стекло. СТЕКЛО. Стекло состав и структура. Свойства стекла и его получение. Пороки стекла и методы его упрочнения. Виды строительного стекла
 Скачать 0.73 Mb.
|
СТЕКЛО Состав и структура. Свойства стекла и его получение. Пороки стекла и методы его упрочнения. Виды строительного стекла.Стекло – Хрупкое прозрачное вещество, образующееся в результате естественного охлаждения жидкой смеси расплавленных веществ.ИЛИСтекло – группа материалов имеющих различную химическую структуру, общим показателем для которых является свойство переходить при охлаждении из жидкого состояния в твердое без образования кристаллической решетки.Искусственные неорганические стекла — переохлажденные расплавы, в состав которых входят окиси кремния, бора, фосфора, щелочных и щелочноземельных металлов.Исходными материалами для получения искусственной стекольной массы являются кварцевый песок, кальцинированная сода, поташ, сульфат натрия, мел и известняк, карбонат магния, доломит, карбонат бария, натриевая и калиевая селитры. В некоторые сорта стекол вводят окись алюминия, окись свинца и окислы других металлов.СОСТАВ СТЕКЛАВ качестве главной составной части в стекле содержится 70—75 % двуокиси кремния (SiO2), получаемой из кварцевого песка при условии соответствующей грануляции и свободы от всяких загрязнений.Второй компонент — окись кальция (CaO) — делает стекло химически стойким и усиливает его блеск. На стекло она идёт в виде извести.Следующей составной частью стекла являются оксиды щелочных металлов — натрия (Na2O) или калия (K2O), нужные для плавки и выделки стекла. Их доля составляет примерно 16—17 %. На стекло они идут в виде соды (Na2CO3) или поташа (K2CO3), которые при высокой температуре легко разлагаются на окиси.Различаются три главных вида стекла:
Стекло получается промышленным способом.СТРОЕНИЕ СТЕКЛА
Cтроение SiO2 — как кварцевого кристалла Cтроение SiO2 — в виде кварцевого стекла ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАТвердые вещества, без запаха, прозрачные, изотропны, хрупкие.Все виды стёкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии — от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного — в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых плавлением сырья.Нерастворимы в воде, плохо проводят тепло.ПОЛУЧЕНИЕ СТЕКЛАВарка строительного силикатного стекла производится в стекловаренных печах при температуре до 1500 °С.В процессе стекловарения, начиная с температур 800-900 °С протекает стадия силикатообразования.К концу следующей стадии стеклообразования (1150-1200 °С) масса становится прозрачной, но в ней еще содержится много газовых пузырей.Дегазация заканчивается при 1400-1500 °С; к ее концу стекломасса освобождается от газовых включений, свилей и становится однородной.Для достижения необходимой для формования рабочей вязкости температуру массы снижают на 200-300 °С.Вязкость стекломассы зависит от химического состава: оксиды SiO2, А12O3, ZrO2 повышают вязкость, Nа2O, СаО, Li2О, наоборот, понижают её.При длительном нахождении на воздухе и нагревании некоторых стекол обычная для них аморфная структура может переходить в кристаллическую; это явление называют расстекловыванием («заруханием»).В процессе изготовления в стекло вводят соединения, придающие ему специальные свойства.
Технология получения стекла: Варки шихты в стекловаренных печах для получения однородной жидкой стекломассы. Получения стеклянных изделий Подготовка сырых материалов Смешивания их в определённых соотношениях, в соответствии с заданным химическим составом стекла в однородную шихту Доведение до температуры и вязкости Формования изделий Получение стекломассы ПОРОКИ СТЕКЛАПлохой оттенок стеклаЛистовое стекло, предназначенное для изготовления зеркал, должно быть почти бесцветным.В песке имеются примеси железа в виде закиси РеО и окиси Ре20з, которые и вызывают в стекле оттенок большей или меньшей интенсивности. Закись железа окрашивает стекло в голубоватый цвет, окись — в желтоватый. На заводах по изготовлению листового стекла для улучшения цвета (колера) производят обогащение песка – железо удаляется с помощью промывки водой, или посредством магнитной сепарации, или отсеивается специальной аппаратурой, пли продувается (воздушная сепарация), или обрабатывается химическими реагентами. Популярные современные методы обогащения песка – флотация и электросепарация. Выбор метода и эффективность его применения зависят от характера примесей, которые являются носителями соединений железа в песке. Обычно при выработке листового стекла, предназначаемого для серебрения или других специальных целей, применяют лучшие по своему составу кварцевые пески с содержанием железа не более 0,06 процента. Кроме того, для получения хорошего колера стекла его при варке обесцвечивают специальными веществами, чаще всего – металлическим селеном.Полосность и волнистостьПолосность и волнистость встречаются в неполированном листовом стекле.Полосность представляет собой неровности, расположенные на ленте стекла в направлении вытягивания. Такие неровности на поверхности стекла рукой не ощутимы и незначительно искажают изображение просматриваемых через стекло предметов.Волнистость – глубокая полосность. Она легко ощутима рукой и сильно искажает изображение предметов при рассматривании их через такое стекло.Основные причины образования полосности и волнистости в стекле:
Стекло с волнистостью и полосностью для крупногабаритных зеркальных изделий совершенно непригодно.Мошка и пузыриМошка и пузыри представляют собой газообразные включения в стекломассу в виде разной формы и размера пузырей (мошки – мелкий пузырь размером 0,5-0,8 мм), которые появляются в стекле во время его варки в результате взаимодействия материалов, входящих в состав шихты: песка, соды, солей, мел и известняка и др. Эти пороки могут образоваться также во время отливки и прокатки стекла. Мошка и пузыри портят внешний вид стекла и уменьшают степень сопротивляемости его разъедающим веществам, и поэтому в стекле, предназначенном для изготовления зеркал, мошка и пузыри допускаются в незначительном количестве и только разбросанными по всей поверхности стекла.Иногда в стекле встречается белый или синевато-белый непрозрачный щелочный пузырь. Особенно он заметен на посеребренном стекле, для изготовления зеркал такое стекло непригодно.Свиль и шлирСвиль – нити стекла, идущие в произвольном направлении и располагающиеся в большинстве случаев группами.Шлир – резко выраженная грубая свиль. Иногда шлиры бывают в виде сплошных полос. Такие шлиры чаще встречаются в литом и прокатном стекле.Участки стекла со свилью или шлиром искажают изображение рассматриваемых через стекло предметов; кроме того, неоднородная, со свилью и клиром, стекломасса не обладает достаточной механической и термической стойкостью.Причины появления свили и шлира:
Свиль и шлир в листовом стекле, предназначенном для серебрения, не допускаются. Исключение составляет едва заметная свиль в виде единичных волосков, не ощутимых наощупь и невидимых в стекле на свет.Камни в стеклеКамни в стекле могут быть материальные и шамотные.Материальный камень образуется при плохо просушенном и просеянном материале. Собираясь в комки, материал оплавляется по поверхности, оставаясь нерасплавленным внутри.Шамотный камень появляется в стекле в основном в результате разъедания брусьев, из которых выложен бассейн печи. Шамотный камень почти всегда вызывает поломку листа стекла, поэтому стекло, в котором обнаружен шамотный камень, не может быть использовано даже для производства зеркальных изделий, не требующих серебрения (настольные стекла, буфетная и дверная пайка и т. д.).Камни в стекле не допускаются, так как они повышают хрупкость стекла и понижают его термическую стойкость.РухОдин из самых распространенных пороков листового стекла.Рух - мелкие непрозрачные кристаллики, усеивающие всю поверхность стекла; появляются они при резких колебаниях температурного режима, при сильной кристаллизации стекло теряет прозрачность.Плохой отжиг стеклаОтжиг – постепенное охлаждение стеклоизделия.Если горячее изделие из стекла сразу после изготовления быстро охладить, в нем образуется напряжения из-за перепада температур внутри и снаружи. Поэтому хорошее качество отжига связано с постепенным охлаждением стекла, когда внутренние и наружные его слои остывают одновременно.Плохо отожженное стекло во время шлифовки или полировки трескается. При резке алмазом такое стекло часто отламывается не по линии надреза.Химическая нестойкостьПод химической стойкостью понимается способность стекла сохранять прозрачную поверхность.Этот показатель зависит от состава стекла: чем больше в нем щелочей тем меньше стойкость.Стекло считается химически нестойким, если оно быстро подвергается разъедающему действию химических реагентов Поверхность такого стекла быстро тускнеет, стекло может стать непрозрачным.НалетыНалеты на поверхности стекла образуются из-за разрушения поверхностной пленки стекла, если стекло в стопах подвергалось переменному действию атмосферной влаги и солнечных лучей или, находясь в сыром помещении, подвергалось действию то холодного, то теплого воздуха.МатовостьМатовость бывает присуща только полированному стеклу. Возникает она во время обработки листового стекла.Матовость бывает грубой и тонкой.Грубая матовость – следствие плохой шлифовки, тонкая - результаты плохой полировки.Матовая поверхность стекла, если ее рассматривать под увеличительным стеклом, состоит из сколов и возвышений.Малая светопрозрачность стеклаПрозрачностью стекла – это его оптическое свойство, способность пропускать свет.Совершенно прозрачных стекол не существует. Самые лучшие стекла имеют 92-95% прозрачности. Обычное листовое стекло толщиной 6,0 мм имеет светопрозрачность около 85%.Прозрачность стекла зависит от содержания в нем красящих окислов, в основном окислов железа, от толщины стекла, а также от качества обработки его поверхности - полировки. Чем больше недополировки на поверхности стекла, тем ниже его светопрозрачность.Механические поврежденияК механическим повреждениям относятся царапины, щербины, отбитые углы и др.Царапины в основном бывают двух видов: грубые, механические, характерные своим изломом, и тонкие, штриховые. Грубые царапины могут быть нанесены на стекло каким-либо материалом или инструментом, твердость которого превышает твердость стекла, или острым углом стекла – угловые царапины.Угловые царапины обычно устранить полировкой невозможно, и такое стекло для изготовления зеркал непригодно.Допустимы только волосные царапины, которые устраняются легкой полировкой.Щербины, отбитые углы и другие повреждения в листовом стекле допускаются в том случае, если онираспространяются на глубину листа не более чем 5мм.При раскрое стекла эти дефекты должны быть устраненыУПРОЧНЕНИЕ СТЕКЛАВ результате закалки в стекле появляются остаточные напряжения, распределенные так, что наружные слои листа испытывают сжатие, а внутренние — растяжение. Это приводит к повышению термостойкости стекла и прочности при изгибе. При разрушении закаленное стекло покрывается густой сетью трещин и распадается на мелкие осколки. Закаленное стекло очень чувствительно к ударам в края или углы. В этом случае его прочность уменьшается в 2 — 3 раза.Прочность при изгибе листового полированного стекла (толщиной 5…6 мм) при удалении с его поверхности дефектного слоя толщиной 100 мкм увеличивается примерно в 4,5 раза.Другой вариант химического упрочнения стекла связан с нанесением на его поверхность кремнийорганических соединений, образующих тончайшие прозрачные пленки полиорганосилокса — нового и кремнекислородного [Si02]„ полимеров, которые снижают расклинивающее действие влаги в микротрещинах. Упрочнение достигается взаимодействием поверхности стекла, нагретого выше температуры стеклования 1,, с кремнийорганическими соединениями, аэрозолями некоторых неорганических солей, расплавами солей лития и др. Такой метод упрочнения наиболее эффективен. При обработке нагретого силикатного стекла в расплавах солей лития ионы лития диффундируют в стекло на глубину около 100 мкм и вытесняют из него более крупные ионы натрия или калия. При этом коэффициент термического расширения поверхностного слоя стекла уменьшается. При охлаждении внутренние слои стекла уменьшаются в объеме сильнее наружных, вызывая сжатие поверхностных слоев, что упрочняет стекло.ВИДЫ СТЕКОЛ Основные виды изделий из стекла, применяемые в строительстве
Листовое стеклоосновной вид стекла, используемый для остекления оконных и дверных проемов, витрин и внутренней отделки зданий.
Витринное стеклоприменяется для остекления витрин, витражей и окон общественных зданий.Светопропускание витринных стекол 75-83%.Стекло листовое узорчатое имеет на одной или обеих сторонах четкий рельефный узор и изготовляется способом проката.Узорчатое стекло бывает бесцветным и цветным, окрашенным в массе или нанесением на поверхность его пленок оксидов различных металлов.Применяется для декоративного остекления оконных и дверных проемов, внутренних перегородок, крытых веранд и т.д.Армированное листовое бесцветное и цветное стеклодля устройства световых проемов, фонарей верхнего света, ограждений в зданиях и сооружениях различного назначения.Армированное стекло может иметь обе поверхности или одну поверхность гладкими, рифлеными или узорчатыми. прочностью и огнестойкостью.Светопропускание бесцветного армированного стекла 65-75%.Увиолевое стеклопропускает 25-75% ультрафиолетовых лучей и применяется для остекления оранжерей и заполнения оконных проемов в детских и лечебных учреждениях.Такое стекло получают из шихты с минимальными примесями оксидов железа, титана, хрома.Закаленное стекло является безопасным, так как при разрушении распадается на мелкие осколки с тупыми нережущими краями. В строительстве применяют для устройства дверей, перегородок, потолков.Многослойное стекло (триплекс)армированное или неармированное, состоит из нескольких листов стекла, прочно склеенных между собой прозрачной эластичной прокладкой, чаще всего из поливинилбутирольной пленки.При ударе оно не дает осколков и является безопасным.Теплопоглощающее стеклоПредназначено для защиты интерьеров зданий от воздействия прямого солнечного излучения и уменьшения солнечной радиации в помещениях.Задерживая большое количество инфракрасных лучей, стекло нагревается и подвергается большим температурным деформациям. Поэтому при остекленении следует предусматривать достаточный зазор между рамой и стеклом. Теплоотражающее стекло применяется для нагрева помещений от солнечных и тепловых лучей. Светопропускание стекол 30-70%, а пропускание тепла 40-60%. В связи с тем, что в таких стеклах большая часть инфракрасных лучей не поглощается, а отражается, само стекло почти не нагревается.Стекла имеют различную окраску: золотистую, голубую, оранжевую и др. |