структура, преимущества и испытания на прочность

Июль 15 2022

2274

Стекло представляет собой жидкость с высокой вязкостью, аморфную, жесткую, прозрачную и однородную, получаемую путем медленного охлаждения расплавленных силикатов. Основной компонент плоское стекло является кварцевый песок (SiO2), температура плавления которого составляет около 1700°С.

От кремния к стеклообразному кварцу

La Кристальная структура кремния имеет форму тетраэдра: в центре находится атом кремния, симметрично соединенный с четырьмя вершинами атомов кислорода, химическая формула на самом деле SiO4. Быстрое охлаждение плавленого кварца дает один случайная структура тетраэдров, соединенные вместе по углам, что дает начало аморфному материалу, стекловидному кремнезему.

Структура силикатного стекла. Можно отметить отсутствие дальнего порядка. (Источник: Википедия)

Обнаружение сырья

Сырье, используемое при производстве стекла, делится на четыре группы:

• остекление. Под действием тепла они переходят из кристаллической формы в аморфную. Эти вещества сохраняют свое аморфное состояние при всех температурах; фактически вязкость жидкости блокирует подвижность молекул и делает невозможной кристаллизацию.
• Темный. Они облегчают плавление стеклообразующих веществ при температурах, достигаемых в промышленных печах; они обеспечивают последующую обработку стекла и вводят щелочные основания в кислотные компоненты стеклообразователей.
• Стабилизаторы. Они делают материал неизменным и устойчивым к атмосферным воздействиям.
• периферический. В зависимости от своих функций они в свою очередь делятся на: очищающие, отбеливающие, замутняющие и окрашивающие средства.

Химическая инерция

Стекло – это материал с превосходной химической инертностью практически ко всем кислотным и нейтральным веществам. Он также обладает хорошей стойкостью даже в присутствии слабощелочного pH. Эти свойства, гарантированные стабильностью его аморфной силикатной сети, делают нашего главного героя лучший материал для хранения еды, напитки, фармацевтические препараты и химикаты или реагенты.

Испытания на прочность

Чтобы проверить стойкость композиции стекла к химическому воздействию, должны быть проведены различные испытания, как стандартными методами, так и с помощью индивидуальных испытаний в соответствии с потребностями клиентов.
Давайте узнаем, что это такое, руководствуясь пояснениями Stazione Sperimentale del Vetro.

Стойкость к щелочам согласно ISO 695

Испытание проводят путем подвешивания с помощью инертной проволоки плоского образца стекла стандартных размеров в водно-щелочном растворе, который доводят до кипения в специальном герметичном металлическом контейнере. В конце испытания степень щелочной коррозии до повреждения стекла оценивают гравиметрически, т. е. путем измерения потери веса образца в результате испытания.

Устойчивость к кислотам согласно DIN 12116

Исходные условия такие же, как и в предыдущем испытании, но здесь используется водный раствор соляной кислоты (HCl), который доводится до кипения в специальной стеклянной емкости с обратным холодильником. В конце испытания степень кислотной коррозии оценивают гравиметрически, то есть путем измерения потери веса образца после испытания.

Гидравлическое сопротивление порошкового стекла по ISO 719 и ISO 720

Испытание проводят, подвергая некоторое количество зерна vitrea, имеющие четко определенный размер частиц, к воздействию воды milliQ при 98°C (ISO 719) или 121°C (ISO 720). Затем определяют количество щелочных ионов, выделившихся из стекла во время испытания, путем титрования испытуемого раствора соляной кислотой: чем выше исходное выделение щелочи, тем хуже химическая стойкость стекла к гидролитической агрессии.

Стойкость к мытью в посудомоечной машине

Стеклянная посуда должна гарантировать достаточный уровень стойкости к воздействию моющих средств, используемых для ее мытья в посудомоечной машине.
Используя специальную посудомоечную машину, различные предметы можно подвергать стандартным циклам мытья, предусмотренным отраслевыми нормами, для определения их стойкости.

Источники: spevetro.it, pilkington.com, chimicamo.org.

Вы также можете быть заинтересованы в: Открытие стеклянной фритты, вопрос химии

Будьте в курсе последних новостей из мира стекла, Я последовал за Vitrum в инстаграме!

Свяжитесь с автором для получения дополнительной информации

Последние статьи

Мы используем файлы cookie, чтобы убедиться, что у вас есть лучший опыт на нашем сайте. Если вы продолжите использовать этот сайт, мы предположим, что вы довольны им.OkПолитика конфиденциальности

1.1. Стекло

Большая часть химической посуды и приборов изготавливается из стекла. Твердость и гладкость поверхности облегчает мытье стеклянной посуды, а прозрачность дает экспериментаторам возможность следить за ходом химических реакций и физических процессов.

Стекло хорошо переносит нагрузку на сжатие, хуже — на изгиб, но плохо сопротивляется ударным воздействиям. Ниже приведены характеристики некоторых наиболее употребляемых сортов лабораторного стекла.

Кварцевое стекло состоит из диоксида кремния SiO2 и является самым термостойким стеклом: коэффициент его линейного расширения в пределах 0-1000 °С составляет всего 6*10^-7. Поэтому раскаленное кварцевое стекло, опущенное в холодную воду, не растрескивается.

Температура размягчения кварцевого стекла, при которой достигается динамическая вязкость 10⁷ пуаз (10 Па*с) равна 1250 °С. При отсутствии значительных перепадов давления кварцевые изделия можно применять до этой температуры. Полное же плавление кварцевого стекла, когда из него можно изготавливать изделия, наступает при 1500-1600 °С.

Известно два сорта кварцевого стекла: прозрачный кварц и молочно-матовый. Мутность последнего вызвана обилием мельчайших пузырьков воздуха, которые при плавке стекла не могут быть удалены из-за высокой вязкости расплава. Изделия из мутного кварцевого стекла обладают почти такими же свойствами, как и изделия из прозрачного кварца, за исключением оптических свойств и большей газовой проницаемости.

Поверхность кварцевого стекла обладает незначительной адсорбционной способностью к различным газам и влаге, но имеет наибольшую газопроницаемость среди всех стекол при повышенной температуре. Например, через кварцевую трубку со стенками толщиной в 1 мм и поверхностью 100 см2 при 750 °С за один час проникает 0,1 см3 Н2, если перепад давлений составляет 1 атм (0,1 МПа).

Кварцевое стекло следует тщательно предохранять от всяких загрязнений, даже таких как жирные следы от рук. Перед нагреванием кварцевого стекла имеющиеся на нем непрозрачные пятна снимают при помощи разбавленной фтороводородной кислоты, а жировые — этанолом или ацетоном.

Поверхностные загрязнения могут вызвать расстекловывание, т.е. переход из метастабильного стеклообразного состояния в кристаллическое. Этот процесс, однажды начавшись, приводит к быстрому механическому разрушению изделия. Расстекловывание кварцевого стекла делает его непригодным для нагревания в течение длительного времени при температуре выше 1100 °С.

Кварцевое стекло устойчиво в среде всех кислот, кроме HF и Н3РO4. На него не действуют до 1200 °С С12 и НСl, до 250 °С сухой F2. Нейтральные водные растворы NaF и SiF4 разрушают кварцевое стекло при нагревании. Оно совершенно непригодно для работ с водными растворами и расплавами гидроксидов щелочных металлов.

Даже кратковременный контакт с кварцевым стеклом большинства расплавов хлоридов металлов, расплавов щелочных металлов, магния и алюминия делают невозможным дальнейшее использование кварцевых изделий. При высокой температуре кварц ведет себя как сильная кислота и взаимодействует не только с основаниями, но и оксидами металлов.

Кварцевое стекло при высокой температуре сохраняет свои электроизоляционные свойства. Его удельное электрическое сопротивление при 1000 °С равно 10⁶ Ом*см.

Стекло марки «викор» обладает многими свойствами кварцевого стекла, так как содержит около 96% SiO2. Такое стекло получают из боросиликатного стекла путем его обработки хлороводородной кислотой при нагревании, извлекающей бораты щелочных металлов. Остающийся тонкопористый материал подвергают затем спеканию.

Из этого стекла многие фирмы готовят химическую посуду, конические и шаровые шлифы.

Стекло марки «пирекс» является боросиликатным стеклом с содержанием не менее 80% SiO2, 12-13% В2O3, 3-4% Na20 и 1-2% Аl2О3. Оно известно под разными названиями: корнинг (США), дюран 50, иенское стекло G20 (Германия), гизиль, монекс (Англия), ТС (Россия), совирель (Франция), симакс (Чехия).

Температура размягчения стекла пирекс до динамической вязкости в 10¹¹ пуаз (10¹⁰ Пас) составляет 580-590 °С. Тем не менее стекло пригодно для работ при температурах до 800 °С, но без избыточного давления. При использовании вакуума температуру изделий из стекла пирекс не следует поднимать выше 650 °С. В отличие от кварцевого стекло пирекс до 600 °С практически непроницаемо для Н2, Не, O2 и N2. Фтороводородная и нагретая фосфорная кислоты, так же как и водные растворы (даже 5%-ные) КОН и NaOH, а тем более их расплавы, разрушают стекло пирекс.

Лабораторное стекло фирмы России выпускают нескольких марок: Л-50 (ТХС-2), № 29 (ХС-2), Л-80 (ХС-3), АМК (ХС-3). В соответствии с ГОСТ 21400-75 эти марки означают: ТХС-2 -термически и химически стойкое 2-го класса, ХС-2 и ХС-3 -химически стойкое 2-го и 3-го классов. Состав этих стекол приведен в табл. 1.

Таблица I. Химический состав лабораторных стекол, выпускаемых фирмами России

Температура размягчения стекла марок, указанных в табл. 1, до вязкости 10¹¹ пуаз (10¹⁰ Пас) составляет 540-640 °С. Зная состав стекла, можно прогнозировать появление определенных примесей в растворах, хранящихся или перерабатываемых в сосудах из этого стекла.

При воздействии воды и водных растворов солей на стекло в результате растворения и гидролиза силикатов щелочных металлов на поверхности стекла образуется защитная пленка из SiO2. Такая пленка достаточно устойчива в нейтральных и кислых растворах (кроме HF), но разрушается в щелочных из-за реакций SiO2 + 4КОН = K4SiO4 + 2Н20;

h5SiO4 + 4КОН = K4SiO4 + 4Н20,

переводящих в раствор орто- и полисиликаты щелочных и других металлов, входящих в состав стекла.

Химическую устойчивость лабораторной посуды, изготовленной из стекла марок ХС-2 и ХС-3, можно повысить в 5-6 раз путем обработки внутренней ее поверхности разбавленным водным раствором серной или хлороводородной кислот с последующей выдержкой посуды в этих кислотах в течение 10-20 ч.

Для защиты стекла от воздействия щелочной среды рекомендуют создавать на поверхности стеклянного сосуда специальную пленку, обрабатывая изделие сначала серной кислотой (1:1), а затем, после промывки — расплавленным парафином или стеарином, при 200-300 °С.

Стеклянная химическая посуда может неожиданно растрескиваться без видимой причины. Часто это происходит из-за появления на ее поверхности незначительных царапин, образующихся при механической очистке посуды песком, углем, металлической щеткой и другими твердыми предметами. Царапины могут появиться и тогда, когда посуду ставят на кирпичи, керамические плитки с неровной поверхностью. Поэтому не следует использовать для нагревания стеклянных сосудов песочные бани, как это рекомендуют в некоторых устаревших руководствах.

При закреплении стеклянных изделий в штативах часто недооценивают давления различных лапок и держателей при затягивании винта. Стеклянные предметы следует закреплять в зажимах, снабженных прокладками из эластичных материалов.

Простейшие работы со стеклом. Каждый химик-экспериментатор должен уметь проводить простейшие стеклодувные операции: резать стеклянные трубки и палочки, сгибать и оплавлять, спаивать и заплавлять трубки, вытягивать капилляры.

Рис. 1- Устройство газовой горелки (а), разламывание надрезанной стеклянной трубки (б) и металлическая призма (в)

Приемы и тонкости работы стеклодува-профессионала трудно поддаются описанию. Поэтому в дополнение к описанным ниже приемам неплохо посмотреть на работу стеклодува, если имеется такая возможность.

Для выполнения стеклодувных работ следует иметь в лаборатории газовую горелку с насадками и паяльную горелку (рис. 1, а) с воздуходувкой.

Регулируя кранами 1 и 2 подачу воздуха и газа и передвигая внутреннюю трубку с соплом 5, после ослабления винта 3, можно легко перейти от небольшого спокойного острого пламени 7 к большому шумящему пламени 8, и наоборот. Сетка 6 не дает прорваться пламени внутрь горелки.

Другие части:

1.1. Стекло. Часть 1

1.1. Стекло. Часть 2

1.1. Стекло. Часть 3

К оглавлению

Из чего сделано стекло? И как это сделано

3 февраля 2023 г.

Мы взаимодействуем со стеклом каждый день: смотрим в окна, пьем из чашек, листаем телефоны и включаем свет. Стекло — универсальный материал, который можно разбить, но он достаточно прочен, чтобы защитить нас.

Без стекла не было бы многих важнейших изобретений человечества. Изготовление часов было бы невозможно, и у нас не было бы лампочек, очков и контактных линз.

Но когда вы сядете и подумаете об этом, вы можете задаться вопросом: из чего сделано стекло и как оно сделано? Вы можете прожить всю свою жизнь, не зная ответов на эти вопросы: до сегодняшнего дня! TuffX здесь, чтобы рассказать вам об основах стекла: оставайтесь с нами, чтобы узнать больше.

Содержание

Что такое стекло?

Стекло представляет собой смесь натуральных веществ. Сырье включает кальцинированную соду, известняк и песок, которые при нагревании при экстремальных температурах затвердевают, превращаясь в совершенно новое вещество.

Однако стекло никогда не затвердевает! Несмотря на ощущение твердости и внешний вид, любое стекло теряет свою кристаллическую структуру под воздействием высоких температур и давления. Когда-то твердая смесь кальцинированной соды, известняка и песка приобретает совершенно новую молекулярную структуру, которая находится между твердым телом и жидкостью.

Ученые считают этот тип вещества аморфным твердым телом, а некоторые другие включают гели, пластмассы и каучуки. Каждая песчинка состоит из кристаллов кварца, сделанных из диоксида кремния. Также известный как «кремнезем», это элемент песка, который теряет свою молекулярную структуру и делает возможным процесс создания стекла.

Как делают стекло?

Для производства стекла современные заводы должны использовать печи, температура которых достигает 3090 градусов по Фаренгейту (или 1700 градусов по Цельсию). Стекло представляет собой форму жидкого песка, который после затвердевания образует расплавленную жидкость, пригодную для дальнейшей обработки.

Историки считают, что основной процесс производства стекла существует уже тысячи лет, начиная с Древнего Египта. Археологические находки показывают, что жители Месопотамии использовали стекло для изготовления украшений и сосудов в 700 г. до н.э.

Города на восточном побережье Средиземного моря на протяжении полувека находились в авангарде производства стекла. Так было до изобретения стеклодувного дела в 1 веке до нашей эры.

Выдувание стекла включает надувание расплавленного стекла с помощью трубы, наполненной воздухом, и благодаря этому процессу производство стекла стало дешевле и быстрее. С помощью выдувания стекла вы можете создавать вазы, скульптуры, украшения и кувшины, форма которых в конечном итоге определяется индивидуальным стекольщиком.

Для производства цветного стекла, подобного тому, которое используется в витражах, вазах и украшениях, в традиционном процессе нагрева должен быть дополнительный этап. Когда кальцинированная сода, известняк и песок превращаются в расплавленное стекло, в смесь добавляют металлические порошки и оксиды.

Добавление кадмия и серы дает желтый цвет, кобальт дает синий цвет, а оксид меди дает зеленый или синий эффект. Как мы видели, стекло может быть изготовлено разными способами. Тем не менее, ведущим типом стекла, которое мы видим ежедневно, является известково-натриевое стекло.

Для чего мы используем стекло?

Производство известково-натриевого стекла происходит в больших масштабах: из него изготавливают окна, бутылки для питья, формы для выпечки, стеклянную тару и бесчисленное множество других изделий.

Коммерческие стекольные заводы перерабатывают отходы стекла для получения натронной извести и объединяют ее с известняком, кальцинированной содой и песком. Каждый компонент смеси одинаково жизненно необходим. Например, добавление кальцинированной соды снижает температуру плавления песка.

Это не только экономит деньги производителей, но и снижает затраты на электроэнергию. Однако этот тип стекла имеет небольшую химическую стойкость и растворяется при контакте с жидкостью.

Известняк действует как стабилизатор, подготавливая расплавленное стекло к охлаждению. В зависимости от предполагаемого продукта смесь может формоваться различными видами выдувания и прессования.

Изготовление окон для бытовых и коммерческих целей включает заливку расплавленного стекла в лоток, сделанный из олова. Стекло плавает на поверхности, образуя лист. Позже лист будет помещен на ролики для достижения желаемой толщины, ширины и размеров, требуемых производителями.

Стекло используется во многих отраслях промышленности, включая, помимо прочего:

Строительство и ЖКХ

Архитектурное стекло жизненно необходимо для создания мансардных окон, внутренних перегородок, балюстрад, балконов и многого другого! Стекло, используемое для строительства, обычно представляет собой закаленное безопасное стекло, такое как продукция, производимая TuffX.

Посуда

Стеклянная посуда, такая как тарелки, чашки, миски и стаканы, используется миллионами людей во всем мире. Он устойчив к высоким температурам, что означает, что пищу можно безопасно разогревать в микроволновой печи, пока она находится на тарелке. Стеклянная посуда более экологична, чем пластиковые материалы, и прослужит дольше.

Технология

Создание таких приборов, как дверцы духовок, микроволновые печи, компьютерные экраны и телевизоры, было бы невозможно без стекла. Технология сенсорного экрана, аналогичная той, что используется в смартфонах и ноутбуках, основана на непроводящих свойствах стекла.

Медицинское оборудование

Помимо того, что стекло необходимо для изготовления корректирующих линз, контактных линз и очков, оно имеет множество биомедицинских применений. Для исследования образцов крови ученые должны использовать прозрачные предметные стекла. Для смешивания химикатов требуется термостойкое боросиликатное стекло.

Транспорт

Многослойное безопасное стекло незаменимо при изготовлении ветровых стекол, иллюминаторов и люков на крыше автомобилей. Он также может быть использован в качестве конструктивного элемента судов и самолетов. В зависимости от производственного процесса он может быть водонепроницаемым, небьющимся или закаленным для дополнительной защиты.

Упаковка

Многие косметические продукты расфасованы в стеклянные флаконы, тубы и тубы. Продукты по уходу за кожей, парфюмерия и косметика выигрывают от стеклянной упаковки, поскольку ее воздухонепроницаемые свойства не пропускают влагу и продлевают срок годности.

В фармацевтической промышленности химическая стойкость натриево-кальциевого стекла делает его идеальным для упаковки порошков и таблеток. Он очень термостойкий и нереактивный, что означает, что он не повлияет на химический состав лекарств внутри.

Здесь, в TuffX, мы овладели искусством современного производства стекла. Мы производим закаленное стекло для строительства и архитектуры, используя новейшие технологии для создания лучших в отрасли материалов.

Наш 25-летний опыт сделал нас ведущим поставщиком обработанного стекла в Великобритании. Наши современные инженерные технологии позволяют нам создавать продукцию с 19толщиной мм, обеспечивая безопасность мансардных окон, балконов и лестниц.

Итак, если вы хотите приобрести закаленное безопасное стекло для жилых или коммерческих целей, наши производители TuffX являются самыми знающими в отрасли.

Из чего делают стекло?

Из чего делают стекло?

9 0120 Тепло и свет 90 089 900 83 1001 9 0088 Химия Материалы Сила и энергия Электричество и магнетизм Промышленность Машины Электроника и компьютеры Легковые и грузовые автомобили Железные дороги Суда Самолеты Рыболовство и сельское хозяйство Подводные исследования ./../../_base/nav_right2.gif» valign=»TOP»>

Из чего делают стекло? Модель G изготавливается из песка, известняка, кальцинированной соды (карбоната натрия) и переработанного стекла. Оксид бора добавляется для изготовления термостойкого стекла (называемого Pyrex). Ингредиенты нагревают до высокой температуры в печи, пока они не расплавятся. Расплавленное стекло из печи охлаждается, образуя листы, или может быть отформовано для изготовления таких предметов, как бутылки. Стекло используется для изготовления тысяч предметов, от оконных стекол до воздушных щитов в космических кораблях. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Comment* Name * Email *