Französische Forscher haben die mikroskopische Entstehung von Glassplittern untersucht und dabei herausgefunden, dass Glas wie Metall zerbricht. Das berichten sie im Fachblatt Physical Review Letters (Band 90 Referenznummer 075504). Die Entdeckung ist überraschend, da Glas an sich im Gegensatz zu Metallen ein sprödes Material ist und Risse daher auf den ersten Blick vollkommen anders geformt sind als in einem Metall. Die neuen Erkenntnisse könnten zu der Herstellung von Glas mit verbesserten mechanischen Eigenschaften führen.
Im Großen betrachtet könnten die mechanischen Eigenschaften von Gläsern und Metallen unterschiedlicher nicht sein. Während Glas spröde ist und daher bei Belastungen abrupt in Form von scharfen Rissen brechen kann, verformen sich unter Druck stehende Metalle zunächst, so dass sich nach und nach kleine Defektstellen ausbilden. Diese können dann zu einer rauen, vielkantigen Bruchstelle führen. Glas- und Metallbrüche sehen daher selbst unter einem Lichtmikroskop vollkommen unterschiedlich aus.
Claude Guillot und seine Kollegen von der Universität von Montpellier und dem CEA Laboratorium in Saclay bei Paris haben nun Glasbruchstellen mit einem Rasterkraftmikroskop untersucht. Bei diesem Verfahren tastet eine extrem feine Spitze die Konturen der zu untersuchenden Oberfläche ab. Auf diese Weise lässt sich die Topographie der Oberfläche mit einer Auflösung im Bereich eines Nanometers (Millionstel Millimeters) untersuchen. Dabei stellte sich heraus, dass die Glasbruchstellen in der Tat wie die von Metallen raue Oberflächen aufwiesen.
Die Forscher untersuchten auch die Entstehung der Glasrisse genauer. Dazu bohrten sie ein Loch in die Mitte einer Glasplatte und setzten diese danach mit einem Gewicht unter immer größeren Druck. Dadurch bildete sich ein Riss aus, dessen Ausbreitung mit dem Rasterkraftmikroskop untersucht werden konnte. Genau wie bei einem Metall formten sich in der Umgebung der Spitze des Risses zunächst kleine Defektstellen. Diese wuchsen mit der Zeit an, bis sie schließlich miteinander verschmolzen und so den Riss weiter über die Glasoberfläche ausbreiteten.
Stefan Maier
