (Sub)Mikrometer-Skala im Glas ablaufen, und die Ableitung von Schlussfolgerungen bezüglich eines verbesserten Herstellungsprozesses von Sicherheitsglas, so dass signifikante Energieeinsparungen erfolgen können und die Sicherheit des Baustoffs erhöht wird. Dazu haben die beiden Gruppen aus dem Bauingenieurwesen und der Chemie das mechanische und chemische Verhalten der Nickelsulfid-Kristallaggregate genau untersucht. Ein wichtiger Bestandteil waren Grundlagenuntersuchungen mittels Röntgendiffraktometrie, Mikroskopie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie, um auf der Basis literaturbekannter Phasendiagramme den Einfluss der Vorspannungen des Glases besser vorherzusagen.

Als Ursache des nachteiligen Einflusses von Nickelsulfid wird vermutet, dass eine Phasenumwandlung zwischen zwei kristallinen Phasen der Zusammensetzung NiS Risse verursacht. Es ist bekannt, dass sie von einem Volumenzuwachs begleitet ist, für den in der Literatur verschiedene Zahlen angegeben werden. Im Rahmen dieses Projektes wurde der exakte Volumenzuwachs erstmals in situ-röntgendiffraktometrisch mit Strukturverfeinerungen für labor-synthetisierte Proben bestimmt. Im Glas eingeschlossene mikrometergrosse Partikel wurden spannungsoptisch analysiert, aber auch aus dem Glas heraus präpariert und dann mittels Gandolfi-Messungen untersucht. Solche Analysen erlauben Phasenbestimmungen auf Basis von Diffraktionsdaten und wurden ebenfalls zuvor nie publiziert. Das FiF-geförderte Projekt hat durch die Interaktion von Ingenieur- und NaturwissenschaftlerInnen grundlegen Erkenntnisse geliefert und viele neue, sehr interessante Fragestellungen generiert, denen zukünftig in weiteren Projekten nachgegangen werden soll.

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Eine Veröffentlichung „Nickel Sulfide in Soda-Lime-Silica Glass“, für die Zeitschrift „Scientific Reports“ (Nature research, https://www.nature.com/srep/), Impact-Faktor 3,998 (2019) ist gerade in Vorbereitung. Eine weitere Veröffentlichung ist für die Zeitschrift „Glass Structures and Engineering (Springer-Verlag https://www.springer.com/journal/40940) geplant.

H. Kosaka, F. Zentgraf, A. Scholtissek, L. Bischofi T. Häber, R. Suntz, B. Albert, C. Hasse, A. DreizlerWall heat fluxes and CO formation/oxidation during laminar and turbulent side-wall quenching of methane and DME flames rJHFF (rHF) 70 (2018) 181-192

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H. Yildirim, S. Hainer, K. Hofmann, T. Proske, C.A. Graubner, B. Albert Investigation of carbonation reactions in ecofriendly cements2015 Sustainable Industrial processing Summit, Volume 6 (2015) 65 -78 ISBN 97 8-r -987 820 -28-4

H. Yildirim, S. Hainer, K. Hofmann, T. Proske, C.-A. Graubner, B. AlbertCarbonation of hydrated clinker phasesTagungsband 19. Intern. Baustofftagung (ibausil) Bauhaus-Universität Weimar, 2015.ISBN: 978-3- 00-050225-5