Glas, Glasuren und Emaille
Glas zählt nicht zu den kristallinen, sondern zu den amorphen Materialien. Normalerweise kristallisieren Schmelzen bei der Abkühlung in eine oder mehrere kristalline Phasen, in denen die Atome eine geordnete, regelmäßige Anordnung einnehmen. Glasschmelzen hingegen kristallisieren bei der Abkühlung nicht, sondern behalten die ungeordnete Flüssigkeitsstruktur bei. Es handelt sich somit quasi um feste Flüssigkeiten. Man unterscheidet bei den einzelnen Komponenten im Glas strukturell zwischen Netzwerkbildner und Netzwerkwandler.
Der absolut wichtigste Netzwerkbildner bzw. Glasbildner ist Siliziumoxid (SiO2), das sich in Kristallen zu regelmäßigen Ketten- oder Ringstrukturen ordnet. Die Bildung kristalliner Strukturen bei der Abkühlung benötigt aber Zeit. Beim Abkühlen der Schmelze wird die Kristallisation nun einfach dadurch unterdrückt, dass die Zeit nicht ausreicht, damit sich die Moleküle regelmäßig ordnen. Dennoch vernetzen sich die einzelnen Bausteine miteinander, nur eben nicht in einer geordneten kristallinen Struktur, sondern in einem dreidimensionalen, statistisch aber ungeordneten amorphen Netzwerk.
Aus Siliziumoxid (Quarz) lässt sich im Prinzip auch ohne die Zugabe weiterer Bestandteile Glas herstellen, nur sind die erforderlichen Schmelztemperaturen sehr hoch (über 2000 °C). Solche hohen Temperaturen waren in früheren Zeiten technisch nicht zu realisieren. Die Zugabe von sogenannten Flussmitteln reduziert die Schmelztemperatur beträchtlich. Wichtige Flussmittel bzw. Netzwerkwandler in historischen Gläsern sind die Metalloxide von Natrium (Na2O), Kalium (K2O), Kalzium (CaO) und Blei (PbO). Die schmelzpunktsenkende Wirkung beruht darauf, dass diese Metalloxide den Vernetzungsgrad der Netzwerkbildner reduzieren. Außerdem wird dadurch auch die Viskosität der Schmelze verringert. Natriumoxid (Na2O), Kaliumoxid (K2O) und Bleioxid (PbO) senken den Schmelzpunkt sehr stark, wohingegen Kalziumoxid (CaO) die Schmelztemperaturen nur moderat senkt, dafür aber das Glas hart und beständig macht.
Die wichtigsten Rohstoffe zur Herstellung antike Gläser sind Quarzsand und als Flussmittel Aschen aus Salz-liebenden Pflanzen oder Holz. Eine Reihe weiterer Substanzen dienten früher als Färbemittel wie z.B. Kobaltoxid (stark blau färbend) oder Kupferoxid (blau färbend). Durch eine Vielzahl an verschiedenen Komponenten haben historische Gläser oft eine sehr komplexe Zusammensetzung.
Spezielle Gläser sind Glasuren, meist als Überzug auf Keramik sowie Emaille als farbiger Überzug auf Metall.
Viele Fragen hinsichtlich der Herkunft, Herstellungstechnik und Echtheit von Gläsern können durch eine rein kunsthistorische oder auch archäologisch-typologische Vorgehensweise nicht beantwortet werden. Grundlegende Probleme wie etwa die Auswahl der Rohstoffe oder die Zuordnung der Gläser zu bestimmten Produktionsstätten erfordern eine genaue Kenntnis der Glaszusammensetzung. Häufig stellt sich auch die Frage nach der zeitlichen Einordnung bzw. Originalität von Gläsern. Auch hier kann eine chemische Analyse durch einen Vergleich des oft komplexen Chemismus mit zeittypischen Gläsern hilfreich sein und zumindest eine grobe Eingrenzung des Herstellungszeitraums ermöglichen. Mit der technologischen Entwicklung der Glasherstellung ändern sich auch verschiedene färbende Elemente, Trübungsmittel, Läuterungsmittel, Entfärbungsmittel etc., die weitere Ansätze für die zeitliche Einordnung bzw. räumliche Zuordnung liefern.
Probenbeschaffenheit
Abhängig von der Fragestellung werden Gläser, Glasuren und Emaille häufig zerstörungsfrei mit dafür geeigneten Methoden untersucht (z.B. Röntgenfluoreszenzanalyse). Für diese Untersuchungen ist keine Probennahme erforderlich. Für die Analyse von Spurenelementen (z.B. LA-ICP-MS) oder Isotopenmessungen genügen sehr kleine Fragmente.