История стекла

     Ко  второй группе в решающей мере зависят  от концентрации щелочей или от концентрации, каких либо других избранных компонентов. Зависимость их от состава влияет на: вязкость, электропроводность, скорость диффузии ионов, диэлектрические потери, химическая стойкость, светопропускание, твердость, поверхностное натяжение.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Физические свойства стекла 

      Плотность обычных натрий-калий-силикатных стекол, в том числе и оконных, колеблется в приделах 2500-2600 кг/м^3. При повышении температуры  от 20 до 1300^оС плотность большинства стёкол  уменьшается на 6-12%, то есть на 100^оС плотность уменьшается на 15кг/м³. Предел прочности обычных отожженных стекол при сжатии составляет 500-2000МПа , оконное стекло 900-1000МПа³.

      Твердость стекла зависит от химического состава. Стекла имеют различную твердость в пределах 4 000-10 000МПа. Наиболее твердым является кварцевое стекло, с увеличением содержания щелочных оксидов твердость стекол снижается.

      Хрупкость. Стекло наряду с алмазом и кварцем относится к идеально хрупким материалам. Поскольку хрупкость четче всего проявляется при ударе, её характеризуют прочностью на удар. Прочность стекла на удар зависит от удельной вязкости.

      Теплопроводность. Наибольшую теплопроводность имеют кварцевые стекла. Обычное оконное стекло имеет 0,97Вт. С повышением температуры теплопроводность увеличивается, теплопроводность зависит от химического состава стекла.

      Высокая  прозрачность оксидных стекол сделала их незаменимыми для остекления зданий, зеркал и оптических приборов, включая лазерные, телевизионной, кино- и фототехники и так далее.  Для строительного листового стекла, оконного, витринного необходимо учитывать, что коэффициент светопропускания прямо зависит от отражающей способности поверхности стекла и от его поглощающей способности. Теоретически даже идеальное, не поглощающее свет стекло не может пропускать света более 92%.

      Оптические  свойства стекла: показатель преломления способность стекла преломлять падающий на него свет. Для производства керамических красителей очень важен показатель преломления. От него зависит насколько сильно будет отражать свет керамическое изделие и как будет выглядеть.

      Механические  свойства: упругость свойство твердого тела восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия нагрузки. Упругость характеризуют такие величины как модуль нормальной упругости, который определяет величину напряжений, возникающих под влиянием нагрузки при растяжении (сжатии).

      Внутреннее  трение - стеклообразные системы, обладают способностью поглощать механические, в частности, звуковые и ультразвуковые колебания. Затухание колебаний зависит от состава неоднородностей в стекле.  

      Термические свойства силикатных систем являются важнейшими свойствами, как при изучении, так и при изготовлении керамических и стеклянных изделий.

     Удельная  теплоемкость - определяются количеством тепла Q, требуемым для нагревания единицы массы стекла на 1^оС.

  Химическая устойчивость - устойчивость по отношению к различным агрессивным средам - одно из очень важных свойств стекол важно для медицины.

     Закаленные  стекла разрушаются в 1,5-2 раза быстрее, чем стекла хорошо отожженные.

     В современном строительстве для  оконных, дверных и других проемов  применяются специальные стекла с солнце и теплозащитными свойствами.

     Для этих стекол важно спектральных характер светового потока, прошедшего через  осветление, оценка цветового тона. На основе этих характеристик осуществляется выбор определенного вида стекла, а также определение теплотехнических и светотехнических свойств, их влияние на условия работы, дизайн зданий и сооружений. 
 
 
 

4.Общая  классификация по химическому составу 

      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 -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 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. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.Основы  современной технологии  получения стекла.

5.1. Стекловаренная печь. 

      Ванная  печь непрерывного действия. Конструктивно печь имеет варочный и выработочный бассейн, соединенные между собой по стекломассе протоком. Для загрузки шихты и стеклобоя печь оборудована двумя загрузочными карманами, расположенными по ее боковым сторонам. Варочный бассейн печи отапливается газообразным или жидким топливом. Для отопления газообразным топливом варочного бассейна, печь оборудована шестью горелками, расположенными с торцевой стены ванной печи, противоположной ее выработочной части. Удаление дымовых газов из стекловаренной печи осуществляется через систему дымовых каналов, оснащенных дымовоздушными клапанами, трубой и дымососом. Стекловаренная печь проточная. Производительность печи-70 тонн в сутки⁴.

5.2.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.

      Сырые - кремнезём, являющийся главной частью стекла, вводится в виде молотого кварца. Пригодность песка для стекловарения определяется содержанием в нём примесей и зерновым составом. Вредными примесями являются, прежде всего, соединение железа и хрома, придающие желтовато-зелёный зеленый цвета. Размер зёрен песка примерно 0,2 – 0,5 мм.

     Окись алюминия, применяемая в производстве промышленных стекол, вводится с глиной, каолином, гидратом окиси алюминия.

     Окись натрия вводится с одной кальцинированной содой.

     Окись калия вводится в виде солей; применяется  главным образом в производство посуды, цветных, оптических и некоторых технических стекол.

     Окись лития используется при выработке  опаловых и некоторых специальных стекол.

     Окись кальция вводится преимущественно  в виде мела.

     Окись бария используется при производстве оптических стекол и хрусталя.

     Окись цинка применяется в производство оптических, химико-лабораторных стекол.

     В стекловарении используются материалы, содержащие одновременно горные породы, доменный шлак, стеклянный бой и др.

      К вспомогательным  сырым  материалам относятся осветлители. В качество осветлителей, способствующих удалению из стекла пузырей, применяют в небольших количествах сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий, и др. Некоторые из этих веществ одновременно являются обесцвечивателями.

     В качестве красителей применяют соединения кобальта, никеля, железа, хрома, марганца, селена, меди, урана, кадмия, серу, хлорное золото и др.

     Белые, мало прозрачные стекла  молочные (наиболее заглушенные), опаловые применяются различные фосфаты, соединения сурьмы, олова и др.

      Стекловарение ведётся при температурах 1400°С -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.