Получение стекла — Стекло, ситаллы и каменное литье

Стекло

Cтекло – это однородное аморфное вещество, получаемое при затвердевании расплава оксидов. В составе стекла могут присутствовать оксиды трех типов: стеклообразующие, модифицирующие и промежуточные. Стеклообразующими являются оксиды кремния, бора, фосфора, германия, мышьяка. К модифицирующим оксидам, введение которых понижает температуру плавления стекла и существенно меняет его свойства, относятся оксиды щелочных (Na, К) и щелочноземельных (Са, Mg, Ba) металлов. Промежуточными являются оксиды алюминия, свинца, титана, железа. Они могут замещать часть стеклообразующих оксидов. Стеклообразующий каркас стекла представляет собой непрерывную пространственную решетку, в узлах которой расположены ионы, атомы или группировки атомов (рисунок 17. 1). Химический состав стекла можно изменять в широких пределах. Поэтому и свойства стекла могут быть различными.

Рисунок 17.1 – Схема непрерывной структурной сетки стекла: а – кварцевого; б – натрийсиликатного

По химическому составу в зависимости от природы стеклообразующих оксидов различают силикатное, алюмосиликатное, боросиликатное, алюмоборосиликатное и другие виды стекла.

В зависимости от содержания модификаторов стекло может быть щелочным и бесщелочным.

По назначению различают строительное (оконное, стеклоблоки), бытовое (стеклотара, посуда) и техническое (оптическое, электротехническое, химическое и др.) стекло.

Структура и свойства стекла определяются его химическим составом, условиями варки, охлаждения и обработки.

Стекло – термопластичный материал, при нагреве оно постепенно размягчается и переходит в жидкость. Плавление происходит в некотором температурном интервале, величина которого зависит от химического состава стекла. Ниже температуры стеклования Т_с стекло приобретает хрупкость. Для обычного силикатного стекла Т_с = 425 – 600°С. Выше температуры плавления стекло становится жидкостью. При этих температурах стекломасса перерабатывается в изделия.

Плотность стекла составляет 2,2 – 8,0 г/см³. Стекло высокой плотности содержит значительные количества оксидов свинца и бария.

Стекло – жесткий, твердый, но очень хрупкий материал. Стекло хорошо сопротивляется сжатию ( = 400 – 600 МПа), но характеризуется низким временным сопротивлением при испытаниях на растяжение (30 – 90 МПа) и изгиб (50 – 150 МПа). Более прочным является бесщелочное и кварцевое стекло.

Механические свойства стекла повышаются при термической и химической обработке. Термическая закалка стекла состоит в нагреве до температур, близких к точке размягчения, и быстром равномерном охлаждении поверхности в потоке воздуха или в масле. При этом в поверхностных слоях возникают напряжения сжатия, и прочность стекла возрастает в 2 – 4 раза. Для изготовления приборов, работающих при повышенном давлении, применяют безосколочное стекло – триплекс.

Триплекс представляет собой комбинированное стекло, состоящее из двух и более закаленных слоев, склеенных прозрачной эластичной пленкой. Химическая обработка состоит в травлении поверхностного слоя раствором плавиковой кислоты с уничтожением поверхностных дефектов. Еще больший эффект достигается при комбинированной химико-термической обработке.

Важнейшим свойством стекла является прозрачность в диапазоне длин волн видимого света. Обычное листовое стекло пропускает до 90 %, а отражает около 8 % и поглощает около 1 % видимого света. Ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощаются оконным стеклом.

Стекло имеет высокую химическую стойкость в агрессивных средах (за исключением плавиковой кислоты и щелочей). Вода постепенно разрушает стекло вследствие образования щелочных растворов. Чем выше температура и концентрация щелочных оксидов в стекле, тем сильнее проявляется действие воды. Стекло как технический материал широко используется в разных областях техники и народного хозяйства. Это объясняется благоприятным сочетанием физико-химических и механических свойств, возможностью изменять эти свойства в широких пределах в зависимости от состава стекла и способов термического воздействия, а также способностью стекла легко поддаваться разным способам горячей и холодной обработки.

Кварцевое стекло, состоящее практически из чистого кремнезема (99 % SiO2), в зависимости от способа получения бывает двух типов: оптически прозрачное и непрозрачное. Кварцевое стекло отличается от всех известных стекол высокими физико-химическими свойствами: высокой жаростойкостью (1400°С), низким температурным коэффициентом линейного расширения [(0,5 – 0,55)•10^-6 К^-1], высокой термической (выдерживает перепад температур 800 – 1000°С) и химической стойкостью, особенно к действию кислот (кроме плавиковой) и воды. Кварцевое стекло имеет высокие диэлектрические характеристики, прозрачно в видимой, ультрафиолетовой и частично инфракрасной областях. Кварцевое стекло, имеющее особенно высокую термическую и химическую стойкость в сочетании с низким температурным коэффициентом линейного расширения, применяется для изготовления тиглей, термопар, электровакуумных изделий, химически стойкой тары, труб, лабораторной посуды. Для защиты деталей от коррозии при температурах до 500 – 600°С в машиностроении применяют стеклоэмали.

Пеностекло получают вспениванием жидкой стекольной массы при высокой температуре за счет введения газотворных веществ – измельченных известняка, мела, угля. Пеностекло имеет малую плотность, низкую теплопроводность и характеризуется высоким звукопоглощением. Это негорючий, термостойкий и химически стойкий материал.

Стеклокристаллические материалы (ситаллы) получают из стекла путем его полной или частичной кристаллизации. Название «ситаллы» образовано из слов «стекло» и «кристаллы». Ситаллы иногда называют стеклокерамикой. Содержание кристаллической фазы в ситаллах может составлять до 95 %. Размер кристаллов обычно не превышает 1 – 2 мкм.

Ситаллы – плотные, непрозрачные, газонепроницаемые, жесткие и твердые материалы. Их механическая прочность в 2 – 3 раза выше, чем прочность стекла. Они хорошо сопротивляются абразивному износу. Сочетание низкого температурного коэффициента линейного расширения и высокой механической прочности придает им высокую термостойкость. Ситаллы характеризуются высокой химической стойкостью к действию кислот и щелочей и не подвержены коррозии при нагреве до высоких температур. Ситаллы совершенно не поглощают влагу.

Благодаря сочетанию легкости, прочности, твердости и технологичности ситаллы находят широкое применение в машиностроении. Из них изготавливают подшипники скольжения, работающие без смазки при температуре до 550°С, поршни и детали выхлопа двигателей внутреннего старания, химическую аппаратуру» фильеры для вытягивания синтетических волокон, рабочие колеса и лопатки насосов, перекачивающих агрессивные жидкости с абразивами. Ситаллы используют в качестве жаро- и износостойких эмалей для защиты металлических деталей. Ситалловые эмали могут работать при температурах до 800 – 900°С.

• ← Раздел 16
• Раздел 18.1 →

Химия стекла

От упаковки до компьютерных экранов, окон и многого другого стекло является ключевой частью повседневной жизни, и так было на протяжении тысячелетий. Изготовленное из чрезвычайно распространенного элемента, стекло недорого в производстве и весьма универсально в своем применении. Это один из тех продуктов, которые настолько распространены, что мы почти никогда не замечаем, насколько оно распространено и насколько важно стекло для всех слоев общества. Как известно, стекло также занимает важное место в художественном сообществе и является важной частью наследия многих мировых культур.

Как делают стекло

Стекло делают из кремния, второго по распространенности элемента в земной коре. На самом деле кремний встречается в природе не в чистом виде, а в различных химических соединениях, наиболее распространенным из которых является диоксид кремния, также известный как кремнезем. Большинство людей знакомы с кремнеземом, потому что это один из основных материалов, содержащихся в песке. Стекло образуется путем нагревания кремнезема до расплавленного состояния и последующего его охлаждения. Большинство стекол также содержит карбонат натрия, в результате чего большинство готовых стекол изнашиваются в течение длительного периода времени при воздействии различных природных элементов, особенно воды. Искусство выдувания стекла придает расплавленному стеклу различные формы, которые либо имеют практическое применение, либо являются самостоятельными произведениями искусства. Воздух вдувается в расплавленное стекло, чтобы сформировать чашки, миски, тарелки, скульптуры и многое другое.

Цветное стекло

Прозрачное стекло, возможно, является наиболее распространенным типом стекла, которое используется, особенно в оконных конструкциях. Однако с незапамятных времен люди также использовали стекло других цветов. Добавление других элементов к кремнезему во время его плавления и охлаждения приведет к получению стекла разных цветов. Например, добавление железа к кремнезему даст зеленое стекло, а добавление меди — синее стекло. Как и прозрачное стекло, цветное стекло также используется во многих областях, включая упаковку и декор. Тем не менее, почти наверняка многие люди сразу же думают о витражах, когда думают о цветном стекле. В средневековых церквях и соборах, в частности, есть большие окна, сделанные из различных кусочков цветного стекла, которые создают изображение или символы. Даже сегодня люди изготавливают витражи для украшения церквей и даже жилых домов.

Другие виды стекла

Стекло имеет множество практических применений, и определенные типы стекла были созданы для выполнения определенных задач. Отожженное стекло является основным типом стекла и полезно само по себе, поскольку используется в таких продуктах, как упаковка для пищевых продуктов, стаканы для питья и окна. Но отожженное стекло также можно обрабатывать по-разному, чтобы сделать его более подходящим для других целей. Когда отожженное стекло правильно закалено, в результате получается то, что часто называют закаленным стеклом, которое более устойчиво к разрушению, чем отожженное стекло. Закаленное стекло используется в таких местах, как ветровые стекла автомобилей, фасады зданий и других местах, где необходимо более прочное и ударопрочное стекло. Другие известные типы стекла включают стекло с покрытием, которое обрабатывается парами и другими химическими веществами, чтобы сделать стекло устойчивым к царапинам и более долговечным для длительного использования, а также узорчатое стекло. Узорчатое стекло можно использовать для декора или для создания изысканных хрустальных бокалов и кувшинов. В чистом виде стекло также можно использовать для создания оптических волокон, ускоряющих связь по всему миру. Последний тип стекла, о котором стоит упомянуть, — это сверхпрозрачное стекло, которое изготавливается не из отожженного стекла, а представляет собой совершенно другой вид стекла. Сверхпрозрачное стекло ценится за использование в таких вещах, как фотогальванические элементы, которые могут превращать солнечный свет в электричество.

Так просто и так необходимо

Учитывая долгую историю использования стекла, люди вряд ли откажутся от этого материала ни сейчас, ни когда-либо. Практическое и художественное применение этого стекла почти безгранично, и стекло все чаще используется для компьютерных приложений в самых разных условиях. Будь то цветное или прозрачное стекло, это не просто красивое зрелище. Это жизненно важная часть человеческой экономики и общего человеческого опыта.

• Случайные открытия: безопасное стекло
• Химия цветного стекла
• Химия витража
• Приготовление со стеклом
• Стеклянные приложения
• Glass Chemistry Gameshistry Gameshistry
• Стекляние и другие Ceramics
• 9
• : What’s Wetress: Whats Whothess Whothess: Whats Whothest’s Glass: Whats Whothess: Whats Whothest’s Glass: Whats Whothest?
• История витражей
• Основные виды стекла
• Коалиция по образованию минералов: силикагель
• Химия стекла
• Утилизация стекла
• Краткая история стекла
• Специальное использование для стекла
• Оконные покрытия, используемые в классах химии

Как измерить вертикальные слепы двери важно, чтобы вы измеряли жалюзи, чтобы они соответствовали креплению СНАРУЖИ. Вертикальные жалюзи — обычная обработка окон для ползунков. В большинстве случаев глубина окна недостаточна для установки вертикальных жалюзи внутри оконной рамы. Часто окно закрывается молдингом, и ваши размеры должны учитывать это. Общее эмпирическое правило состоит в том, чтобы ДОБАВИТЬ 2 дюйма к длине вертикальных жалюзи. Другими словами, измерьте расстояние от пола до 2 дюймов над молдингом. Если у вас нет меры по лепке от пола до 2 дюймов над верхом проема….

подробнее

Жалюзи для окон с наклонным верхом
Жалюзи или шторы могут быть трудно найти для окон с наклонным верхом. Некоторые производители для этой цели изготавливают оконные жалюзи или шторы с наклонными поручнями. Другой вариант — оставить наклонную верхнюю часть окна открытой и просто установить оконные жалюзи или шторы с поручнем непосредственно перед угловой частью окна. В этой статье мы обсудим, как сделать это позже….

подробнее

Как измерить жалюзи для эркера
При измерении оконных жалюзи для эркеров вам потребуется рассчитать точки пересечения жалюзи, чтобы определить ширину каждой части. Первый шаг — выбрать оконную штору, учитывая, что разные типы штор будут иметь разную глубину. После того, как вы выбрали жалюзи или шторы, вы сможете получить глубину, необходимую для расчета точки пересечения. Точную глубину смотрите в спецификациях продукта….

подробнее

Жалюзи для больших окон — установка нескольких жалюзи на одном окне
Для больших окон горизонтальные жалюзи не могут быть изготовлены как одна жалюзи с одним поручнем из-за веса жалюзи. В таких случаях есть два варианта замеров и установки горизонтальных жалюзи….

подробнее

Средства по уходу за окнами для пожилых людей
Ищете средства по уходу за окнами для пожилых людей? Некоторые жалюзи и шторы тяжелые, с ними сложно работать или они имеют тонкие шнуры, за которые может быть проблематично ухватиться. Тем не менее, есть средства для обработки окон, которые обеспечивают простоту использования. С возрастом некоторые люди могут страдать артритом и другими возрастными заболеваниями. Открытие и закрытие жалюзи не должно вызывать затруднений у любого человека любого возраста. Таким образом, мы составили список оконных обработок, которые просты в эксплуатации, легки и при этом стильны….

подробнее

Как деревянные жалюзи и мини-жалюзи помогают справиться с аллергией
Сезон аллергии в самом разгаре. В горах цветут хлопковые деревья и цветы, а в сельской местности высокие травы и цветы качаются на ветру, вызывая аллергию. Для тех, кто страдает сильной аллергией, весна и лето могут стать временем страданий. Однако знание того, как обставить дом, может помочь облегчить симптомы аллергии в помещении….

подробнее

Как выбрать жалюзи для дверей
Покупаете дверные жалюзи? Практически любая оконная обработка может быть использована на двери. Если у вас есть французские двери или просто дверь с окном и вы хотите уединения, вы можете установить жалюзи или шторы в качестве внешнего крепления. Выберите из деревянных жалюзи, вертикальных жалюзи и горизонтальных жалюзи, таких как сотовые жалюзи и солнцезащитные жалюзи. …

далее

Защитные жалюзи и шторы для окон
Защитные жалюзи очень важны, и исследования показывают, что оконные жалюзи могут играть важную роль в обеспечении безопасности дома. По данным ФБР, в 2005 году правоохранительные органы сообщили о примерно 2 154 126 кражах со взломом. Это почти 6000 краж со взломом в день и более 4 краж со взломом в секунду (согласно отчету ФБР о преступлениях за 2005 год). …

подробнее

Химия цветного стекла — сложные проценты

Нажмите, чтобы увеличить

Цветное стекло — это то, что является обычным явлением в нашей жизни, от зеленого цвета винных и пивных бутылок до красного, желтого и зеленого цветов светофора. Происхождение этих цветов — это то, о чем мы не задумываемся, но за это отвечает целый ряд различных элементов. На этом рисунке показаны некоторые из них и цвета, которые они придают.

Прежде чем более подробно обсуждать причину цвета, стоит обсудить химический состав самого стекла. На самом деле существуют разные виды стекла для разных целей. Подавляющее большинство стекла, которое мы используем ежедневно, — это известково-натриевое стекло; это прежде всего смесь диоксида кремния, оксида кальция (извести) и оксида натрия (соды). Он используется для различных целей, включая бутылки, контейнеры, оконные стекла и стаканы для питья. Однако это не единственный тип стекла, который мы можем изготовить.

Еще один тип стекла, с которым знакомы те, кто работает в научных лабораториях, — это боросиликатное стекло. Помимо диоксида кремния, этот тип стекла содержит триоксид бора. Он обладает большей прочностью в сочетании с большей химической и термостойкостью, что обуславливает его использование в лабораториях, а также в посуде. Кроме того, он используется в линзах фонариков, пропуская более высокий процент света по сравнению с пластиком. Также возможен ряд других типов стекла, таких как свинцовое стекло, но они выходят за рамки этого поста.

Цветное стекло можно производить разными способами, но есть три основных метода. Первый включает введение в стекло оксидов переходных металлов или редкоземельных металлов. Обычно это достигается добавлением в стекло оксидов металлов. Ионы металлов поглощают определенные длины волн света, варьирующиеся в зависимости от металла, что приводит к появлению цвета. Здесь подробнее о том, что вызывает цвет ионов переходных металлов.

Другим способом введения цвета является образование коллоидных частиц. Это просто означает частицы вещества, взвешенные по всему стеклу. Эти частицы часто образуются в результате обработки теплом, образуя так называемые «яркие цвета». Коллоидные частицы рассеивают свет определенной частоты, когда он проходит через стекло, вызывая окрашивание. Примеры этих красителей в виде коллоидных частиц включают золото, придающее рубиново-красный цвет, и селен, придающий оттенки от розового до интенсивно-красного.

Последний основной способ придания цвета — простое добавление в стекло уже окрашенных частиц. Примеры этого типа окраски включают молочное стекло и дымчатое стекло; молочное стекло получают добавлением оксида олова.

Цветное стекло находит очевидное применение в декоративных целях – например, витражи используют окрашивающий эффект ионов металлов. Однако цвет стекла может быть не только эстетичным. Например, пивные бутылки окрашены в зеленый или коричневый цвет, чтобы отсечь определенные длины волн ультрафиолетового излучения, которые в противном случае могут способствовать порче пива и появлению «вонючего» вкуса. Он также используется в некоторых химических бутылках для аналогичной цели.

Цвет стекла — это гораздо больше, чем описано в этом кратком обзоре. Если вам интересно узнать об этом подробнее, перейдите по ссылкам ниже.

Изображение в этой статье находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.