Свойства и получение стекла

Получение стекла

Все статьи по этой теме
Керамические материалы и изделия Чем отличается керамический (красный) кирпич Сырье для производства керамики Свойства керамических изделий Какое бывает стекло Свойства и получение стекла Стеклопакеты (пластиковые окна)

В строительстве используют исключительно силикатное стекло, основным компонентом которого является диоксид кремния (кремнезем). Кремнезем при охлаждении расплава способен образовывать стекло, как и некоторые другие оксиды; их называют стеклообразующими оксидами.

Сырьевые материалы

Сырьевые материалы вводят в стекольную шихту, как правило, в виде природных соединений. Основным сырьем для изготовления стекла являются кварцевый песок, известняк, сода и сульфат натрия. Высококачественные стекольные белые пески содержат немного примесей, в частности оксида железа, придающего стеклу зеленоватую окраску. В стекольную шихту вводят соду, сульфат натрия, поташ, которые понижают температуру варки стекла и ускоряют процесс стеклообразования. При варке смеси чистого песка и соды образуется полупрозрачная стеклообразная масса, растворяющаяся, в воде ("растворимое стекло"). Благодаря введению в шихту оксида кальция в виде известняка или доломита стекло становится нерастворимым в воде.

В процессе изготовления в стекло вводят соединения, придающие ему специальные свойства. Глинозем, вводимый в шихту в виде каолина и полевого шпата, повышает механическую прочность, а также термическую и химическую стойкость стекла. При замене части диоксида кремния борным ангидридом повышается скорость стекловарения, улучшается осветление и уменьшается склонность к кристаллизации. Оксид свинца, вводимый, главным образом, при изготовлении оптического стекла и хрусталя, повышает показатель светопреломления. Оксид цинка понижает температурный коэффициент линейного расширения стекла, благодаря чему повышается его термическая стойкость. В специальные стекла, например, оптическое, лабораторное, вводят оксиды свинца, бария и цинка.

Вспомогательные сырьевые материалы

Вспомогательные сырьевые материалы (осветлители, глушители, красители и др.) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств. Осветлители (сульфаты натрия и аммония и др.) способствуют удалению из стекломассы газовых пузырьков. Глушители (соединения фтора, фосфора и др.) делают стекло непрозрачным. К красителям относят соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый), марганца (фиолетовый), железа (коричневые и сине-зеленые тона) и др.

Технология производства

Производство стекла включает в основном следующие технологические операции:

Варка стекломассы (стекловарение) - самая сложная операция всего стекольного производства, производится чаще всего в ванных печах непрерывного действия, представляющих собой бассейны, сложенные из огнеупорных материалов. При варке специальных стекол (оптических, цветных и т. п.) используют горшковые печи. При нагревании шихты до 1100...1150 град С происходит образование силикатов (силикатообразование) сначала в твердом виде, а затем в расплаве. При дальнейшем повышении температуры в этом расплаве полностью растворяются наиболее тугоплавкие компоненты - образуется стекломасса. Эта стекломасса насыщена газовыми пузырьками и неоднородна по составу. Для осветления и гомогенизации стекломассы ее температуру повышают до 1500... 1600 град С. При этом вязкость расплава снижается и соответственно облегчается удаление газовых включений и получение однородного расплава. Стекловарение завершается охлаждением стекломассы до температуры, при которой она приобретает вязкость, требуемую для выработки стеклоизделий принятым методом (вытягиванием, прокатом, прессованием, литьем, выдуванием и др.). Закрепление формы изделия осуществляют быстрым охлаждением. При этом вследствие низкой теплопроводности стекла возникают большие перепады температур, вызывающие внутренние напряжения в стеклоизделии. Поэтому обязательная операция после формования - отжиг, т. е. охлаждение изделий по специальному ступенчатому режиму:

Свойства стекла

Для стекловидного состояния характерно наличие небольших участков правильной упорядоченной структуры, отсутствие правильной пространственной решетки, изотропность свойств, отсутствие определенной температуры плавления. Благодаря своей структуре стекло обладает рядом специфических свойств, к которым относятся прозрачность, хрупкость, высокая стойкость к атмосферным воздействиям, чувствительность к резким изменениям температуры. Этот материал непроницаем для воды и воздуха, обладает низкой электропроводностью.

Светопропускание

Светопропускание измеряют коэффициентом пропускания, светопропускание оконного стекла 90…92%, профильного 84…86%, стеклоблоков 82… 85%. Светопропускание зависит не только от вида стекла, но и от угла падения световых лучей. Поскольку стекло поглощает всего лишь около 2 % световых лучей, то основной причиной снижения светопропускания является отражение лучей. Оконное стекло обладает хорошим пропусканием в инфракрасной области спектра и плохо пропускает ультрафиолетовые лучи. Окно считается самым слабым конструктивным элементом стены здания в отношении воздействия внешней шумовой нагрузки. Усредненный коэффициент звукоизоляции стеклопакетов зависит как от расстояния между стеклами, так и от толщины стекла. Стремясь улучшить звукоизоляцию, используют стекла разной толщины, уделяя особое внимание качеству выполнения швов.

Теплопроводность

Теплопроводность обычного стекла при температуре до 100 град С составляет 0,4…0,82 Вт/(м-град С). Малой теплопроводностью обладают стекла, содержащие большое количество щелочных оксидов. Пеностекло, являющееся теплоизоляционным материалом, имеет теплопроводность 0,045…0,058 Вт/(м-град С).

Теоретическая прочность

Теоретическая прочность при растяжении большая и составляет для обычного оконного стекла 6500…8000 МПа. Однако фактическая прочность оконного стекла при растяжении и изгибе значительно меньше теоретической вследствие микродефектов в структуре и на поверхности стекла и составляет всего 30…90 МПа. Стекло обладает высокой прочностью на сжатие 700…1000 МПа, иногда до 1250 МПа. Плохо сопротивляется удару, т.е. оно хрупко: прочность при ударном изгибе составляет всего около 0,2 МПа. Твердость его равна 5…7 по шкале твердости.

Деформативные свойства

Деформативные свойства стекла: у стекла отсутствуют пластические деформации, стекло подчиняется закону Гука вплоть до момента хрупкого разрушения. Модуль упругости 70 000…75 000 МПа, модуль сдвига 20 000…30 000 МПа, коэффициент Пуассона 0,25.

вернуться к выбору статей ремонт

При использовании материалов ссылка на Snip8.narod.ru обязательна