Mechanische und chemische Oberflächeneigenschaften von eisenarmen Kalknatron-Silicatgläsern für solare Anwendungen

Die Nutzung der Solarenergie ist von stetig wachsender Bedeutung. Für entsprechende Anlagen werden eisenarme Kalknatron-Silicatgläser in Form von Flachglas verwendet, die im sogenannten Floatverfahren hergestellt werden. Die Oberflächeneigenschaften dieser Flachgläser werden in dieser Arbeit in Hinblick auf ihre Korrosionsbeständigkeit untersucht. In der solaren Anwendung muss die Transmissivität der verwendeten Gläser über einen langen Zeitraum gewährleistet sein. Es ist daher essentiell, die Korrosionsmechanismen über diese Zeitspannen zu verstehen. Ein wichtiger Aspekt der atmosphärischen Exposition ist dabei die zyklische Kondensation, die durch den Tag/Nacht-Wechsel, aber auch durch Jahreszeitenwechsel oder Transport in verschiedene Klimazonen auftritt. Um dies näher zu untersuchen, wurden Experimente im Klimaschrank durchgeführt, in denen eine zyklische Kondensation mithilfe eines Peltier-Elements einem statischen Korrosionsexperiment in Form des Damp-Heat-Tests (85% rF und 85°C) gegenübergestellt wurde. Darüber hinaus wurde ein Langzeitexperiment über 500 Tage verwirklicht. Zyklische Kondensation auf der Glasoberfläche führt, im Gegensatz zu einer gleichmäßig hohen Feuchtigkeit der Umgebungsluft, zu größeren Hydratisierungstiefen und einer charakteristischen Abreicherung mobiler Ionen wie Natrium und Calcium in oberflächennahen Schichten. Ein geringer Gehalt von 1-2 mol% Al2O3 wirkt in Kontakt mit wässrigen Lösungen bereits stabilisierend auf das Glas, während CaO-Gehalte > 9 mol% eine erhöhte Netzwerkauflösungsrate bedingen. Die Bildung von Verwitterungsprodukten hat eine längere Benetzung durch Feuchtigkeit zur Folge, was zu einer schnellen Änderung des pH-Wertes und einer zunehmenden Korrosionsrate führt. Durch Quell- und Schrumpfverhalten, ausgelöst durch die zyklische Änderung der Bewitterung, kommt es zu Abplatzungen an der Glasoberfläche. Es konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass es durch silikatische Polymerisierung und andere Reorganisationsprozesse zu alternierenden Elementkonzentrationen im Tiefenprofil der Gläser und zur Bildung von Korrosionszonen mit lokalen Mikroklimata kommt.