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Kalk-Natron-Glas – der vielseitigste Glaswerkstoff der Welt

Kalk-Natron-Glas: Der umfassende Leitfaden zu Eigenschaften, Zusammensetzung und industriellen Anwendungen

Kostengünstig, leicht formbar und für gewerbliche Anwendungen geeignet – von Displayglasscheiben bis zu Abdeckungen für Haushaltsgeräte. Erfahren Sie, warum 90 % aller Gläser aus Kalk-Natron-Glas bestehen.

70%

SiO₂-Anteil

>89%

Lichttransmission

1M+

Jahreskapazität

Rundes Muster aus Kalk-Natron-Glas

Was ist Kalk-Natron-Glas?

Was ist Kalk-Natron-Glas

Kalk-Natron-Glas – auch Kalk-Natron-Silikatglas, Floatglas oder einfach Standardglas genannt – ist heute die am häufigsten verwendete Glasart; schätzungsweise macht es 90 % des gesamten jemals hergestellten Glases aus. Damit bildet es das Rückgrat der modernen Glasindustrie.

Kalk-Natron-Glas ist im Wesentlichen “ein Netzwerk aus Siliziumdioxid (SiO) mit den Netzwerkbildnern Soda (NaO) und Kalk (CaO). Soda wirkt als Flussmittel und senkt die Schmelztemperatur von über 2.000 auf etwa 1,100. Kalk wirkt als Stabilisator und verbessert die chemische Beständigkeit, sodass das Glas wasserunlöslich wird.

Kalk-Natron-Glas ist wohl der am besten verarbeitbare Glaswerkstoff, lässt sich leicht umformen und erneut schmelzen und kann problemlos im Ofen wiederaufbereitet werden. Da es ohne Qualitätsverlust recycelbar ist und seine Rohstoffe reichlich verfügbar sind, ist es die kostengünstigste Glasart.

Häufige Anwendungen von Kalk-Natron-Glas

  • Fensterscheiben und Architekturglas die Flachglasindustrie (Floatglas).
  • Flaschen und Einmachgläser Verpackungen für Lebensmittel, Getränke und pharmazeutische Produkte.
  • Geschirr, Backformen und Auflaufformen Trinkgläser, Teller und Kochgeschirr.
  • Industrielles Abdeckglas Datenpanels, Touchpanels und Bedienfeldabdeckungen.
  • Autoglas Windschutzscheiben (Verbundglas) und Seitenscheiben (thermisch vorgespannt).

Bei SW GLASS kaufen und verarbeiten wir täglich Kalk-Natron-Glas und betonen regelmäßig seine beeindruckenden optischen und mechanischen Eigenschaften, seine Eignung zum Vorspannen und seine Wirtschaftlichkeit als wesentliche Vorteile für unsere industriellen Abdeckglasanwendungen.

Zusammensetzung und chemische Formel von Kalk-Natron-Glas

Dank der bekannten Rezeptur bleibt die chemische Zusammensetzung von Kalk-Natron-Glas über die Zeit nahezu identisch und gewährleistet so vorhersehbare, konstante Eigenschaften in jeder Charge.

Bestandteil Chemische Formel Prozentanteil Funktion
Siliziumdioxid SiO₂ 70–75% Wichtigster Glasbildner; bildet die Netzwerkstruktur (Siliziumdioxid)
Natriumoxid (Soda) Na₂O 12–16% Flussmittel; senkt die Schmelztemperatur von ~1700 °C auf ~1000–1500 °C
Calciumoxid (Kalk) CaO 5–12% Stabilisator; verbessert die chemische Beständigkeit und verhindert die Wasserlöslichkeit
Magnesiumoxid MgO 0–4% Verbessert die Verarbeitbarkeit und verringert die Neigung zur Entglasung
Aluminiumoxid Al₂O₃ 0–3% Erhöht die chemische Beständigkeit und die mechanische Festigkeit
Eisenoxid Fe₂O₃ Spuren Unvermeidbare Verunreinigung im Sand; verursacht den charakteristischen Grünstich an den Kanten

Rohstoffe

Die drei wichtigsten Rohstoffe für Kalk-Natron-Glas sind:

Quarzsand (Quarz)

Die grundlegende Quelle für Siliziumdioxid (SiO), die für den Einsatz in Glas mit optischer Qualität eine Reinheit von mindestens 99 % aufweisen muss.

Soda

(Natriumcarbonat, NaCO) – die als Flussmittel wirkende Komponente von Kalk-Natron-Glas. Ohne Soda ist ein praxisgerechtes Schmelzen (unter 1700 C) unmöglich.

Kalkstein

(Calciumcarbonat, CaCO) – der Stabilisator, der im Verhältnis 16:1 durch Schwerkraft in den Elektroofen eingebracht wird. Durch die Zugabe von Kalk zur Rezeptur wird das Natron-Silikatglas wasserunlöslich.

Diese Rohstoffe werden bei der anfänglichen Gemengebereitung mit Glasscherben (zerkleinertem, recyceltem Kalk-Natron-Glas) vermischt, wodurch zusätzlich 25-50 % an Energie und Material eingespart werden, ohne die Qualität des Endprodukts zu beeinträchtigen.

Wichtige Eigenschaften von Kalk-Natron-Glas

Die Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Kalk-Natron-Glas ermöglicht eine optimale Materialauswahl; die folgende Tabelle enthält detaillierte Spezifikationen.

Eigenschaft Wert Hinweise
Dichte 2,44–2,52 g/cm³ Etwas schwerer als Borosilikatglas (~2,23 g/cm³)
Brechungsindex 1.51–1.52 Bei 589 nm (Natrium-D-Linie); hervorragende optische Klarheit
Schmelztemperatur 1000–1500 °C Erweichungspunkt ~700 °C
Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) 8,5–9,5 × 10⁻⁶/°C Höher als bei Borosilikatglas; maßgeblicher Faktor für die Temperaturwechselempfindlichkeit
Wärmeleitfähigkeit ~1,0 W/(m·K) Niedrig; Glas ist von Natur aus ein Isolator
Härte (Mohs) 6–7 Vergleichbar mit Feldspat; bei normalem Gebrauch kratzbeständig
Lichttransmission >89% Klares Floatglas, sichtbares Spektrum
Dielektrizitätskonstante ~7.0 bei 1 MHz Relevant für kapazitive Touch- und Sensoranwendungen
Chemische Beständigkeit Mäßig Beständig gegen die meisten Säuren; anfällig gegenüber starken Laugen und HF
Mechanische Festigkeit (entspannt) 30–70 MPa Zugfestigkeit von unbehandeltem Glas
Mechanische Festigkeit (thermisch vorgespannt) 120–200 MPa 4–5× höher als bei entspanntem Glas

Besondere Eigenschaften

Optische Transparenz ist eine weitere herausragende Eigenschaft von Kalk-Natron-Glas. Die tatsächliche Lichttransmission im sichtbaren Spektrum kann 89 % oder mehr erreichen. Klares Kalk-Natron-Floatglas eignet sich hervorragend als Material für Konsumprodukte wie Display-Abdeckgläser, Touchscreen-Panels und Architekturverglasungen. Durch das Aufbringen unserer Antireflexbeschichtung (AR) in unseren Werken in den USA lässt sich die Transmission auf 95 %+ steigern.

Der industrielle Einsatz zeigt, dass die gute Beständigkeit bei normalem Gebrauch eine lange Lebensdauer ermöglicht. Kalk-Natron-Glas weist bei Kontakt mit Wasser, Säuren und selbst in den meisten aggressiven Umgebungen eine hervorragende Beständigkeit gegen chemische Korrosion auf. Das Material kann über Jahrzehnte oder länger seine Funktion erfüllen, ohne an Qualität einzubüßen.

Thermisches Vorspannen ist im industriellen Bereich vielleicht der wichtigste Vorteil von Kalk-Natron-Glas. Sein relativ hoher Wärmeausdehnungskoeffizient (ein Hindernis für eine gute Temperaturwechselbeständigkeit) bietet ideale Voraussetzungen für eine Erhöhung der physikalischen und chemischen Festigkeit durch chemische wie auch physikalische Behandlungen. Sowohl physikalische als auch chemische Vorspannverfahren sind bei Kalk-Natron-Glas äußerst wirksam.

Kalk-Natron-Glas im Vergleich zu Borosilikatglas

Der Vergleich von Kalk-Natron-Glas mit Borosilikatglas gehört zu den häufigsten Anfragen, die wir von Ingenieuren und Einkäufern erhalten. Beide Werkstoffe sind hervorragend, doch bei gleichem Anwendungsprofil eignet sich jeweils einer besser für die konkreten Anforderungen der Aufgabe. Die Besonderheiten jedes Werkstoffs zu kennen, ist entscheidend, um von Anfang an die richtige Wahl zu treffen.
Eigenschaft Kalk-Natron-Glas Borosilikatglas
Zusammensetzung 70 % SiO₂, 15 % Na₂O, 9 % CaO 80 % SiO₂, 13 % B₂O₃
Wärmeausdehnung (CTE) 8,5–9,5 × 10⁻⁶/°C 3,3 × 10⁻⁶/°C
Temperaturwechselbeständigkeit Gering (~60 °C) Hoch (~160 °C)
Schmelzpunkt ~1000 °C ~1650 °C
Chemische Beständigkeit Mäßig Hervorragend (beständig gegen Säuren, Laugen und organische Lösungsmittel)
Kosten Niedriger (wirtschaftlichste Glasart) 3–5× höher
Eignung zum Vorspannen Leicht vorzuspannen (chemisch + physikalisch) Schwer vorzuspannen (niedriger CTE schränkt das Verfahren ein)
Stoßfestigkeit (thermisch vorgespannt) Höher im thermisch vorgespannten Zustand Geringer (lässt sich nicht wirksam thermisch vorspannen)
Häufige Anwendungen Fenster, Displays, Geräteblenden, Abdeckglas Laborglasgeräte, Kochgeschirr, pharmazeutische Fläschchen

Wann Sie Kalk-Natron-Glas wählen sollten

Wenn Kalk-Natron-Glas für die Anwendung infrage kommt, bietet es gegenüber Borosilikatglas den Vorteil geringerer Kosten. Ein weiterer Vorteil ist, dass Kalk-Natron-Glas sowohl mit physikalischen als auch mit chemischen Verfahren wirksam vorgespannt werden kann, was klare Vorteile beim Schutz und bei der mechanischen Festigkeit bietet. Ohne weitere Modifikationen erreicht thermisch vorgespanntes Kalk-Natron-Glas eine mechanische Festigkeit von 120-200 MPa. Beim Bruch entstehen keine zerstörerischen Scherben, denn thermisch vorgespanntes Kalk-Natron-Glas zerfällt in kleine, relativ harmlose Stücke.

Wann Sie Borosilikatglas wählen sollten

Der wesentliche Vorteil von Borosilikatglas gegenüber Kalk-Natron-Glas liegt in seiner hervorragenden chemischen Beständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient beträgt nur 3.3 10/ C, wodurch es dem plötzlichen Kontakt mit unterschiedlichen Temperaturen im Bereich von 300-500 C standhält. Borosilikatglas gibt selbst bei extremen pH-Werten keine Chemikalien ab und ist daher die übliche Wahl für Anwendungen mit aggressiven Chemikalien, ob bei Tafelgeschirr, Laborgeräten oder pharmazeutischen Verpackungen. Der Zusatz von B2O3 verleiht Borosilikatglas seine hervorragende chemische Beständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit.

Branchenübergreifende Anwendungen von Kalk-Natron-Glas

Kalk-Natron-Glas ist die richtige Wahl, wenn die Kosten im Vordergrund stehen, wenn Anwendungen seine hervorragende Beständigkeit und die stoßfeste Festigkeit im verkleideten Zustand erfordern und wenn thermisches Vorspannen aus Gründen der Sicherheit und Handhabung notwendig ist. Wir können Kalk-Natron-Glas für Anwendungen mit einer mechanischen Festigkeit von 120-200 MPa oder mehr thermisch vorspannen und damit weit mehr erreichen, als sich mit Borosilikatglas wirtschaftlich erzielen lässt. Keiner der Punkte zerspringt in gefährliche Scherben, denn chemisch vorgespanntes Kalk-Natron-Glas zerfällt in Tausende Glasfragmente von handhabbarer Größe.

Bei der Temperaturwechselbeständigkeit und der chemischen Beständigkeit ist Borosilikatglas Kalk-Natron-Glas deutlich überlegen. Sein niedriger Ausdehnungskoeffizient von 3,3 × 10⁻⁶/°C ermöglicht es ihm, Temperaturunterschieden von annähernd 300 °C standzuhalten, ohne zu zerspringen. Es enthält außerdem keine auslaugbaren Chemikalien und behält seine inerten Eigenschaften auch bei extrem hohen oder niedrigen pH-Werten. Deshalb gilt Borosilikatglas als das ‘Arbeitstier’ der Glasindustrie und wird in der chemischen Produktion, beim Umgang mit Chemikalien, für pharmazeutische und Laborgeräte sowie sogar für Kunstgegenstände eingesetzt.

Wir bearbeiten sowohl Borosilikatglas als auch Kalk-Natron-Glas und verfügen bei industriellen Display- und Abdeckglasanwendungen über umfassende Erfahrung mit chemisch vorgespanntem Kalk-Natron-Glas. Nach unserer Erfahrung lassen sich 95 % der Projekte mit Touchpanels, HMI-Displays und Geräteabdeckgläsern durch chemische Vorspannung oder thermisches Vorspannen von Kalk-Natron-Glas angemessen realisieren. Die Kosten sind erheblich niedriger, und das Endprodukt scheint robuster zu sein.

01

Touchdisplays und Bedienfelder

Industrielle HMI-Paneldisplays, Navigationsbildschirme für Schiffe, Displayabdeckungen für Kranführer und Bildschirme für Selbstbedienungsterminals. Wir fertigen Kalk-Natron-Abdeckglas für Bedienfelder mit einer Dicke von nur 2,0 mm. Ein Beispiel ist eine 240×206×2,0 mm große Krandisplayscheibe mit chemischer Vorspannung und Siebbedruckung.

02

Haushaltsgeräte

Abdeckglas für Kaffeemaschinen, Backofentüren, Heizungsbedienfelder, Dunstabzugshauben und Displayfenster von Kühlschränken. Hierfür wird thermisch vorgespanntes Kalk-Natron-Glas benötigt, das mäßigen Temperaturwechseln im Gebrauch standhält und die Sicherheitsanforderungen für den Kontakt mit Lebensmitteln erfüllt.

03

Smart-Home- und IoT-Geräte

Für Steckdosen- und Schalterblenden, Thermostatabdeckungen, Bildschirme von Smart-Home-Zentralen und Touchsysteme für Sicherheitsbedienfelder konzipiert… Für diese Glasprodukte wird häufig ultradünnes, chemisch vorgespanntes Kalk-Natron-Glas verwendet, dessen Bedienoberflächen im mehrfarbigen Siebdruck mit Markenkennzeichnungen versehen werden.

04

Beleuchtungsanwendungen

Linsen für Gartenleuchten, Abdeckungen für Wandfluter, Sichtscheiben für Poolleuchten und Diffusoren für Architekturbeleuchtung.. Für Beleuchtungsprodukte, die eine hohe Lichttransmission und Beständigkeit im Außenbereich erfordern, verwenden wir ultraklares Kalk-Natron-Glas mit Hochtemperatur-Siebdruck.

05

Automobilindustrie und Luft- und Raumfahrt

Für Displayabdeckungen in Fahrzeugen, Instrumententafelglas, Touchscreens im Armaturenbrett und Substrate für Head-up-Displays. Abdeckgläser für die Automobilindustrie müssen “enge Maßtoleranzen, eine blendmindernde Oberflächenbehandlung und eine chemische Vorspannung für Vibrationsbeständigkeit” aufweisen.

06

Medizinprodukte

Display-Abdeckgläser für Patientenmonitore, diagnostische Panelgeräte und Bedienfelder chirurgischer Geräte. Wir fertigen hochwertige Abdeckgläser in medizinischer Qualität mit zertifizierter Biokompatibilität, beispielsweise ein 170×82×2,0 mm großes, AG-geätztes Kalk-Natron-Glas für das Display eines Medizinprodukts.

So wird Kalk-Natron-Floatglas hergestellt

Das revolutionäre Floatglasverfahren wurde 1959 von Sir Alastair Pilkington erfunden. Heute wird nahezu das gesamte Kalk-Natron-Flachglas nach diesem Verfahren hergestellt. Es erzeugt Flachglas, das innerhalb der verfahrensbedingten Grenzen keine nennenswerten Abweichungen von der Ebene aufweist.

01

Gemengebereitung

Quarzsand, Soda und Kalkstein werden abgewogen und mit Glasscherben (recycelten Glasfragmenten) vermischt

02

Schmelzen

Das Gemenge wird in einem kontinuierlich betriebenen Ofen auf ~1500 °C erhitzt; die Rohstoffe schmelzen und verbinden sich zu einer Glasschmelze

03

Floatglasformung

Die Glasschmelze wird bei ~1000 °C auf ein Bad aus flüssigem Zinn gegossen und bildet ein vollkommen ebenes, gleichmäßiges Glasband

04

Entspannungskühlen

Das Glasband durchläuft einen Kühlofen zur kontrollierten Abkühlung, wobei innere Spannungen abgebaut werden

05

Zuschnitt

Das abgekühlte Glas wird auf Fehler geprüft, angeritzt und für den Vertrieb in Standardscheiben zugeschnitten

Warum das Floatverfahren für industrielle Anwendungen wichtig ist

Das Floatglasverfahren erzeugt Kalk-Natron-Glas mit Eigenschaften, die für die nachfolgenden Bearbeitungsschritte entscheidend sind:

Gleichmäßige Dicke

Die Dickenabweichung lässt sich unter 0,1 mm halten, was für hochpräzisen CNC-Zuschnitt und Display-Abdeckgläser für Hightech-Instrumente besonders wichtig ist.

Optische Planität

Das flüssige Zinnbad erzeugt auf beiden Seiten sehr glatte, feuerpolierte Oberflächen, sodass Schleifen und Polieren nicht erforderlich sind.

Gleichbleibende Qualität

Die kontinuierliche Produktion (Öfen, die 24 von 24 Stunden über 10 15 Jahre laufen) gewährleistet die Reproduzierbarkeit von einer Fertigungsserie zur nächsten.

Breites Dickenspektrum

Standard-Floatglas wird in Dicken von 0,55 mm bis 25 mm hergestellt.

Thermisch und chemisch vorgespanntes Kalk-Natron-Glas

Durch Vorspannung wird gewöhnliches Kalk-Natron-Glas von einem spröden Werkstoff zu einem leistungsfähigen technischen Substrat. Bei SW GLASS setzen wir zwei unterschiedliche Vorspannverfahren ein, die jeweils für verschiedene Dickenbereiche und Leistungsanforderungen geeignet sind.

Physikalisches Vorspannen (thermisches Teilvorspannen)

  • Das Glas wird auf 620–680 °C erhitzt (oberhalb des Entspannungspunkts, aber unterhalb des Erweichungspunkts)
  • Schnelles Abkühlen durch Hochdruck-Luftstrahlen (Abschrecken)
  • Erzeugt Druckspannungen an der Oberfläche und Zugspannungen im Inneren
  • Ergebnis: 4–5× höhere Festigkeit als bei entspanntem Glas
  • Mindestdicke: 3 mm – dünneres Glas hält dem thermischen Abschreckvorgang nicht stand
  • Zerspringt leicht in kleine, kleine Stücke (relativ harmlose Bruchstücke mit einer Fläche von >100—50 mm)
  • Zertifizierbar nach EN 12150 (thermisch vorgespanntes Kalk-Natron-Silikat-Einscheibensicherheitsglas)
  • Kann nach dem thermischen Vorspannen weder zugeschnitten noch gebohrt oder verändert werden

Chemische Vorspannung (Ionenaustausch)

  • Das Glas wird in ein heißes (400 °C) Salzbad aus Kaliumnitrat (KNO₃) eingetaucht
  • Große K⁺-Ionen ersetzen kleinere Na⁺-Ionen an der Glasoberfläche, wodurch eine bleibende Druckspannung entsteht
  • Dadurch ergeben sich: CS (>450 MPa), DOL (>8 μm)
  • Für Glas mit einer Dicke unter 3 mm geeignet – das einzige praktikable Vorspannverfahren für ultradünnes Abdeckglas
  • Bewahrt die volle optische Klarheit ohne Oberflächenverzerrungen
  • Kann vor dem Vorspannen zugeschnitten werden, um enge Maßtoleranzen einzuhalten
  • Prozessdauer: typischerweise 4–8 Stunden, abhängig von der gewünschten DOL

Das richtige Vorspannverfahren wählen

Das häufigste Entscheidungskriterium zwischen physikalischem Vorspannen und chemischer Vorspannung ist die Glasdicke. Bei Glas mit einer Dicke ab 3 mm ist physikalisches Vorspannen wirtschaftlicher und bietet ausreichende Festigkeit. Bei Negativen unter 3 mm ist die chemische Vorspannung die einzige Verfahrensoption. Für Spezialanwendungen mit höchsten Leistungsanforderungen behandeln wir ausgewählte Gläser, etwa dickere Substrate, zunächst durch physikalisches Vorspannen und anschließend durch chemische Vorspannung. Beide Verfahren erzeugen bleibende Druckspannungen an der Oberfläche, die Stoßfestigkeit, Oberflächenbeständigkeit und Biegefestigkeit erheblich erhöhen.

Kundenspezifische Bearbeitung von Kalk-Natron-Glas durch SW GLASS

Dongguan Saiwei Glass Co., Ltd (SW GLASS) ist ein moderner Hersteller für Glasveredelung mit 10 Jahren OEM-Erfahrung. Wir beliefern verschiedene weltweit führende Kunden aus der Industrie, dem Konsumgüterbereich und der Medizintechnik.

10+ Jahre OEM-Erfahrung
50+ Produkttechniker
100+ Automatisierte Anlagen
1M+ Jahreskapazität
3 Produktionsstätten

Bearbeitungsmöglichkeiten

  • CNC-Präzisionszuschnitt und Kantenbearbeitung
  • Hochpräziser Siebdruck (mehrfarbig)
  • Chemische Vorspannung (CS>450 MPa, DOL>8 μm)
  • Physikalisches Vorspannen (gemäß EN 12150)
  • AG-Ätzung (blendmindernd) – einseitig/beidseitig
  • AR-Beschichtung (Antireflexbeschichtung) – einseitig/beidseitig
  • AF-Beschichtung (Anti-Fingerprint-Beschichtung)
  • Leitfähige ITO-Beschichtung (3–800 Ω/sq)
  • Bohren von Löchern und Einbringen von Schlitznuten
  • Stufenglasbearbeitung

Qualitätszertifizierungen

  • ISO 9001:2015
  • EN 12150
  • Medizinische Biokompatibilität
  • Zulassung durch SEB Group

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Häufig gestellte Fragen zu Kalk-Natron-Glas