Eigenschappen van glas kunnen worden verbeterd. Een type glas uit fosfaat en vliegas smelt al bij een lage temperatuur en is ongewoon sterk.

Die bevindingen komen op naam van Clarissa Justino de Lima. De resultaten zijn de vruchten van haar promotieonderzoek aan de TU Delft. Glas staat bekend om een hoge smelttemperatuur en dat het broos is. Standaard glas is vooral opgebouwd uit silica (siliciumdioxide). Het is in theorie oersterk, dat wil zeggen dat het een kracht van wel 7000 MPa aan kan. Door de broosheid van glas is dat in de praktijk maar 35 tot 70 MPa, minstens honderd keer zo weinig.

Dat is jammer voor toepassingen. Denk aan architectonisch gebruik, met bijvoorbeeld glasstenen. De Lima was nieuwsgierig, vroeg zich af of dat niet beter kon. Ze begon te experimenteren met nieuwe glassamenstellingen, zoals fosforpentoxide en wat vliegas en hoogovenslak. De laatste zijn producten uit verbrandings- en hoogovens.

Vliegas normaliter in cement

Bij het knutselen met ‘ingrediënten’ bleek bijvoorbeeld glas met kaliumfosfaat (50-75%), een aluminiumoxide (Al2O3) in combinatie met vliegas en hoogovenslak beter te voldoen dan andere proefsamenstellingen. Zo was het verlies aan massa verwaarloosbaar, in tegensteling tot andere uitprobeersels.

Vliegas en hoogovenslak worden normaliter gebruikt in cement, maar kan dus ook worden verwerkt in glas. Pas als hun gehalte meer is dan 35% wordt de transparantie van glas aangetast.

Bij het uitproberen van diverse mengsels fosfaatglas bleken die allemaal een lage smelttemperatuur te hebben. Dat lag op circa 1200 graden Celsius in plaats van 1500-1600 voor borosilicaat en natronkalkglas. Het scheelt nogal in energiekosten en milieubelasting.

Goedkoper en mechanisch ok

De prijs is tevens per kilo ongeveer drie keer lager dan genoemde glassoorten. Het geeft de potentie van de ontdekking aan, als ook de mechanische eigenschappen naar wens zijn.

De Lima ontdekt dat de elasticiteitsmodulus en hardheid van het geproduceerde fosfaatglas lager zijn dan die van standaard silicaatglas, maar sommige mengsels zijn minder breekbaar. Dit feit biedt mogelijkheden voor dit mengsel als constructiemateriaal. Ook de technische stabiliteit is hoogt, terwijl er niet veel uitzetting is. Sommig fosfaatglas wordt daarom geschikt geacht voor gebruik in de 3D printer.

Het avontuur van De Lima met glasmengsels wees ook uit dat sommige samenstellingen anders dan welk glas dan ook anisotroop zijn. Anisotroop wil zeggen dat een materiaal niet in elke richting dezelfde eigenschap heeft.

Voor bouw geschikt?

„Dat is uitzonderlijk, want het betekent dat het in de ene richting een grote deformatie zou kunnen hebben, terwijl er in andere richting slechts een kleine vervorming is,” legt De Lima uit. „Het kan dus betekenen dat het veel sterker in de ene richting is dan in de andere.”

Met behoud van transparantie betekent het glas te kunnen ontwijkkelen met buitengewone eigenschappen. De suggestie is dat dit type fosfaatglas door slimme toepassing bestand is tegen specifieke belastingen. De Delftse promovendus hoopt dat het nieuwe glas bijvoorbeeld in de bouw kan worden gebruikt als glazen bouwstenen of voor de bouw van bruggen.