МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Югорский государственный университет» (ЮГУ)

НЕФТЯНОЙ ИНСТИТУТ

(ФИЛИАЛ) ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

высшего образования «Югорский государственный университет»

(НефтИн (филиал) ФГБОУ ВО «ЮГУ»)

Статья.

Тема: Cтекло, составы стекол, способ получения, характеристики

Стекло — неорганическое изотропное вещество.

Существует и в природной форме, в виде минералов (обсидиан — вулканическое стекло),

но в практике — чаще всего, как продукт. Структурно — аморфное вещество, агрегатно

относящееся к разряду — твёрдое тело. В практике присутствует огромное число

модификаций, подразумевающих массу разнообразных утилитарных возможностей,

определяющихся составом, структурой, химическими и физическими свойствами.

Независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, стекло

обладает физико-механическими свойствами твёрдого тела, сохраняя способность

обратимого перехода из жидкого состояния в стеклообразное

В настоящее время разработаны материалы чрезвычайно широкого, поистине —

универсального диапазона применения, чему служат и присущие изначально (например,

прозрачность, отражательная способность, стойкость к агрессивным средам, красота и

многие другие) и не свойственные ранее стеклу — синтезированные его качества

(например — жаростойкость, прочность, биоактивность, управляемая электропроводность

и т. д.). Различные виды стёкол используется во всех сферах человеческой деятельности:

от строительства, изобразительного искусства, оптики, медицины — до измерительной

техники, высоких технологий и космонавтики, авиации и военной техники. Изучается

физической химией и другими смежными и самостоятельными дисциплинами.



В твёрдом состоянии силикатные стёкла весьма устойчивы к обычным реагентам

(за исключением плавиковой кислоты), и к действию атмосферных факторов. На

этом свойстве основано их широчайшее применение: для изготовления предметов

быта, оконных стёкол, стёкол для транспорта, стеклоблоков и многих других

строительных материалов, предметов медицинского, лабораторного, научно-

исследовательского назначения, и во многих других областях.

Для специальных целей выпускают химически-стойкое стекло, а также стекло,

стойкое к тем или иным видам агрессивных воздействий.

Свойтва:



Плотность стекла зависит от его химического состава. Считается, что

минимальную плотность имеет кварцевое стекло - 2200 кг/м3. Плотность обычных

силикатных стекол, в том числе оконных, колеблется в пределах 2500 - 2600 кг/м3.

При повышении температуры с комнатной до 1300°С плотность большинства

стекол уменьшается на 6 – 12%.



Упругость стекол также зависит от их химического состава и может изменяться от

48х10

3

до 12х10

4

МПа. Для увеличения упругости оксида кремния частично

замещают оксидами кальция, алюминия, магния, бора.



Прочность: У обычных стекол предел прочности на сжатие составляет от 500 до

2000 МПа ( у оконного стекла около 1000 МПа). Предел прочности на растяжение

у стекла значительно меньше, именно поэтому предел прочности стекла при изгибе

измеряют пределом прочности при растяжении. Данная прочность колеблется в

пределах от 35 до 100 МПа. Путем закаливания стекла удается повысить его

прочность в 3 - 4 раза. Также значительно повышает прочность стекол обработка

их поверхности химическими реагентами с целью удаления дефектов поверхности

(мельчайших трещин, царапин и т.д.).



Твердость стекла, как и многие другие свойства, будет зависеть от примесей. По

шкале Мооса она составляет 6-7 Ед. Наиболее твердыми являются кварцевое и

малощелочное боросиликатное стекло. С увеличением содержания щелочных

оксидов твердость стекла снижается.



Хрупкость: В области относительно низких температур (ниже температуры

плавления) стекло разрушается от механического воздействия без заметной

пластической деформации и, таким образом, относится к идеально хрупким

материалам (наряду с алмазом и кварцем).



Теплопроводность стекла весьма незначительна и равна 0,0017—0,032

кал/(см*с*град) или от 0,711 до 13,39 Вт/(м*K). У оконных стекол эта цифра равна

0,0023 (0,96).

Cырьевые материалы, применяемые в стеклоделии, разделяются на стеклообразующие и

вспомогательные, служащие для улучшения качества стекла или получения стекла c

особыми свойствами. Cреди стеклообразующего сырья различают кремнезёмное,

карбонатное, щелочное и глинозёмное. Kремнезёмное сырьё в осн. представлено

кварцевым стекольным песком. Kарбонатное сырьё обычно представлено доломитом,

известняком и мелом. B качестве щелочного сырья используется кальцинир. сода,

получаемая хим. путём, и природный сульфат натрия (Na2SO4), добываемый из рассолов.

Получение стекла. Современное стекольное производство включает в себя три

этапа: подготовка сырья, стекловарение и формование стеклоизделий.

1.Подготовка сырья. Химический состав обыкновенного оконного стекла по

основным оксидам следующий: SiO2 —71...72 %; Na2O — 15...16%; СаО - 5...7%;

MgO - 3...4%; A12O3 - 2...3 %; содержание Fe2O3 не более 0,1 %, так как оксиды

железа придают стеклу зеленовато-коричневый («бутылочный») цвет и снижают

светопропускание. Основные оксиды вводятся в сырьевую шихту в виде

следующих веществ.Кремнезем (SiO2) вводят в виде кварцевого песка, молотых

кварцитов или песчаников. Основное требование к кремнеземистому сырью —

минимальное количество примесей, особенно оксидов железа. Это основной

стеклообразующий оксид, повышающий тугоплавкость и химическую стойкость

стекла.Глинозем (А12О3) поступает в сырьевую шихту в виде полевых шпатов и

каолина. Его влияние на свойства стекла аналогично действию SiO2.Оксид натрия

(Na2O) вводят в стекло в виде соды и сульфата натрия. Na2O понижает

температуру плавления стекла, повышает коэффициент термического

расширения и уменьшает химическую стойкость.Оксиды кальция (СаО) и магния

(MgO) вводят в стекольную шихту в виде мела, мрамора, известняка, доломита и

магнезита. Эти оксиды повышают химическую стойкость стекла.В специальные

стекла вводят оксиды бора, свинца, бария и др.Вспомогательные сырьевые

материалы делят по своему назначении: на следующие группы: осветлители —

вещества, способствующие удалению из стекломассы газовых пузырей;

обесцвечиватели — вещества, обецвечивающие стекольную массу; глушители —

вещества, делающие стекло непрозрачным.Красители для стекла могут быть

молекулярными, полностью растворяющимися в стекломассе, и коллоидными,

равномерно распределяющимися в стекломассе в виде мельчайших (коллоидных)

частиц. К первым относятся соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый),

марганца (фиолетовый), железа (коричневый и сине-зеленые тона), а ко вторым

— металлическое золото (рубиновый), серебро (желтый), селен (розовый).

2.Стекловарение. Обычное стекло получают в непрерывно действующих ванных

печах с полезным объемом до 600 м3 и суточной производительностью более

300т. Для варки специальных (оптических, цветных и др.) стекол применяют

периодически действующие ванные, а также горшковые печи.Стекловарение —

главнейшая операция стекольного производства. На первой стадии этого

процесса — силикатообразовании — щелочные компоненты образуют с частью

кремнезема силикаты, плавящиеся уже при 1000... 1200° С. В этом расплаве при

дальнейшем нагревании растворяются наиболее тугоплавкие компоненты SiO2 и

А12О3. Образующаяся при этом масса неоднородная по составу и насыщена

газовыми пузырьками.Удаление пузырьков и полная гомогенизация расплава

осуществляется на второй наиболее длительной стадии стекловарения —

стеклообразовании — при температуре 1400... 1600°С. Третья заключительная

стадия — студка — охлаждение стекломассы до температуры, при которой она

приобретает оптимальную для данного метода формования стеклоизделий

вязкость.

3.Формование. Метод выработки (формования) зависит от вида изделия. Для

получения строительного стекла используют вытяжку, прокат, прессование.При

охлаждении стекла вследствие низкой его теплопроводности в нем возникают

большие градиенты температур, вызывающие внутренние напряжения. Наиболее

опасным моментом с этой точки зрения является переход стекла от

вязкопластического состояния к хрупкому, поэтому для снятия внутренних

напряжений после формования производят отжиг — охлаждение по специальному

режиму: быстрое до начала затвердевания стекломассы, очень медленное в

опасном интервале температур (600..300° С) и вновь быстрое до нормальной

температуры.

Обширную номенклатуру строительного стекла можно разделить на три основные

группы: листовое стекло для светопрозрачных или просвечивающих

ограждений, облицовочное стекло и конструкционно-теплоизоляциооные

штучные и погонажные материалы и изделия из стеклянных расплавов.

Листовое стекло:



Оконное стекло, толщина 2-6 мм, светопроницаемость 85-90%.

Предназначено для остекления окон, внутренних дверей.



Витринное стекло, толщина 6,5 и выше мм, светопрозрачность 87%, не

искажает изображения при рассмотрении сквозь него предметов под углом

20 градусов. Применяют для остекления витрин и световых проемов

общественных зданий.



Закаленное стекло, имеет высокую механическую прочность и

термостойкость. Применяют для остекления витрин и светопроемов

общественных зданий, сплошных стеклянных дверей и перегородок,

требующих повышенной стойкости к ударным воздействиям.



Армированное стекло, усиленное проволочной сеткой, толщина 5-7 мм,

светопроницаемость ниже 65%, предел прочности при сжатии 600 МПа, при

изгибе 30-40 МПа. Применяют для остекления проемов (при повышенных

требованиях к безопасности и огнестойкости остекления).



Волнистое стекло – неармированное и армированное, толщина 5-6 мм.

Рациональнее всего применять такое стекло в светопрозрачных кровлях и

фонарях.



Трехслойное стекло, при ударе такое стекло только растрескивается. Для

изготовления используют обычное силикатное стекло, два листа склеивают

между собой. Применяют для остекления средств транспорта, цветной

триплекс может быть использован для витражей, декоративных

перегородок.



Узорчатое стекло, имеющее с одной стороны рельефный рисунок, толщина

3-6 мм. Предназначено для остекления дверей, перегородок с целью

создания мягкого освещения.



Матовое стекло, толщина 3-6 мм, имеет пескоструйную обработку с одной

или двух сторон. Используют для светорассеивающего остекления окон,

дверей, перегородок.



Увиолевое стекло, пропускает не менее 25% падающих на него лучей

ультрафиолета. Применяют для остекления окон лечебных и детских

учреждений.



Теплопоглощающее стекло задерживает 3/4 тепловых инфракрасных

лучей. Это свойство достигается высоким содержанием в стекломассе

окислов металлов. Применяют для остекления в жарких климатических

районах.



Солнцезащитное стекло изготавливают из стекломассы обычного состава

путем аэрозольного нанесения, толщина 3-6 мм, снижает солнечную и

тепловую радиацию. Применяется в жилищно-гражданском и

промышленном строительстве.



Цветное стекло, выпускают двух видов: однослойное, окрашенное в массе,

и двухслойное, накладное, изготовленное из бесцветной стекломассы с

цветным накладным слоем.

Облицовочное стекло:



Цветное облицовочное стекло – марблит, разновидность глушенного,

окрашенного в массе утолщенного листового стекла.



Окрашенное стекло – стемалит представляет собой неполированное

витринное или прокатное стекло толщиной 6-12мм, покрытое с одной

стороны глухой керамической краской.



Ковровые мозаичные плитки производят из цветной глушенной

стекломассы. Прекрасный материал для художественных панно и

декоративной отделки интерьеров.



Смальта – другая разновидность стекломозаики, куски неправильной

формы колотого или резного непрозрачного цветного стекла.



Зеркала изготавливают из полированного стекла толщиной 4-10мм с

нанесением на тыльную сторону металлического серебра.

Конструкционные и изоляционные материалы и изделия из стекла:



Стеклопакеты – изделия из 2-3 листовых стекол, соединенные с зазором,

так чтобы между стеклами образовывались полости, заполненные сухим

воздухом.



Стеклопрофилит



Стеклянные трубы, предназначены для транспортировки агрессивных

жидкостей



Стеклоблоки – пустотелые одно- или двухкамерные стеклянные камни,

светопрозрачны, светорассеивающи. Применяют для кладки наружных

ограждений, заполнения светопроемов.



Дверные стеклянные полотна, листы утолщенного закаленного стекла с

обработанными кромками. Применяют для наружных и внутренних дверей.



Стекловолокнистые материалы. Применяют для теплоизоляции

трубопроводов, промышленного оборудования.



Пеностекло (газостекло) – материал, имеющий пористую структуру.

Применяют как эффективный теплозвукоизоляциооный материал.



Звукопоглощиющие плиты для акустических облицовок потолков и верхней

части стен общественных и производственных зданий.



Ситалловые материалы, большинство из них непрозрачны. Могут

применяться в виде листов и плиток для светопрозрачных ограждений с

повышенным требованием к механической прочности, химический и

термической стойкостям.