Стекло

2. Виды стекла

 

Стекла делят на органические и неорганические.

Неорганические стекла подразделяются на несколько типов: элементарные, оксидные, галогенидные, халькогенидные и смешанные.

Элементарные (одноатомные) стекла.

Элементарными называются стекла, состоящие из атомов одного элемента. В стеклоподобном состоянии можно  получить серу, селен, мышьяк, фосфор. Имеются  сведения о возможности остеклования теллура и кислорода. При охлаждении до -11^оС дает каучукоподобный прозрачный продукт, нерастворимый в сероуглероде.

Оксидные стекла.

При определении класса учитывается природа стеклообразующего оксида, входящего в состав стекла оксид бора, оксид кремния, оксид фосфора. Многие оксиды переходят в состояние стекла лишь в условиях скоростного охлаждения оксид мышьяка, оксид сурьмы, оксид ванадия, либо сами по себе не стеклуются оксид алюминия, оксид вольфрама, однако в комбинациях стеклообразующие свойства резко усиливаются.

 Силикатные стекла.

Главнейшее значение в  практике принадлежит классу силикатных стекол. С ними не могут сравниться по распространенности в быту и в  технике никакие другие классы стекол. Решающие преимущества силикатных стекол обусловлены их дешевизной, экономической  доступностью, высокой химической устойчивостью  в наиболее распространенных химических реагентах и газовых средах, высокой  твердостью, сравнительной простотой  промышленного производства.

Боратные стекла.

Стеклообразный борный ангидрит легко получается путем простого плавления борной кислоты при 1200-1300^оС. Благодаря отличным электроизоляционным качествам и сравнительной легкоплавкости боратные стекла широко применяются в электротехнике. Некоторые боратные стекла представляют интерес для оптотехники.

Стекло органическое - это  техническое название на основе органических полимеров: поликрилатов, полистирола, поликарбонатов, сополимеров винилхлорида в соединении с метилметакрилатом. Дальнейшая обработка: переработка, литьё под давлением. Прозрачная бесцветная пластическая масса, образующаяся при полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты. Легко поддается механической обработке. Применяется как листовое стекло в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в лабораториях, строительстве и архитектуре, приборостроении, остекления парников, куполов, окон, в медицине - протезы, линзы в оптике, труб в пищевой промышленности и др.

Кварцевое стекло - содержит не менее 99% SiO (кварца). Кварцевое стекло выплавляют при температуре более 1700°С из самых чистых разновидностей кристаллического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или чистых кварцевых песков. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи, имеет очень высокую температуру плавления, благодаря небольшому коэффициенту расширения выдерживает резкое изменение температур, стойкое по отношению к воде и кислотам. Кварцевое стекло применяют для изготовления лабораторной посуды, оптических приборов, изоляционных материалов, ртутных ламп, применяемых в медицине и др.

Стекло растворимое - смесь силикатов натрия и калия (или только натрия), водные растворы которых называются жидким стеклом. Растворимое стекло применяют для изготовления кислотоупорных цементов и бетонов, для пропитки тканей, изготовления огнезащитных красок, силикагеля, для укрепления слабых грунтов и др.

Стекло химико-лабораторное - стекло, обладающее высокой химической и термической стойкостью. Для повышения этих свойств в состав стекла вводят оксиды цинка и бора.

Стекловолокно - искусственное  волокно, которое широко применяется в химической промышленности для фильтрации горячих кислых и щелочных растворов, очистки горячего воздуха и газов; материалы из стекловолокна применяются в строительстве и при коррозионно-стойких трубопроводов, при изготовлении электроизоляции и др.

 

3. Технология получения стекла

 

Технология получения  стекла состоит из двух производственных циклов.

Цикл технологии стекломассы  включает операции:

- подготовки сырых материалов;

- смешивания их в определённых соотношениях, в соответствии с заданным химическим составом стекла в однородную шихту;

- варки шихты в стекловаренных печах для получения однородной жидкой стекломассы.

Цикл технологии получения  стеклянных изделий складывается из операций:

- доведения стекломассы до температуры (и вязкости);

- формования изделий;

- постеленного охлаждения изделий с целью ликвидации возникающих в процессе формования напряжений;

- термической, механической или химической (в отдельности либо во взаимном сочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств.

Стекловарение ведётся при температурах 1400-1600°С. В нём различают три стадии.

Первая стадия - варка, когда  происходит химическое взаимодействие и образование вязкой массы. Варка  стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и  прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и в  значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени  точности. Автоматически регулируются: давление, соотношение газообразного  или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры.

Другой способ варки этого  стекла – сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°С.

Процесс варки стекла некоторых  видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Прозрачное кварцевое  стекло изготовляется из горного  хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900-2000°С индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока. В конце варки в печь впускают воздух под давлением.

Вторая стадия - осветление, происходит удаление пузырьков, а также  растворение еще оставшихся нерастворёнными  зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в течение  нескольких часов при наиболее высокой  температуре.

Третья стадия - охлаждение стекломассы, когда она охлаждается  до такой температуры при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять из неё те или иные изделия.

Формование стеклянных изделий. Метод прессования служат ручных и машинных прессов пружинные  формы или эксцентриковые прессы.

Метод выдувания – специфический метод формования. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки».

Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое стекло. Этот метод заключается в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, изготовляется листовое стекло, различных видов.

Отливка стеклянных изделий  в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических  приборов.

Способ центробежного  литья метод по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в  быстро вращающиеся формы.

Моллирование - способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков из оптического стекла и получаем крупную стеклянную скульптуру.

Отжиг отформованных, еще  горячих изделий служит для предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напряжении.

Закалка стекла - операция, обратная отжигу. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, самолётов. Чтобы закалить стекло, его разогревают до 600-650^°С, затем быстро остужают.

Горячая обработка стекла включает отколку, отопку, огневую полировку  и другие операции. К холодной обработке  стекла относятся его резка, сверление, шлифовка и полировка. Старинным  способом украшения посуды является живопись по стеклу. Серебрение, а также  алюминирование широко применяются в производстве зеркал. 

4. Стекло в строительстве и производстве

4.1. Применение листового  стекла

 

Стекло занимает большое  место среди строительных материалов, на сегодняшний день в архитектуре  имеются здания в которых 80% площади фасада и более составляет стекло. Стекломатериалы широко применяются для остекления различных проемов, в ограждающих конструкциях, отделке и декорирования здании.

Несмотря на то, что стекло как искусственный материал используется человеком свыше 6 тыс. лет, машинный способ вертикального вытягивания  листового стекла был изобретен  бельгийским инженером Э. Фурко лишь в 1902 г., а в 1913 г. этот способ был реализован в промышленности.

Наибольшее количество стекла (свыше 50%) в мире вырабатывается в  виде листового стекла.

Листовым стеклом называются изделия из стекла, вырабатываемые в виде плоских листов, толщина  которых мала по отношению к длине  и ширине. В соответствии с разными  способами выработки листовое стекло бывает тянутое, прокатное и полированное. Ассортимент листового стекла, разнообразен и служит для остекления оконных и дверных проемов, фонарей верхнего света и витрин, а также является исходным материалом для стеклопакетов, стевита и стемалита.