Стекло строение: Из чего делают стекло. Виды, способы изготовления стекла ☑️ EraGlass
|
Навигация: Cостав и строение стекол Cостав и строение стекол Стекла являются неорганическими аморфными термопластичными материалами (микроконгломератами), обладающими рядом специфических свойств. По своему строению и составу они представляют собой системы типа истинного затвердевшего раствора из химических соединений кислотных и основных оксидов. Имеется условное деление оксидов, входящих в стекло, на стеклообразовате-ли и модификаторы. Оксиды Si02, B2O3, Р2О5 относятся к стеклооб-разующим, поскольку каждый из них в чистом виде может самостоятельно образовать стекло; например, при 100%-ном содержании S1O2 можно получить кварцевое стекло, которое обладает наиболее высокой температурой размягчения (1250°С). Так называется температура, при которой абсолютная вязкость стекла составляет . Если главную стеклообразующую часть стекол составляет Si02) тогда стекла называют силикатными. В зависимости от вида и со-держания добавочных оксидов стекла называют алюмосиликатны-ми, бороалюмосиликатными, алюмофосфатными и т. п. В строительстве в основном применяют силикатные стекла. Подбором химического состава стекла предопределяют смесь оксидов, называемую шихтой. Для получения силикатного стекла шихту приготовляют из различных сырьевых материалов, содержащих необходимые оксиды: кварцевый песок, сода или сульфат натрия, поташ, известняк и мел, доломит, пегматит, каолин, полевой шпат и др. В малых количествах в составы вводят стеклянный бой, красители (оксиды меди, хрома, кобальта, марганца и др.), осветлители (триоксид мышьяка, селитру и др.), глушители и др. В последнее время используют отходы: доменные шлаки, кварцсодержащие материалы, тетраборат кальция и другие. При нагревании шихты до температуры 1100—1150°С происходят химические процессы силикатообразования, а при дальнейшем повышении температуры — стеклообразования. Шихта превращается в однородную (гомогенную) стекломассу, но со значительным содержанием в ней газовых включений (НгО, СОг и др.). Осветление и дальнейшая гомогенизация стекломассы осуществляются при температуре 1500—1600°С, вязкость ее при этом уменьшается (до 10 Пас), что облегчает удаление газовой фазы. Последний этап варки стекла — охлаждение (студка) стекломассы. Чем медленнее происходит охлаждение стекломассы, тем больше вероятность перехода ее в кристаллическое состряние; чем выше скорость охлаждения, тем более высокой температуре соответствует «замороженное» состояние структуры. Практически формовка стекла, отобранного из печи, может производиться при вязкости его не менее 100 и не более 105 Па-с. К концу формовки вязкость может быть до 108 Пас. У различных стекол зависимость вязкости rj от температуры различна (рис. 18.1). Рис. 18.1. Характер зависимости вязкости стекломассы от температуры: Например, стекла щелочные не только легкоплавкие, но и длинные. Введение CaO, MgO, А12Оз переводит щелочные стекла в более короткие. Готовые стеклянные изделия часто подвергают отжигу, т. е. нагреву до достаточно высокой температуры (температуры отжига) с последующим медленным охлаждением. Отжигом снимают внутренние температурные напряжения в отформованных изделиях, что предотвращает их трещинообразование. При необходимости стекло можно снова нагреть и расплавить, при этом оно приобретает первоначальные свойства стекломассы, и переформовать в новые изделия. В процессе производства стекла и особенно на стадии его охлаждения возникает структура, которая может быть охарактеризована как промежуточная между полной беспорядочностью частиц жидкого расплава и полной упорядоченностью частиц вещества в кристаллическом состоянии. Согласно другой гипотезе в структуре стекла имеется непрерывная беспорядочная пространственная сетка (трехмерная), В ее узлах расположены ионы, атомы или группировки атомов. Например, в кварцевом стекле ионы Si расположены в центре тетраэдров, в углах которых размещены ионы О. При соединении тетраэдров Si04 между собой (через один ион кислорода) вершинами образуется непрерывная пространственная сетка, или каркас стекла (рис. 18.2). В промежутках между тетраэдрами могут располагаться ионы металлов (флюсов), например в силикатных стеклах. Тогда возникают не только ковалентные, как в кварцевых стеклах, но и ионные связи, которые частично разобщают тетраэдры, уменьшают количество и силу поперечных связей (рис. 18.3), за счет чего уменьшается стабильность, характерная для структуры стеклообразных чистых оксидов, легче предотвращается кристаллизация, понижается температура плавления. Рис. 18.2. Ионные связи в молекуле Рис. 18.3. Ионные связи в присутствии В настоящее время большинство ученых придерживается полимерного полиморфно-кристаллоидного строения стекла. Кристалоид — частицы вещества, находящиеся в молекулярном раздроблении и способные к кристаллизации. Носители дальнего порядка М (ДП) — кристаллиты — модифицируются в кристаллоиды, не имеющие дальнего порядка, а понятие полимеризации расширяется в понятие полиморфной полимеризации, в которой участвуют кристаллоиды. Похожие статьи: Навигация:
Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум
|
|
|
107—108 Пас. Введением оксидов-модификаторов (Na20, K2O, СаО BaO, MgO, PbO, AI2O3, ИегОз, SD2O3, ZnO и др.) существенно снижав ют температуру размягчения стекла и придают стеклу необходимые свойства.
Перемешивание измельченных компонентов в строго отдозированных количествах (согласно расчетам) производят в смесителях барабанного или тарельчатого типа. Готовую шихту загружают в ванную печь—бассейн, сложенный из огнеупорных брусьев, или в горшковую печь. Бассейны больших ванных печей вмещают до 2500 т стекломассы— пластичного расплава шихты, образующегося при температуре свыше 1000 С.
Неорганические стекла — это по существу субмикрогетерогенные системы, что позволяет по одной из гипотез рассматривать их структуру как скопление микрокристаллических, а точнее — кристаллитных образований размером от 10 до 300 А.
Всякое силикатное стекло можно рассматривать как совокупность различных по составу и строению кремнекислородных комплексов. Кристаллитная гипотеза Лебедева и гипотеза неупорядоченной сетки Захариасена рассматривают стекло как полимерное образование в виде непрерывной пространственной сетки с различной степенью упорядоченности в расположении атомов. Максимально упорядоченные области — кристаллиты, т. е. предельно маленькие кристаллы, состоящие из очень небольшого числа элементарных ячеек.
Природа стекла и его свойства определяются концентрационным соотношением кристаллоидов различных полиморфных 1 модификаций (ПМ) и его изменением в зависимости от внешних воздействий (температура, давление и др.). При охлаждении стекло-массы происходит: а) перемещение и объединение звеньев цепей, И фрагментов дву
Акустическое стекло
Все чаще при замене лобового стекла предлагают поставить акустические стекла.
Но не все водители понимают, что это такое и для чего нужно. Давайте разберемся, чем помогут такие стекла, как их выбрать и что говорят автолюбители об особенностях эксплуатации.
Что такое акустическое лобовое стекло
Фактически, акустическое лобовое стекло предназначено для снижения уровня шума в салоне. В стекле заменяют обычную пленку на шумопоглощающую, чтобы создать эффективный звуковой барьер.
Существует два варианта решения задачи.
- Стекло. Это готовое решение, и оно считается самым лучшим вариантом. К недостаткам можно отнести необходимость замены лобового стекла.
- Пленка. Практически та же тонировка, только прозрачная. Материал достаточно эффективно удерживает звук, хотя по эффективности ниже, чем полноценное стекло. Но, и стоит дешевле.
Какие же звуки вообще проникают в салон? Вот список:
- Шум двигателя. Сейчас движки гораздо тише, чем раньше, но все же шумят.
- Звук выхлопа.
При движении остается позади, но автомобиль движется не настолько быстро, чтобы вообще его не слышать. - Шум шин. Это и собственные покрышки, и машин-соседей по потоку.
- Аэродинамический шум. Возникает в результате взаимодействия набегающего потока воздуха на лобовое стекло.
При движении остается позади, но автомобиль движется не настолько быстро, чтобы вообще его не слышать.
Акустические стекла в основном гасят именно аэродинамический шум.
Как работают акустические стекла
Чтобы решить, стоит ли покупать акустическое стекло, имеет смысл разобраться, как оно работает. Для начала давайте вспомним строение лобового стекла.
Между двумя слоями стекла расположена пленка. Это называется триплекс. Изначально решение предназначалось для увеличения безопасности. При ударе такое стекло не разлетается на мелкие осколки, этого не допускает пленка. Позже пленку стали использовать для затемнения, а теперь и в качестве акустического барьера.
Для создания пленки применяется полимер, способный задерживать звуковые волны.
Причем звук не просто распространяется в стороны, машина, двигаясь, как бы «наезжает» на него – вот это и называется аэродинамический шум. Если моторный отсек более-менее защищен звукоизоляцией, стекло легко пропускает звуки.
Звуковая волна, сталкиваясь с акустическим стеклом, вязнет в полимере. Через него проходят далеко не все звуки, что снижает уровень шумности в салоне.
Чем поможет акустическое стекло
Если посмотреть на характеристики обычного лобового стекла, оно имеет резонансную частоту в пределах 1500–5000 Гц. Тут возникает проблема – для человеческого уха это самый воспринимаемый диапазон. А значит, мы будем слышать все звуки и обращать на них внимание.
Акустическое стекло по заверениям производителей снижает уровень проходящего звука на 10%. На практике шум снизится на 2–10 Дб. Это можно сравнить с шепотом человека. С учетом технических особенностей современных двигателей, получится, что вы вообще не будете слышать мотор в салоне.
Впрочем, наиболее эффективно акустические стекла в авто гасят шум набегающего потока. Он как раз обычно совпадает с идеальным диапазоном поглощения звука полимером. Причем эта эффективность достигается без увеличения толщины стекла.
Особенности применения
В первую очередь такие стекла стали использоваться на спорткарах. При движении на высокой скорости возникает довольно сильный аэродинамический шум, который делает нахождение в салоне не очень приятным. Собственно, для этого и разрабатывались такие решения.
Современные акустические стекла настолько эффективно гасят звук, что практически не ощущаешь ускорения. Обычно самым основным показателем разгона является усиленный шум. Но благодаря звукопоглощающему полимеру, можно без проблем разогнаться до 110 км/ч и не заметить этого. Отсюда возникает первый вывод, касающийся особенностей применения – нужно внимательнее следить за спидометром. Скорость ощущаться будет намного меньше.
Инженеры постоянно стремятся снижать массу автомобиля. Это уменьшает расход топлива. Акустическое стекло тоньше обычного, при этом не отличается по прозрачности и прочности, еще и от шума защищает. Это значит, что после установки ваша машина будет весить меньше. Значит, сэкономите больше топлива.
Стоит ли покупать акустическое стекло
Тут нужно смотреть на автомобиль, который вы хотите тюнинговать. Акустическое стекло хорошо себя показывает, если сделана качественная «шумка» по кругу. То есть, когда лобовое стекло — единственный источник шума. В противном случае эффект будет не таким выраженным.
При этом все отзывы на акустическое лобовое стекло говорят, что в автомобиле после установки стало намного комфортнее. А значит, смысл все же имеется.
Отзывы об акустических лобовых стеклах
Водители, установившие подобное стекло, остаются довольны тюнингом. На всех форумах и сайтах можно найти положительные отзывы.
Только нужно правильно подобрать деталь.
Наиболее распространено стекло лобовое акустическое AGC, к примеру, на Тигуан, маркировка указывает на возможность использования для конкретного поколения. Автолюбители отмечают не просто эффективность стекол этого производителя – они поставляются сразу с приклеенной резинкой, что значительно упрощает монтаж.
Никаких проблем с прохождением техосмотра не возникает. У инспекторов нет претензий при проверках на дорогах, а значит, использовать такое стекло можно абсолютно законно.
Заключение
Акустическое лобовое стекло значительно увеличивает комфорт в салоне. Можно подобрать решение для любых моделей автомобилей. Безопасность не страдает, вы будете отлично видеть дорогу, но слышны станут только самые резкие звуки. Если вы решили заменить лобовое стекло, присмотритесь к такому варианту.
Почему стекло прозрачное? | MATSE 81: Материалы в современном мире
Версия для печати
Стекло — одна из некристаллических (аморфных) форм кварца (SiO 2 ).
Кварц представляет собой кристаллический SiO 2 (структура показана на рисунке (а) ниже), а плавленый кварц представляет собой SiO 2 , который представляет собой аморфный SiO 2 без примесей (структура показана на рисунке (б) ниже).
Кристаллический и некристаллический диоксид кремния.
Авторы и права: Каллистер
На практике в стекло добавляют примеси (например, натрий, показанный на рисунке ниже), чтобы снизить температуру плавления и вязкость стекла, чтобы облегчить работу со стеклом при более низких температурах.
Добавление натрия (Na) нарушает нормальную структуру связывания диоксида кремния.
Адаптировано из рис. 3.41, Callister & Rethwisch 5e.
Аморфная структура стекла разрушает зонную структуру SiO 2 таким образом, что нет электронных состояний, в которые электроны могут перейти, поглощая видимый свет в стекле. Вот видео TED-Ed от Марка Миодовника (ведущего видео Secret Life of Materials), чтобы объяснить это более подробно.
В следующих разделах мы обсудим, почему стекло является хрупким и как сделать его менее хрупким.
Смотреть сейчас
Почему стекло прозрачное?
Щелкните здесь, чтобы просмотреть стенограмму доклада «Почему стекло прозрачно?».
Выгляните в окно, наденьте очки, если вы их носите. Вы также можете взять бинокль или увеличительное стекло.
Что ты видишь?
Что бы это ни было, это не многослойное стекло прямо перед вами. Но задумывались ли вы когда-нибудь, как что-то такое прочное может быть таким невидимым? Чтобы понять это, мы должны понять, что такое стекло на самом деле и откуда оно берется.
Все начинается в земной коре, где два наиболее распространенных элемента — кремний и кислород. Они реагируют вместе, образуя диоксид кремния, молекулы которого образуют правильную кристаллическую форму, известную как кварц.
Кварц обычно встречается в песке, где он часто составляет большую часть зерен и является основным ингредиентом большинства видов стекла. Конечно, вы, наверное, заметили, что стекло не состоит из множества крошечных кусочков кварца, и не зря. Во-первых, края жестко сформированных зерен и более мелкие дефекты в кристаллической структуре отражают и рассеивают падающий на них свет. Но когда кварц нагревается достаточно сильно, дополнительная энергия заставляет молекулы вибрировать до тех пор, пока они не разорвут связи, удерживающие их вместе, и не превратятся в текущую жидкость, точно так же, как лед превращается в воду.
Однако, в отличие от воды, жидкий диоксид кремния не превращается в твердый кристалл при охлаждении. Вместо этого, поскольку молекулы теряют энергию, они все менее и менее способны двигаться в упорядоченное положение, и в результате получается то, что называется аморфным твердым телом. Твердый материал с хаотичной структурой жидкости, что позволяет молекулам свободно заполнять любые щели.
Это делает поверхность стекла однородной на микроскопическом уровне, позволяя свету падать на нее, не рассеиваясь в разных направлениях.
Но это все еще не объясняет, почему свет может проходить через стекло, а не поглощаться, как большинство твердых тел. Для этого нам нужно пройти весь путь до субатомного уровня. Вы можете знать, что атом состоит из ядра с электронами, вращающимися вокруг него, но вы можете быть удивлены, узнав, что это в основном пустое пространство. На самом деле, если бы атом был размером со спортивный стадион, ядро было бы похоже на горошину в центре, а электроны были бы похожи на песчинки на крайних сиденьях. Это должно оставить достаточно места для прохождения света, не затрагивая ни одну из этих частиц. Так что настоящий вопрос не в том, почему стекло прозрачно, а в том, почему прозрачны не все материалы?
Ответ связан с различными уровнями энергии, которые могут иметь электроны в атоме. Думайте об этом как о разных рядах сидений на трибунах стадиона.
Электрон изначально назначен сидеть в определенном ряду, но он мог бы перепрыгнуть на лучший ряд, если бы у него была энергия. По счастливой случайности, поглощение одного из этих фотонов света, проходящих через атом, может обеспечить как раз столько энергии, сколько нужно электрону. Но есть одна загвоздка. Энергии фотона должно быть достаточно, чтобы электрон переместился в следующий ряд. В противном случае он просто пропустит фотон, и так уж получилось, что в стекле ряды так далеко друг от друга, что фотон видимого света не может дать достаточно энергии для того, чтобы электрон прыгнул между ними. С другой стороны, фотоны ультрафиолетового света дают нужное количество энергии и поглощаются, поэтому вы не можете получить загар через стекло. Это удивительное свойство быть одновременно твердым и прозрачным дало стеклу множество применений на протяжении веков. От окон, которые пропускают свет, но не пропускают элементы, до линз, которые позволяют нам видеть как огромные миры за пределами нашей планеты, так и крошечные миры вокруг нас.
Современную цивилизацию сложно представить без стекла. И все же для такого важного материала мы редко задумываемся о стекле и его влиянии. Именно потому, что самое важное и полезное качество стекла — безликость и невидимость, мы часто забываем, что оно вообще есть.
Кредит: Марк Миодовник, TED-Ed
‹ Задание по чтению
вверх
Стеклянный век ›
Структура стекла — Американское керамическое общество
Хотя керамика является основным направлением деятельности Американского керамического общества (ACerS), стекло также является важной частью общества. В рамках празднования Международного года стекла (IYOG) компания ACerS рада поддержать специальный онлайн-курс IYOG под названием «Структура стекла ». Курс состоит из 26 лекций и проводится профессором Стивом Мартином из Университета штата Айова вместе с ведущими экспертами в этой области. Курс спонсируется ACerS Glass & Optical Materials Division (GOMD) и Международной комиссией по стеклу (ICG).
Щелкните здесь для просмотра полного расписания
Лекции в прямом эфире проводятся по вторникам и четвергам с 12:00 до 1:30 CT, начиная с 6 сентября 2022 г.
90 004 Чтобы получить доступ к живым лекциям , войдите в конференцию Zoom, используя следующие учетные данные:
https://iastate.zoom.us/j/97985832132?pwd=UU9xQ084czZjMXB2eXNySnFRbWQ4dz09&from=addon
Или перейдите на страницу https://iastate.zoom.us/join и введите идентификатор конференции: 979 8583 2132 и пароль: 097290
. 003
Набрать: +1 646 876 9923 или +1 646 931 3860
Идентификатор встречи: 979 8583 2132
Идентификатор участника: Отображается после присоединения к встрече
Доступные международные номера: https://iastate.zoom.us/u/aetalFxgs2
Для доступа к видео записи пройденных уроков , щелкните URL-ссылки ниже и введите соответствующий пароль.
Название лекции
Инструкторы
Доступ к видео и слайдам для инструктора
6 сентября
Введение, обзор, учебный план, обзор образования стекла
Steve W. Martin
Доступ к видео Ссылка
Слайды для инструктора
8 сентября
Обзор моделей ближнего и среднего порядка Структуры стекла, значение структуры стекла в свойствах
Стив Феллер и Дик Броу
Ссылка для доступа к видео
Слайды для инструктора: Brow
Слайды для инструктора: Feller
13 сентября
Введение в физические принципы, обзор взаимодействий, практические аспекты (1D ) и Применение REDOR для подключения в очках
Скотт Крекер и Хельмут Эккерт
Ссылка для доступа к видео
Слайды для инструктора: Крекер
Слайды для инструктора: Eckert
15 сентября
Квадруполярные взаимодействия: теория и практика и подгонка Lineshape, распределение Чежека
Scott Kroeker и Joe Zwanziger 900 91
Ссылка для доступа к видео :
Инструктор Слайды: Kroeker
Слайды для инструктора: Zwanziger
20 сентября
2D ЯМР, корреляционные методы, связь со структурой, MD/GIPAW
Пьер Флориан и Франк Файон
Ссылка для доступа к видео
Слайды для инструктора
9005 7 Расчет параметров ЯМР
22 сентября
ЭПР: непрерывный и импульсный
Хельмут Эккерт
Ссылка для доступа к видео
Слайды для инструктора
27 сентября
Мессбауэровская спектроскопия в науке о стекле
Punit Boolchand
Ссылка для доступа к видео
Слайды для инструктора A
Слайды для инструктора B
29 сентября
Техника рассеяния s Введение
Йорг Нойфайнд
Ссылка для доступа к видео
Окт.