Свойства и получение

Неорганическое стекло

Стекло рассматривается как особый вид твердого раствора. Стеклообразное состояние является разновидностью аморфного состояния вещества. В процессе охлаждения стекла и переходе из жидкого состояния в твердое, беспорядочная структура, свойственная жидкому состоянию как бы замораживается. Стеклообразующий каркас стекла представляет собой неправильную пространственную сетку, образованную кремнийкислородными тетраэдрами . При частичном замещении Si в тетраэдрах на Al и B образуется сетка алюмосиликатного или боросиликатного стекла.

В зависимости от химической природы стеклообразующего вещества стекла подразделяются на силикатные , алюмосиликатные , боросиликатные , алюмобосиликатные .

По содержанию модификаторов стекла бывают: щелочные (содержат ), бесщелочные и кварцевые.

По назначению делятся на:

1) технические (оптические, светотехнические, электротехнические, химико-лабораторные, приборные, трубные);

2) строительные (оконные, витринные, армированные, стеклоблоки и др.);

3) бытовые (стеклотара, посуда, бытовые зеркала и т.д.).

Технические стекла относятся к алюмоборосиликатной группе и отличаются разнообразием входящих окислителей.

Важнейшими свойствами стекол являются: светопрозрачность, отражение, рассеяние, поглощение и преломление света. Обычное неокрашенное листовое стекло пропускает до 90%, отражает 8% и поглощает 2% видимого и частично инфракрасного света; ультрафиолетовое излучение поглощается практически полностью. Кварцевое стекло является прозрачным для ультрафиолетового излучения. Стекло с большим содержанием поглощает рентгеновское излучение.

Термостойкость стекла характеризует его долговечность в условиях разных изменений температуры. Она определяется разностью температур, которую стекло может выдержать без разрушения при резком охлаждении. Термостойкость стекла вычисляется по формуле Г.М.Бартенева:

К ,

где - разность температур, С, К – коэффициент (при охлаждении всего изделия К=1), -предел прочности при изгибе, - коэффициент Пуассона, - температурный коэффициент линейного расширения, Е - модуль упругости материала.

Для повышения прочности стекло может быть подвергнуто термической обработке. Закалка заключается в нагреве стекла до определенной температуры и последующим быстром и равномерном охлаждении в потоке воздуха или в масле. При этом статическая прочность увеличивается в 3-6 раз. Ударная вязкость в 5-7 раз.

Термохимическое упрочнение основано на глубоком изменении структуры стекла и свойств его поверхности. Стекло подвергается закалке в подогретых кремнийорганических жидкостях, в результате чего на поверхности образуется полимерная пленка, этим достигается дополнительное упрочнение. Повышение прочности и термостойкости можно получить травлением закаленного стекла плавиковой кислотой, в результате чего удаляются поверхностные дефекты, являющиеся концентраторами напряжений.

Применение технических стекол. Для остекления транспортных средств используют преимущественно триплексы, термоплан и закаленные стекла. Оптические стекла, применяемые в оптических приборах и инструментах, подразделяются на кроны, отличающиеся малым преломлением, и флинты – с высоким содержанием оксида свинца и большими значеньями коэффициента преломления. Тяжелые флинты не пропускают рентгеновское и излучение.

Стекла, содержащие оксиды железа и ванадия, поглощают около 70% инфракрасного излучения в интервалах длин волн 0,7-3 мкм. Они применяются для остекления помещений в регионах с жарким климатом, а также для остекления кабин и помещений где находятся пульты управления мартеновскими и дуговыми печами, прокатных станов и подъемных кранов в литейных цехах.

Кварцевое стекло вследствие высокой термической и химической стойкости применяют для изготовления тиглей, лабораторной посуды. трубопроводов и т.д.

Электропроводящие (полупроводниковые) стекла: халькогенидные и оксидные ванадиевые, находят применение в качестве термисторов и фотосопротивлений.

Стекло и изделия из него.

Строительное стекло бывает; листовое – оконное и витринное (полированное и неполированное), армированное, узорчатое, свето- и теплозащитное с электрообогревательной поверхностью; конструктивно-строительные элементы из стекла (черепица, стеклопакеты и др.) архитектурно-художественное стекло – мозаика, облицовочная плитка, смальта и др.; тепло- и звукоизоляционное стекло – пеностекло, стекловолокнистые изделия; стекло для сантехизделий, отопительные устройства, сантехизделия; детали для мебели, осветительной аппаратуры и др.

Сырье для производства строительного стекла.

Состоит из главных (стеклообразующих) и вспомогательных материалов. Главные материалы: кварцевый песок, глинозем, сода, сульфат натрия, мел, доломит, известняк и др. Они при сплавлении образуют стекломассу, состоящую из: -кремнезем, - глинозем. Температура плавления -1713 С, - 2050 С. Для введения СаО применяют главным образом известняк и мел. СаО обеспечивает требуемую вязкость стекла. (щелочи) снижают температуру варки стекла. Вспомогательные вещества обеспечивают стеклу: цветность, обесцвечиваемость, глушители (для придания стеклу способности рассеивать световые лучи), осветители (для удаления пузырьков воздуха).

Технологический процесс производства стеклянных изделий состоит из следующих основных этапов:

1) подготовка сырьевых материалов и приготовление шихты;

2) варка стекла;

3) формование изделия;

4) отжиг (медленное охлаждение).

Сырье поступает на завод в виде кусков, которые предварительно дробят, сушат, тонко измельчают, просеивают через сито с размером отверстий 0,7 0,8 мм. Затем перемешивают компоненты и получают шихту.

Шихту нагревают до расплавления и превращают в стекломассу, которая очищается от пузырьков, усредняется и затем охлаждается. При этом доводится до пластического состояния, что позволяет формовать различные изделия.

Температура плавления - 1500 С. Плавят стекло в ванных печах горелками непрерывного действия. Бассейн огромный; l 30м, b=6 м, h=1,2 1,5 м, V=2500. Суточная производительность 350т.

Охлаждение должно быть медленным, чтобы не возникали внутренние напряжения.

Дата добавления: 2014-12-10