Хим формула стекла: Химический состав стекла ― Стекольная Компания

Содержание

Химический состав стекла ― Стекольная Компания

В стекловарении используют только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений не превышает 2—3 %. Особенно нежелательно присутствие железа, которое даже в ничтожных количествах (десятые доли %) окрашивает стекло в зеленоватый цвет. Если к песку добавить соду Na2CO3, то удается сварить стекло при более низкой температуре (на 200—300°С). Такой расплав будет иметь менее вязкий (пузырьки легче удаляются при варке, а изделия легче формуются). Но! Такое стекло растворимо в воде, а изделия из него подвергаются разрушению под влиянием атмосферных воздействий. Для придания стеклу нерастворимости в воде в него вводят третий компонент — известь, известняк, мел. Все они характеризуются одной и той же химической формулой — СаСО3
Стекло, исходными компонентами шихты которого является кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90 % получаемого в мире стекла. При варке карбонат натрия и карбонат кальция разлагаются в соответствии с уравнениями:

Na2CO3 = Na2O + CO2

СаСО3 = СаО + СО2
В результате в состав стекла входят оксиды SiO2, Na2O и СаО. Они образуют сложные соединения — силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты.
В стекло вместо Na2O с успехом можно вводить К2О, а СаО может быть заменен MgO, PbO, ZnO, BaO. Часть кремнезема можно заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соединений борной или фосфорной кислот). В каждом стекле содержится немного глинозема Аl2О3, попадающего из стенок стекловаренного сосуда. Иногда его добавляют специально. Каждый из перечисленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя этими оксидами и их количеством, получают стекла с заданными свойствами. Например, оксид борной кислоты В2О3 приводит к понижению коэффициента теплового расширения стекла, а значит, делает его более устойчивым к резким температурным изменениям. Свинец сильно увеличивает показатель преломления стекла. Оксиды щелочных металлов увеличивают растворимость стекла в воде, поэтому для химической посуды используют стекло с малым их содержанием.

Химия вокруг нас. Раритетные издания. Наука и техника

Юрий Кукушкин

Стекло

История стекла уходит в глубокую древность. Известно, что в Египте и Месопотамии его умели делать уже 6000 лет назад. Вероятно, стекло начали изготавливать все же позже, чем первые керамические изделия, так как для его производства требовались более высокие температуры, чем для обжига глины. Если для простейших керамических изделий было достаточно только глины, то в состав стекла необходимо минимум три компонента.

Изделия из стекла так же, как и из керамики, практически не подвергаются атмосферным воздействиям и хорошо сохраняются даже под слоем земли. Эти изделия оказались важнейшими документами далекого прошлого. Они донесли до нас бесценную информацию об уровне культуры и техники древних народов. Благодаря стеклу до нашего времени дошли величайшие художественные произведения различных эпох культуры человечества.

Первый стекольный завод в России был построен в 1636 г. близ г. Воскресенска под Москвой. На нем выдували оконное стекло и стеклянную посуду. Через 30 лет в селе Измайлово, также под Москвой, был построен завод, на котором изготовляли высококачественные стаканы, графины, фляги, рюмки, кувшины и др. Особенно быстро стеклоделие развилось при Петре I. В XVIII в. около Москвы действовало шесть стекольных заводов.

Главный потребитель стекла в настоящее время – строительная индустрия. Больше половины всего вырабатываемого стекла приходится на оконное для остекления зданий и транспортных средств: автомашин, железнодорожных вагонов, трамваев, троллейбусов. Кроме того, стекло используют в качестве стенового и отделочного материала в виде пустотелых кирпичей, блоков из пеностекла, а также облицовочных плиток. Примерно треть производимого стекла идет на изготовление сосудов различного типа и назначения. Это прежде всего стеклянная тара – бутылки и банки. В большом количестве стекло расходуется на изготовление столовой посуды. Стекло пока незаменимо для производства химической посуды. В довольно большом количестве из стекла изготавливают вату, волокно и ткани для тепловой и электрической изоляции.

Относительная дешевизна стеклянных строительных материалов обусловливается широким распространением, а следовательно, доступностью и дешевизной сырья. Расплавленное стекло является удобным материалом для формования в изделия механизированным способом. Стекло хорошо поддается механической обработке. Это также снижает стоимость стеклянных изделий. Стекло пилят так же, как дерево, но для этого в кромку дисковой пилы зачеканивают алмазный или иной твердый порошок. Его можно сверлить обыкновенными стальными сверлами, применяя специальную смачивающую жидкость. Стекло колют на куски при помощи простого инструмента, напоминающего колун для дров, но действующим не ударом, а постепенно нарастающим усилием. Стекло можно обрабатывать на токарном станке резцами из особо твердой стали, вытачивая фигурные колонки так же, как из дерева или металла. Стекло шлифуют и полируют, применяя обычные абразивные порошки, инструменты и методы, давно известные и широко используемые в металлообрабатывающем производстве. Стекло можно сварить из одного кварцевого песка, химическая формула которого SiO

2. Однако для этого нужна очень высокая температура (выше 1700°C). Получение таких температур в печах промышленного типа связано с большими трудностями. Обычные печи, в которых используются твердое, жидкое или газообразное топливо, для этого не годятся. Для плавления кварцевого песка применяют электрические печи специального устройства или горелки, в которых сжигается водород в токе кислорода. Расплавленный кварцевый песок представляет собой столь густую и вязкую массу, что из нее трудно удалить воздушные пузырьки и придать изделиям нужную форму.

В стекловарении используют только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений не превышает 2. ..3%. Особенно нежелательно присутствие железа, которое даже в ничтожных количествах (десятые доли%) окрашивает стекло в зеленоватый цвет. Если к песку добавить соду Na2CO3, то удается сварить стекло при более низкой температуре (на 200...300°). Такой расплав будет иметь менее вязкий (пузырьки легче удаляются при варке, а изделия легче формуются). Но! Такое стекло растворимо в воде, а изделия из него подвергаются разрушению под влиянием атмосферных воздействий. Для придания стеклу нерастворимости в воде в него вводят третий компонент – известь, известняк, мел. Все они характеризуются одной и той же химической формулой – CaCO

3.

Стекло, исходными компонентами шихты которого является кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90% получаемого в мире стекла. При варке карбонат натрия и карбонат кальция разлагаются в соответствии с уравнениями:

Na2CO3 → Na2O + CO2

CaCO3 → CaО + CO2

В результате в состав стекла входят оксиды SiO2, Na2O и CaО. Они образуют сложные соединения – силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты.

В стекло вместо Na2O с успехом можно вводить K2О, а CaО может быть заменен MgO, PbO, ZnO, BaO. Часть кремнезема можно заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соединений борной или фосфорной кислот). В каждом стекле содержится немного глинозема Al

2O3, попадающего из стенок стекловаренного сосуда. Иногда его добавляют специально. Каждый из перечисленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя этими оксидами и их количеством, получают стекла с заданными свойствами. Например, оксид борной кислоты B2O3 приводит к понижению коэффициента теплового расширения стекла, а значит, делает его более устойчивым к резким температурным изменениям. Свинец сильно увеличивает показатель преломления стекла. Оксиды щелочных металлов увеличивают растворимость стекла в воде, поэтому для химической посуды используют стекло с малым их содержанием. В табл. 1 приведен состав (в%) некоторых типичных промышленных стекол.

Таблица 1

СтеклоSi02B2O3Al2O3Na2OK2ОCaОMgOPb3O4
ВаОZnO
Оконное7221493

Бутылочное7031782
Хрустальное561133
Лабораторное85924
Оптическое34133464

Сода – сырье относительно дорогое и имеющее огромный спрос со стороны различных отраслей народного хозяйства. Поэтому в качестве источника Na2O при варке стекла используют также природный минерал Na2SO4. В СССР его огромные залежи имеются на месте бывшего залива Кара-Богаз-Гол (рядом с Каспийским морем). Однако в этом случае варка стекла требует более высоких температур. Кроме того, в шихту необходимо вводить уголь для восстановления серы в соответствии с уравнением

2Na2SO4 + С → 2Na2O + 2SO2↑ + CO2

При варке стекла первым плавится оксид щелочного металла, после чего в этом расплаве начинают растворяться зерна кварца и известняка, вступая в химическое взаимодействие. Поэтому чем больше в стекле оксидов щелочных металлов, тем при меньших температурах оно плавится. В Древнем Египте, когда техника получения высоких температур была несовершенна, в стеклоделии преобладали рецепты с повышенным содержанием оксидов щелочных металлов (до 30%) и малым содержанием извести (около 3...5%). В эллинистическую эпоху, с усовершенствованием техники получения высоких температур, содержание оксидов щелочных металлов снижается до 16. ..17%, а извести повышается до 10%. Естественно, что такие стекла стали более стойкими к воде. В настоящее время варка стекла проводится при температуре 1400...1500°C в течение нескольких часов. Процесс варки стеклоделы делят на три стадии: провар шихты, осветление (удаление «мошки» и «свилей»), студка – осторожное охлаждение.

Мошкой стеклоделы называют мелкие пузырьки газа, распределенные по всей массе стекла. Ее удаление из жидкой массы производят «бурлением» при помощи деревянной чурки или обыкновенного сырого картофеля. Помещенные в жидкое стекло, они дают обильное выделение газов, которые и очищают от мошки всю массу. Ее наличие в изделиях считается браком. Мошка особенно недопустима в оптических стеклах.

Стекольным свилем называют нитеобразные потоки, подобные тем, которые можно наблюдать в процессе растворения сахара в воде при медленном перемешивании. Свиль – это видимая граница двух соседних участков стекольной массы. Наличие свилей свидетельствует о плохой перемешанности стекольной массы при варке, т. е. о его низком качестве.

Охлаждение стекла, а точнее изделия из него проводят медленно, чтобы избежать в нем напряжений. При быстром охлаждении стекла поверхностные слои тела затвердевают и могут иметь температуру, близкую к комнатной, а внутренние части, вследствие низкой теплопроводности, могут иметь температуру до 1000°C. Поскольку внутренние части при охлаждении сжимаются, а наружные уже не уменьшаются в размере, в них возникают высокие поверхностные сжимающие напряжения. Внутренние слои, наоборот, испытывают высокие растягивающие напряжения. Такое стеклянное тело называют «закаленным». Закаленное стекло обладает высокой механической прочностью. Однако у него есть и недостатки. При нарушении поверхностного слоя (например, нанесение царапины), т.е. при нарушении сжимающих и растягивающих сил, закаленное стекло разлетается вдребезги.

При медленном охлаждении стеклянного тела растягивающие и сжимающие напряжения не возникают. Такое стекло называют «отожженным». Мелкие изделия, например столовая посуда, отжигаются (охлаждаются) в течение нескольких часов. Крупные и прецизионные изделия, например линзы астрономических объективов диаметра 1 м и более, отжигаются в течение нескольких месяцев.

Окраску стекла осуществляют введением в него оксидов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов. Так, золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином соответственно. Серебро в коллоидном состоянии окрашивает стекло в желтый цвет. Хорошим красителем является селен. В коллоидном состоянии он окрашивает стекло в розовый цвет, а в виде соединения CdS·3CdSe – в красный. Такое стекло называют селеновым рубином. При окраске оксидами металлов цвет стекла зависит от его состава и от количества оксида-красителя. Например, оксид кобальта (II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших – фиолетово-синее с красноватым оттенком. Оксид меди (II) в натрий-кальциевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом – зеленый. Оксид марганца (П) в натрий-кальциевом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а в калиево-цинковом – сине-фиолетовую. Оксид свинца (II) усиливает цвет стекла и придает цвету яркие оттенки.

Бутылочное стекло низкого сорта, как правило, имеет окраску, которая зависит от присутствия в нем ионов Fe2+и Fe3+. Стекольное сырье трудно очищается от железа и поэтому в дешевых сортах оно всегда присутствует. Ионы Fe2+ хорошо поглощают лучи света с длиной волны примерно 600 ммк (желтые и красные) и, следовательно, окрашивают стекло в дополнительный голубой цвет. Ионы Fe3+ поглощают лучи с длиной волны 500 ммк (синие и фиолетовые), окрашивая стекло в желтоватый цвет. Важно отметить, что ионы Fe2+ в области видимого света имеют удельное поглощение, примерно в 10 раз большее, чем ионы Fe3+. Поскольку в стекле одновременно содержатся как ионы Fe2+, так и ионы Fe3+, они и придают стеклу зеленоватую окраску (бутылочный цвет).

Существуют химические и физические способы обесцвечивания стекла. В химическом способе стремятся все содержащееся железо перевести в Fe3+. Для этого в шихту вводят окислители – нитраты щелочных металлов, диоксид церия СеO2, а также оксид мышьяка (III) As2O3 и оксид сурьмы (III) Sb2O3. Химически обесцвеченное стекло лишь слегка окрашено (за счет ионов Fe3+) в желтовато-зеленоватый цвет, но обладает хорошим светопропусканием. При физическом обесцвечивании в состав стекла вводят «красители», т.е. ионы, которые окрашивают его в дополнительные тона к окраске, создаваемой ионами железа, – это оксиды никеля, кобальта, редкоземельных элементов, а также селен. Диоксид марганца MnO2 обладает свойствами как химического, так и физического обесцвечивания. В результате двойного поглощения света стекло становится бесцветным, но его светопропускание понижается. Таким образом, следует различать светопрозрачные и обесцвеченные стекла, поскольку эти понятия различны.

Следует также отметить, что окрашенное стекло иногда предохраняет содержимое бутылок от нежелательного фотохимического воздействия. Поэтому окраску бутылочного стекла иногда специально усиливают.

Одним из важнейших свойств стекла является прозрачность. Однако в ряде случаев стеклу специально придают непрозрачность путем его «глушения». Это процесс, в результате которого стекло становится непрозрачным. Вещества, способствующие помутнению стекла, называют глушителями. Глушение происходит вследствие распределения по всей массе стекла мельчайших кристаллических частиц. Они представляют нерастворившиеся частицы глушителя или частицы, выделившиеся из жидкой массы при охлаждении стекла. Эти частицы обычно прозрачны, но их показатель преломления отличается от показателя преломления стекла. Поэтому падающий на них луч отклоняется от прямолинейного направления и стекло перестает быть прозрачным. В далеком прошлом в качестве глушителей стекла использовали костяную муку, содержащую фосфат кальция Ca3(PO4)2, а также оксиды олова SnO, мышьяка As2O3 и сурьмы Sb2O3. В настоящее время для этой цели применяют криолит Na3[AlF6], плавиковый шпат CaF2 и другие фторидные соединения.

Сильно заглушенное стекло (белого цвета) называют молочным. Для его изготовления чаще всего используют криолит. Молочное стекло используют главным образом для изготовления осветительной арматуры.

Несмотря на то что возраст стеклоделия оценивается в 6 тыс. лет, прозрачное и бесцветное стекло люди научились варить лишь на пороге новой эры. До этого производилось непрозрачное окрашенное в различные тона стекло и из него изготавливались главным образом мелкие изделия: бусы, браслеты, пуговицы, кольца, печатки, шахматные фигуры и др. Стеклодувы античной эпохи начали широко применять холодную обработку стекла: рельефную резьбу, гравировку, шлифовку. Как только было получено прозрачное стекло, стеклоделы стали стремиться изготовить из него оконные пластины. Ученые предполагают, что оконное стекло вначале было цветным. Это объясняется тем, что бесцветное стекло получить было весьма непросто, так как сырье обычно содержит различные примеси, которые придают стеклу окраску. Особенно часто в сырье присутствуют соединения железа. Получение пластин для остекления окон оказалось весьма непростым делом. Изготовление полых изделий довольно сложной формы путем выдувания для человека было более простой задачей, чем получение листового стекла. Эта задача была решена лишь к концу средневековья. При раскопках Помпеи, погребенной под пеплом вулкана Везувия в 79 г. н.э., было установлено, что в очень редких случаях в окна были вставлены пластины стекла, которые были довольно толстыми. По-видимому, тонкое листовое стекло итальянские стеклоделы еще не научились делать.

Считают, что метод выдувания, так же как и способ варки прозрачного стекла, был открыт в период смены летоисчисления. Поводов для его открытия было предостаточно. Для получения высоких температур в металлургии был уже известен способ дутья. При варке стекла, требующей также высоких температур, дутье, в частности, проводилось при помощи легких человека. Для этого использовались длинные и полые тростниковые трубки, конец которых обмазывался глиной. Последнее было необходимо для того, чтобы трубка не загоралась. Таким образом, для открытия метода выдувания стеклянных изделий были созданы все предпосылки. Нужен был только случай, когда конец трубки прикоснется к жидкой стекольной массе. Если это произошло, то, продолжая дуть в трубку, человек должен получить что-то похожее на пузырь. Следующим шагом было помещение выдуваемого «пузыря» в деревянную форму, и полое стеклянное изделие почти готово. Как здесь не вспомнить хорошо известное изречение, что «все гениальное просто».

Вероятно, метод выдувания изделий из стекла был изобретен в различных местах, где культивировалось стеклоделие, примерно в одно и то же время. Однако принято считать, что способ выдувания был изобретен в Александрии в I в. до н.э. На первый взгляд, удивительно, что люди научились делать стеклянные изделия сложной полой конфигурации, но не умели делать листовое стекло. Однако для этого были свои весьма основательные технические затруднения.

Оконное стекло

Впервые оконное стекло, хотя и весьма несовершенное, появилось на рубеже старой и новой эры летоисчисления у римлян. Однако после падения Римской империи секреты его производства были утеряны и в начальный период средневековья в Европе оконного стекла не знали. Естественно возникает вопрос, а что же было в окнах? Часто окна закрывались сплошными деревянными ставнями. В теплые дни они открывались, впуская дневной свет внутрь помещения. В иное время окна закрывались и помещение освещали свечами. В России свечи, которые были дороги, часто заменялись горящей лучиной.

В некоторых дворцах, парадных зданиях и культовых сооружениях в Европе в мелкие ячейки в оконных проемах вставляли пластинки слюды, которые ценились очень дорого. В домах простых людей для этой цели использовались бычий пузырь и промасленная бумага или ткань. В середине XVI в. даже во дворцах французских королей окна закрывались промасленным полотном или бумагой. Лишь в середине XVII в. при Людовике XIV в окнах его дворца появилось стекло в виде маленьких квадратиков, вставленных в свинцовый переплет. Листовое стекло большой площади долго не умели получать. Поэтому даже в XVIII в. застекленные окна имели мелкий переплет. Обратите внимание на реставрированные здания петровской эпохи, например на Меньшиковский дворец в Санкт-Петербурге. Однако вернемся к истокам производства оконного стекла.

Как уже было сказано, римляне научились изготовлять оконное стекло в конце старой эры. Они делали это путем отливки и раскатывания жидкого стекла в форму в виде противня, который изготавливался из глины. Отливки извлекались из формы еще в горячем виде, пока стекло сохраняло пластичность. Таким способом получали оконное стекло толщиной около 10 мм и площадью до 0,5 м2. Поскольку прилегающая к форме сторона листа оказывалась шероховатой, то стекло не было прозрачным.

Такое стекло находили при раскопках в западноевропейских колониях Рима, а также на Востоке вплоть до Черноморского побережья. Как уже было отмечено, после распада Римской империи это ремесло пришло в упадок и способ производства был забыт и никогда не возобновлялся. Новый способ производства оконного стекла был разработан несколько столетий спустя, т. е. в средние века. Этот способ принципиально отличался от древнеримского, так как получался не отливкой, а выдуванием. Вначале выдували шар, который раскатыванием на плитке и размахиванием в воздухе превращался в подобие большой ампулы. После отрезания верхней и нижней части получался цилиндр. Последний разрезался вдоль твердым минералом и на раскаленной глиняной плите разглаживался в лист деревянной гладилкой. Стекло получалось довольно тонким, хотя и небольшого размера. Сторона, прилегавшая к плите при разглаживании, также получалась шероховатой, а значит, стекло опять же было непрозрачным.

На территории древнеславянского государства археологи многократно находили фрагменты стеклянных кругов диаметром 200...250 мм с хорошо заделанными кромками. Ученые сходятся во мнении, что эти стеклянные круги служили для остекления окон крупных общественных зданий, например храма Киевской Софии и других церквей домонгольской Руси. Считают, что способ их производства сводился к следующему. В форме выдувался сосуд, похожий на конусообразный графин. Дно этого «графина» обрезалось и кромка завертывалась.

В конце средневекового периода в Европе начали широко применять «лунный» способ изготовления листового стекла. В его основу также был положен метод выдувания. При этом способе вначале выдувался шар, затем он сплющивался, к его дну припаивалась ось, а около выдувательной трубки заготовка обрезалась. В результате получалось подобие вазы с припаянной ножкой-осью. Раскаленная «ваза» вращалась с большой скоростью вокруг оси и под действием центробежной силы превращалась в плоский диск. Толщина такого диска была 2...3 мм, а диаметр доходил до 1,5 м. Далее диск отделялся от оси и отжигался. Такое стекло было гладким и прозрачным. Характерная его особенность – наличие в центре диска утолщения, которое специалисты называют «пупком». Лунный способ производства сделал листовое стекло доступным для населения. Однако на смену ему уже в начале XVIII в. пришел другой более совершенный «халявный» способ, который использовался во всем мире почти в течение двух столетий. По существу, это было усовершенствование средневекового способа выдувания, в результате которого получался цилиндр. «Халявой» называли формируемую массу стекла на конце выдувной трубки. Она доходила до 15...20 кг и из нее в итоге получались листы стекла площадью до 2...2,5 м2.

Этот способ позволил получать оконное стекло хорошего качества и относительно недорогое для широких слоев населения. Таким образом, проблема светлого и теплого жилища была разрешена лишь в XVIII в. Это было достигнуто трудом многих поколений стеклоделов в течение двух тысячелетий.

Однако «халявный» способ трудно поддавался механизации, а потребности в оконном стекле росли быстрыми темпами. Поэтому поиски новых способов продолжались и в результате в начале XX в. был внедрен в промышленность механизированный процесс. В основе его лежало наблюдение американца Кларка, сделанное в первой половине XIX в. Оно состояло в том, что если на поверхность жидкого стекла положить железный стержень («приманку»), а затем поднимать его, то стеклянная масса приварится (приклеится) к стержню и потянется за ним в виде полотна. При остывании на воздухе получается стеклянный лист. Однако он получался не с параллельными кромками, а в виде клиновидного полотнища. Следующим шагом на пути разработки механизированного способа было изобретение бельгийца Фурко. Он предложил положить на поверхность расплавленной массы керамический брус («лодочку») с продольной щелью. Керамика легче расплавленной стеклянной массы и потому лодочка плавает на поверхности. Если нажать на лодочку, то расплавленная масса выдавливается из щели. На нее опускают «приманку» и тянут вверх. Если скорость подъема приманки будет равна скорости выдавливания стекломассы, то получится правильное полотнище с параллельными кромками. Дальнейшее завершение решения проблемы носит чисто технический и конструкторский характер – устанавливаются подъемные валики, холодильник и другие приспособления. Толщина листа зависит от скорости подъема и скорости охлаждения листа.

В настоящее время оконное стекло производят по данному способу. Имеется и несколько другой вариант технологического оформления процесса производства листового стекла, который используют в США. В нем вместо лодочки с каждого борта полотна располагается пара роликов, между которыми и проходит полотно. Ролики препятствуют сужению полотна и потому отпадает необходимость в лодочке.

В современном строительстве для остекления общественных зданий, гостиниц и витрин магазинов, а также для авто- и вагоностроения, широко используют стекло толщиной 6...8 мм и даже до нескольких сантиметров. Такое стекло называют зеркальным. Оно изготавливается методом проката с последующей шлифовкой и полировкой. Когда говорят о здании, построенном из стекла и бетона, то имеют в виду именно такое зеркальное стекло.

Из сказанного видно, какими усилиями далось человеку прозрачное стекло. Однако в некоторых деталях промышленного и бытового интерьера необходимо, чтобы стекло, наоборот, было непрозрачным, но пропускало свет. Стекло для таких целей подвергают пескоструйной обработке или грубой шлифовке. В настоящее время с этой же целью изготавливают узорчатое листовое стекло, т.е. имеющее какой-либо рисунок. Его получают прокатом на столах или между вальцами, на которые нанесен рисунок.

Мелкие стеклянные изделия делают матовыми обработкой фтороводородной (плавиковой) кислотой. Последняя взаимодействует с диоксидом кремния, находящимся на поверхности, с образованием летучего тетрафторида кремния SiF4 в соответствии с уравнением

SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2О

Вряд ли современный человек может оценить тот комфорт и удобство, которое дает ему прозрачное листовое стекло. Человек рождается в светлом и теплом помещении и принимает это как должное.

Фотохромные стекла

Фотохромные стекла изменяют окраску под действием излучения. В настоящее время получили распространение очки со стеклами, которые при освещении темнеют, а в отсутствие интенсивного освещения вновь становятся бесцветными. Такие стекла применяют для защиты от солнца сильно остекленных зданий и для поддержания постоянной освещенности помещений, а также на транспорте. Фотохромные стекла содержат оксид бора B2O3, а светочувствительным компонентом является хлорид серебра AgCl в присутствии оксида меди (I) Cu2O. При освещении происходит процесс

AgCl – [hν (свет)] → Ag0 + Cl0

Выделение атомарного серебра приводит к потемнению стекла. В темноте реакция протекает в обратном направлении. Оксид меди (I) играет роль своеобразного катализатора.

При интенсивном облучении стекла (в том числе и лабораторного) γ-лучами нейтронами и в меньшей мере α-, и β-лучами также происходит окрашивание стекла (чаще в темные и черные цвета). Это связано с изменением структуры стекла и образования ионов, которые играют роль «цветовых центров». При нагревании стекла до температур, близких к температуре размягчения, окраска исчезает. Иногда подобные стекла используют в качестве дозиметров больших доз излучений.

Витраж

Витраж – это декоративная орнаментальная или тематическая композиция, изготовленная из кусков разноцветного стекла, заполняющая оконный проем. Витраж широко использовался для архитектурного оформления готических храмов. Позже в виде витражей начали выполняться гербы городов в городских ратушах и других зданиях общественного назначения. В подражание этому дворянские дома в виде витражей стали оформлять семейные гербы.

Искусство витража получило развитие в эпоху средневековья и достигло наибольшего расцвета в эпоху Возрождения. Слово витраж происходит от франц. vitre – оконное стекло. Кроме разноцветного стекла использовались стекла, расписанные красками. В качестве последних широко применяли тонкорастертые смеси оксидов металлов (меди, железа и др.) с легкоплавким стеклом. Смеси замешивались на воде, вине или растительном масле и в виде кашицы наносились на стекло. После высыхания расписанное стекло подвергалось обжигу при умеренной температуре. По описанию монаха Теофила в XII в. витражи изготавливались следующим образом. Заранее нарезанные и хорошо подогнанные друг к другу куски цветного стекла обертывались по краям полосками свинца. Обернутые куски раскладывались на столе и плотно подгонялись один к другому, а затем свинцовые перемычки спаивались припоем из сплава олова и свинца. Спаивание проводилось с обеих сторон.

В настоящее время искусство витража начинает возрождаться. Особенно ярко проявляется это в Прибалтике.

Хрусталь, хрустальное стекло

Хрусталь, хрустальное стекло – это силикатное стекло, содержащее различное количество оксида свинца. Часто на маркировке изделия указывается содержание свинца. Чем больше его количество, тем выше качество хрусталя. Хрусталь характеризуется высокой прозрачностью, хорошим блеском и большой плотностью. Изделия из хрусталя в руке чувствуются по массе.

Строго хрусталем называют свинцово-калиевое стекло. Хрустальное стекло, в котором часть K2О заменена на Na2O, а часть PbO заменена на CaO, MgO, BaO или ZnO, называют полухрусталем.

Считают, что хрусталь был открыт в Англии в XVII столетии.

Кварцевое стекло

Его получают плавлением чистого кварцевого песка или горного хрусталя, имеющих состав SiO2. Для изготовления кварцевого стекла требуется очень высокая температура (выше 1700°C).

Расплавленный кварц обладает высокой вязкостью и из него трудно удаляются пузырьки воздуха. Поэтому кварцевое стекло часто легко узнается по заключенным в нем пузырькам. Важнейшим свойством кварцевого стекла является способность выдерживать любые температурные скачки. Например, кварцевые трубы диаметром 10...30 мм выдерживают многократное нагревание до 800...900°C и охлаждение в воде. Брусья из кварцевого стекла, охлаждаемые с одной стороны, сохраняют на противоположной стороне температуру 1500°C и потому используются в качестве огнеупоров. Тонкостенные изделия из кварцевого стекла выдерживают резкое охлаждение на воздухе от температуры выше 1300°C и потому с успехом используются для высокоинтенсивных источников света. Кварцевое стекло из всех стекол наиболее прозрачно для ультрафиолетовых лучей. На этой прозрачности отрицательно сказываются примеси оксидов металлов и особенно железа. Поэтому для производства кварцевого стекла, идущего на изделия для работы с ультрафиолетовым излучением, предъявляются особо жесткие требования к чистоте сырья. В особо ответственных случаях кремнезем очищается переводом в тетрафторид кремния SiF4 (действием плавиковой кислоты) с последующим разложением водой на диоксид кремния SiO2 и фтороводород HF.

Кварцевое стекло прозрачно и в инфракрасной области.

Ситаллы

Ситаллы – стеклокристаллические материалы, получаемые регулируемой кристаллизацией стекла. Стекло, как известно, – это твердый аморфный материал. Его самопроизвольная кристаллизация в прошлом приносила убытки на производстве. Обычно стекломасса довольно стабильна и не кристаллизуется. Однако при повторном нагревании изделия из стекла до определенной температуры стабильность стекломассы снижается и она переходит в тонкозернистый кристаллический материал. Технологи научились проводить процесс кристаллизации стекла, исключая его растрескивание.

При производстве изделий из стеклокристаллических материалов сначала формуют стеклянные изделия, которые повторным нагреванием подвергают направленной кристаллизации.

Ситаллы обладают высокой механической прочностью и термостойкостью, водоустойчивы и газонепроницаемы, характеризуются низким коэффициентом расширения, высокой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями. Они применяются для изготовления трубопроводов, химических реакторов, деталей насосов, фильер для формования синтетических волокон, в качестве футеровки электролизных ванн и материала для инфракрасной оптики, в электротехнической и электронной промышленности.

Прочность, легкость и огнестойкость обусловили применение ситаллов в жилищном и промышленном строительстве. Из них изготавливают навесные самонесущие панели наружных стен зданий, перегородки, плиты и блоки для внутренней облицовки стен, мощения дорог и тротуаров, оконные коробки, ограждения балконов, лестничные марши, волнистую кровлю, санитарно-техническое оборудование. В быту с ситаллами чаще встречаются в виде белой непрозрачной жаростойкой кухонной посуды. Установлено, что ситаллы выдерживают около 600 резких тепловых смен. Изделия из ситаллов не царапаются и не прогорают. Их можно снять с плиты в раскаленном до красна состоянии и опустить в ледяную воду, извлечь из холодильника и поставить на открытое пламя, не опасаясь растрескивания или разрушения.

Ситаллы – один из видов стеклокристаллических материалов, которые ведут свою историю всего лишь с 50-х годов текущего столетия, когда был выдан на них первый патент.

«Безопасные» стекла

Вероятно, каждому городскому жителю довелось видеть на автотранспорте разбитое лобовое стекло. Первым из «безопасных» стекол, примененных для остекления автомобилей, был триплекс. Он и в настоящее время несет свою службу. При ударе на триплексе образуются многочисленные радиальные и концентрические трещины, но не осколки. Это резко снижает возможность ранения осколками стекла пассажиров. Триплекс состоит из пакета, образованного из двух или более листов обыкновенного стекла, между которыми проложена прозрачная пластичная пленка, прочно соединенная со стеклом склеивающим составом. Благодаря прочной склейке образующиеся при ударе осколки удерживаются на прокладке. Наиболее широко распространенным является трехслойный триплекс. В качестве органической прокладки в нем используют целлулоид. Его изготовление включает следующие операции: стекла покрываются с одной стороны раствором желатина в воде и высушиваются, целлулоидная прокладка обрабатывается с двух сторон дигликолево-спиртовым составом, собранный пакет помещается в вакуум, а затем подогревается до 100°C и прессуется в автоклаве при давлении около 15 атм. Заключительной операцией после обточки абразивными кругами является шпаклевка кромок триплекса смолистыми составами, предотвращающая действие воды на желатин и расслаивание изделия.

В промышленном строительстве широко применяют «армированное» стекло, внутрь которого введена металлическая сетка. Это стекло также может быть отнесено к безопасным, так как при ударе его осколки не рассыпаются, а удерживаются сеткой. «Армированные» стекла обладают противопожарными свойствами, поскольку задерживают развитие пламени в помещениях. Это происходит потому, что от пламени такие стекла не высыпаются из рамы, а лишь растрескиваются. В результате они препятствуют образованию сквозняков, раздувающих огонь.

Пеностекло

Пеностекло – пористый материал, представляющий собой стеклянную массу, пронизанную многочисленными пустотами. Оно обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, небольшой плотностью (примерно в 10 раз легче кирпича) и высокой прочностью, сравнимой с бетоном. Пеностекло не тонет в воде и потому используется для изготовления понтонных мостов и спасательных принадлежностей. Однако его главная область применения – строительство. Пеностекло является исключительно эффективным материалом для заполнения внутренних и наружных стен зданий. Оно легко поддается механической обработке: пилением, резанием, сверлением и обтачиванию на токарном станке.

Для изготовления пеностекла используют стеклянный бой и различные отходы стекольного производства. К ним добавляют пенообразователи, которые образуют газы при высокой температуре: кокс, мел и др. Стеклянный бой и пенообразователи подвергаются тонкому измельчению и хорошо перемешиваются. Смесь помещается в железные формы и нагревается в печи до 700...800°C, при которых пылинки стекла спекаются и образуют полости. При дальнейшем повышении температуры пенообразователи приводят к образованию газов, растягивающих стеклянные полости (процесс вспенивания). Затем следует довольно резкое охлаждение, в результате чего вязкость стекольной массы повышается, пена становится устойчивой и при дальнейшем охлаждении окончательно закрепляется.

Стеклянная вата и волокно

При нагревании стекло размягчается и легко вытягивается в тонкие и длинные нити. Тонкие стеклянные нити не имеют и признаков хрупкости. Их характерным свойством является чрезвычайно высокое удельное сопротивление разрыву. Нить диаметром 3...5 мкм имеет сопротивление на разрыв 200...400 кг/мм2, т.е. приближается по этой характеристике к мягкой стали. Из нитей изготавливают стекловату, стекловолокно и стеклоткани. Не трудно догадаться об областях использования этих материалов. Стекловата обладает прекрасными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Ткани, изготовленные из стеклянного волокна, обладают чрезвычайно высокой химической стойкостью. Поэтому их применяют в химической промышленности в качестве фильтров кислот, щелочей и химически активных газов. Вследствие хорошей огнестойкости стеклоткани применяют для пошива одежды пожарных и электросварщиков, театральных занавесей, драпировок, ковров и т.п. Стеклоткани кроме огнестойкости и химической стойкости обладают также высокими электроизоляционными свойствами.

Переработка в стекловату осуществляется продавливанием стекломассы через термостойкую пластину с многочисленными отверстиями («фильерами»). Вытекающие через фильеры нити захватываются вращающимся барабаном, наматываются на него и растягиваются. Растяжение нити (утоньшение) зависит от скорости вращения барабана. Роль барабана иногда играет вращающийся диск, на который падает нить.

Существует и принципиально иной способ вытягивания нитей: на вытекающие из фильер нити направляется струя пара или сжатого воздуха. Стеклянные нити растягиваются и в спутанном состоянии образуют войлок.

Стеклопластики и стеклотекстолиты

Первыми называют материалы, получаемые путем горячего прессования стекловолокна, перемешанного с синтетическими смолами. В качестве смол чаще всего используют полиэфирные, фенольные, эпоксидные и карбамидные. В стеклопластиках стекловолокно играет роль армирующего материала, придающего изделиям высокую механическую прочность при малой плотности. Они успешно конкурируют с алюминием и сталью.

В строительстве стеклопластики (волнистые и плоские) применяют для покрытия крыш и для устройства внутренних перегородок. В судостроительной промышленности из них делают корпуса лодок и катеров, в электротехнической их применяют для изготовления аккумуляторных батарей, а в угольной – для труб и призабойных стоек. В некоторых странах из них изготавливают кузова автомобилей, не подвергающиеся коррозии. Стеклопластики на основе стеклянных тканей называют стеклотекстолитами. Их получают пропиткой теми же смолами стеклотканей. Затем заготовки сушат, разрезают на куски определенного формата, собирают в пакеты и прессуют под давлением.

Стеклопластики изготавливают также на основе нетканых стекломатериалов. По сравнению со стеклотекстолитами последние имеют меньшую прочность на разрыв. Эти материалы идут на изготовление облицовочных изделий, жесткой кровли, стеклошифера, стекло-черепицы, оконных проемов.

Посуда из стекла

Качество посуды зависит от состава стекла, способа ее выработки и характера декоративной обработки. Самым дешевым стеклом является кальциево-натриевое. Для посуды улучшенного качества используют кальциево-натриево-калиевое стекло, а для посуды высших сортов – кальциево-калиевое. Самые лучшие сорта посуды изготавливают из хрусталя.

Посудные изделия вырабатывают выдуванием или прессованием. Выдувание, в свою очередь, бывает машинным и ручным. Способ выработки, естественно, отражается на качестве посуды. Сложные по форме и художественные изделия изготавливают только ручным способом. Прессованные изделия легко отличаются от выдутых характерными мелкими неровностями на поверхности, в том числе и на внутренней. На выдутых изделиях они отсутствуют.

Декоративная обработка посуды подразделяется на матирование, гравирование, травление и шлифовку.

Матирование заключается в нанесении матового рисунка при сохранении блестящего фона и реже, наоборот, создании матового фона, а рисунок создается блестящими частями изделия. Для матирования поверхности используют пескоструйные аппараты, в которых создается струя сухого песка. Песчинки оставляют на поверхности мелкие сколы и царапины, которые и придают ей матовый вид, превращая блестящую поверхность изделия в непрозрачную. Для защиты части поверхности от струи песка используют шаблоны, которые накладывают на поверхность изделия. Их изготавливают из резиновых или цинковых листов.

Гравирование изделий проводят при помощи медных вращающихся дисков диаметром 2...10 мм, на которые подается масло с наждачным порошком. Простые рисунки наносят на стеклоизделия при помощи машин посредством пульсирующего нажимания на поверхность специальными иглами. Такие машины по заданной программе могут обрабатывать одновременно четыре-шесть и более изделий.

Травление изделий проводят фтороводородной кислотой. Они предварительно покрываются предохранительным слоем мастики, состоящей из смеси стойких к фтороводородной кислоте веществ (воск, парафин, битум, канифоль). По слою мастики с помощью металлической иглы прорезается рисунок, обнажающий поверхность стекла, подлежащего травлению. Далее изделие помещают на 20...30 мин в травильную ванну, заполненную фтороводородной кислотой или ее смесью с небольшим количеством серной кислоты. В зависимости от концентрации травильного раствора рисунок может быть блестящим или матовым. При использовании газообразного фтороводорода рисунок всегда получается матовым.

После завершения процесса травления изделия промывают водой, а затем для снятия защитной мастики нагревают паром или помещают в ванну с горячей водой.

Декоративная шлифовка основана на удалении части стекла с поверхности изделия. Она бывает поверхностная (валовая) и глубокая (алмазное гранение).

При валовой шлифовке создают на поверхности изделия срезы в виде кружков и овалов, а также нарезают на округлой поверхности плоские грани (обычно не по всей высоте, а на некоторой ее части). Их нарезают при помощи вертикальных кругов из естественных камней или из искусственных наждачных корундовых материалов. Вышлифованное место получается матовым и для восстановления прозрачности на нем проводится полировка на пробковых, деревянных (тополевых) или войлочных кругах.

Алмазному гранению подвергается главным образом хрустальная посуда. Это гранение заключается в прорезании глубоких клинообразных канавок, которые создают пучки лучей, звездочек и других фигур.

Глубокое гранение проводят на корундовых кругах. Круги с алмазной крошкой позволяют резко увеличить скорость резания. Однако у специалистов и ценителей хрусталя изделия, обработанные алмазным инструментом, ценятся ниже, чем обработанные корундовым. Часто для удешевления обработки изделия прессуют, а затем по углублениям проходят резцом. Естественно, такое изделие ценится гораздо ниже.

После алмазного гранения изделие подвергают шлифовке. Однако иногда канавки алмазной грани оставляют матовыми. Вкусы покупателей различны и стеклоделы должны учитывать это.

Благодаря алмазному гранению изделия приобретают особый блеск и дают игру света, особенно при искусственном освещении. Глубокой шлифовке можно подвергать изделия достаточной толщины. Поскольку хрустальное стекло характеризуется большой вязкостью и быстро охлаждается, выдуваемые из него изделия чаще всего имеют толстые стенки. Такие изделия хорошо поддаются алмазному гранению.

Алмазное гранение и поверхностная шлифовка особенно эффективны на изделиях из многослойного цветного стекла. Срезы обнажают нижележащие слои и в результате получается узор различной окраски.

 

 

• Керамика

• Оглавление


Дата публикации:

28 декабря 2002 года

Виды и свойства стекла | Диаэм


Стекло – это неорганическая смесь, расплавленная при высокой температуре, которая затвердевает при охлаждении, но не кристаллизуется.

Виды стекла

Кварцевое стекло

Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты. Кварцевое стекло состоит из диоксида кремния SiO2 и является самым термостойким стеклом: коэффициент его линейного расширения в пределах 0 - 1000 °С составляет всего 6х10-7. Поэтому раскаленное кварцевое стекло, опущенное в холодную воду, не растрескивается.

Температура размягчения кварцевого стекла, при которой достигается динамическая вязкость 107 Пуаз (10 Пахс) 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.

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.

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

Обычное стекло

К обычным стеклам относятся известково-натриевое, известково-калиевое, известково-натриево-калиевое.

Известково-натриевое (содовое), или натрий-кальций-магний-силикатное, стекло применяют для выработки оконных стекол, стеклотары, столовой посуды.

Известково-калиевое (поташное), или калий-кальций-магний-силикатное, стекло обладает более высокой термостойкостью, повышенным блеском и прозрачностью; используется для выработки высококачественной посуды.

Известково-натриево-калиевое (содово-поташное), или натрий-калий-кальций-магний-силикатное, стекло имеет повышенную химическую стойкость, благодаря смешению окислов натрия и калия; наиболее распространено в производстве посуды.

Боросиликатное стекло

Стекла с высоким содержанием SiO2, низким – щелочного металла и значительным – оксида бора B2O3 называются боросиликатными. Борный ангидрид действует как флюс для кремнезема, так что содержание щелочного металла в шихте может быть резко уменьшено без чрезмерного повышения температуры расплавления. В 1915 году фирма Corning Glass Works начала производить первые боросиликатные стекла под торговым названием Pyrex. Стекло марки Pyrex является боросиликатным стеклом с содержанием не менее 80% SiO2, 12-13% В2O3, 3-4% Na2О и 1-2% Аl2О3. Оно известно под разными названиями: Corning (США), Duran 50, Йенское стекло G20 (Германия), Гизиль, Монекс (Англия), ТС (Россия), Совирель (Франция), Simax (Чехия).

В зависимости от конкретного состава стойкость к термоудару таких стекол в 2–5 раз выше, чем у известковых или свинцовых; они обычно намного превосходят другие стекла по химической стойкости и имеют свойства, полезные для применения в электротехнике.

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».

Хрустальное стекло

Хрустальные стекла (хрусталь) — высокосортные стекла, обладающие особым блеском и способностью сильно преломлять свет. Различают свинцовосодержащие и бессвинцовые хрустальные стекла.

Свинцовосодержащие хрустальные стекла — свинцово-калиевые стекла, вырабатывают с добавлением окислов свинца, бора и цинка. Характеризуются повышенным весом, красивой игрой света, мелодичным звуком при ударе; применяют для производства высококачественной посуды и декоративных изделий. Наибольшее применение имеет хрусталь с содержанием от 18 до 24% окислов свинца и 14—16,5% окиси калия (легкий).

К бессвинцовым хрустальным стеклам относятся баритовое, лантановое и др.

Баритовое стекло содержит повышенное количество окиси бария. Обладает лучшим блеском, более высокой светопреломляемостью и удельным весом по сравнению с обычными стеклами, применяют как оптическое и специальное стекло.

Лантановое стекло содержит окись лантана La2О3 и лантаниды (соединения лантана с алюминием, медью и др.). La2О3 повышает светопреломление. Отличается высоким качеством; применяется как оптическое.

Свойства стекла

Плотность стекла зависит от его химического состава. Плотность — отношение массы стекла при данной температуре к его объему, зависит от состава стекла (чем больше содержание тяжелых металлов, тем стекло плотнее), от характера термической обработки и колеблется в пределах от 2 до 6 (г/см3). Плотность — постоянная величина, зная ее, можно судить о составе стекла. Наименьшей плотностью обладает кварцевое стекло — от 2 до 2,1 (г/см3), боросиликатное стекло имеет плотность 2,23 г/см3, наибольшей — оптические стекла с высоким содержанием окислов свинца — до 6 (г/см3). Плотность известково-натриевого стекла составляет около 2,5 г/см3, хрустального — 3 (г/см3) и выше. Табличным значением плотности стекла является диапазон от 2,4 до 2,8 г/см3.

Прочность. Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних нагрузок. Прочность характеризуется пределом прочности. Предел прочности на сжатие для различных видов стекла колеблется от 50 до 200 кгс/мм2. На прочность стекла оказывает влияние его химический состав. Так, окислы СаО и B2O3 значительно повышают прочность, РbО и Al2O3 в меньшей степени, MgO, ZnO и Fe2O3 почти не изменяют ее. Из механических свойств стекол прочность на растяжение является одним из важнейших. Объясняется это тем, что стекло работает на растяжение хуже, чем на сжатие. Обычно прочность стекла на растяжение составляет 3,5—10 кгс/мм2, т. е. в 15—20 раз меньше, чем на сжатие. Химический состав влияет на прочность стекла при растяжении примерно так же, как и на прочность при сжатии.

Твердость стекла, как и многие другие свойства, зависит от примесей. По шкале Мооса она составляет 6-7 ед, что находится между твёрдостью апатита и кварца. Твердость различных видов стекла зависит от его химического состава. Наибольшую твердость имеет стекло с повышенным содержанием кремнезема — кварцевое и боросиликатное. Увеличение содержания щелочных окислов и окислов свинца снижает твердость; наименьшей твердостью обладает свинцовый хрусталь.

Хрупкость — свойство стекла разрушаться под действием ударной нагрузки без пластической деформации. Сопротивление стекла удару зависит не только от его толщины, но и от формы изделия, наименее устойчивы к удару изделия плоской формы. Для повышения прочности к удару в состав стекла вводят окислы магния, алюминия и борный ангидрид. Неоднородность стекломассы, наличие дефектов (камней, кристаллизации и других) резко повышают хрупкость. Сопротивление стекла удару увеличивается при его отжиге. 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). Данное свойство может быть отражено удельной ударной вязкостью. Как и в предыдущих случаях, изменение химического состава позволяет регулировать и это свойство: например, введение брома повышает прочность на удар почти вдвое. Для силикатных стекол ударная вязкость составляет от 1,5 до 2 кН/м, что в 100 раз уступает железу. На хрупкость, стекол влияют однородность, конфигурация и толщина изделий: чем меньше посторонних включений в стекле, чем более оно однородно, тем выше его хрупкость. Хрупкость стекол практически не зависит от состава. При увеличении в составе стекол B2O3, SiO2, Al2O3, ZrO2, MgO хрупкость незначительно понижается.

Прозрачность – одно из важнейших оптических свойств стекла. Определяется отношением количества прошедших через стекло лучей ко всему световому потоку. Зависит от состава стекла, обработки его поверхности, толщины и других показателей. При наличии примесей окиси железа прозрачность уменьшается.

Термостойкость стекла характеризуется его способностью выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения температуры и является важным показателем качества стекла. Зависит от теплопроводности, коэффициента термического расширения и толщины стекла, формы и размеров изделия, обработки поверхности, состава стекла, дефектов. Термостойкость тем выше, чем выше теплопроводность и ниже коэффициент термического расширения и теплоемкость стекла. Толстостенное стекло менее термостойко, чем тонкое. Наиболее термостойко стекло с повышенным содержанием кремнезема, титана и бора. Низкую термостойкость имеет стекло с высоким содержанием окислов натрия, кальция и свинца. Хрусталь менее термостоек, чем обычное стекло. Термостойкость обыкновенного стекла колеблется в пределах 90—250 °С, а кварцевого: 800—1000°С. Отжиг в специальных печах повышает термостойкость в 2,5—3 раза.

Теплопроводность — это способность материала, в данном случае стекла, проводить тепло без перемещения вещества этого материала. У стекла коэффициент теплопроводности равен 1-1,15 Вт/мК.

Тепловое расширение — это увеличение линейных размеров тела при его нагревании. Коэффициент линейного теплового расширения стекол колеблется от 5·10-7 до 200·10-7. Самый низкий коэффициент линейного расширения имеет кварцевое стекло — 5,8·10-7. Величина коэффициента термического расширения стекла в значительной степени зависит от его химического состава. Наиболее сильно на термическое расширение стекол влияют щелочные окислы: чем больше содержание их в стекле, тем больше коэффициент термического расширения. Тугоплавкие окислы типа SiO2, Al2O3, MgO, а также B2O3, как правило, понижают коэффициент термического расширения.

Упругость — способность тела возвращаться к своей первоначальной форме после устранения усилий, вызвавших деформацию тела.

Упругость характеризуется модулем упругости. Модуль упругости — величина, равная отношению напряжения к вызванной им упругой относительной деформации. Различают модуль упругости при осевом растяжении — сжатии (модуль Юнга, или модуль нормальной упругости) и модуль сдвига, характеризующий сопротивление тела сдвигу или сколу и равный отношению касательного напряжения к углу сдвига.

В зависимости от химического состава модуль нормальной упругости стекол колеблется в пределах 4,8х104...8,3х104, модуль сдвига —2х104—4,5х104 МПа. У кварцевого стекла модуль упругости составляет 71,4х103 Мпа. Модули упругости и сдвига несколько повышаются при замене SiO2 на СаО, B2O3, Al2O3, MgO, ВаО, ZnO, PbO.

Свойства стекла производства Corning


Код стекла 0080 7740 7800 7913 0211
Тип Силикатное Боро-силикатное Боро-силикатное 96% Силиката Цинково-титановое
Цвет Прозрачное Прозрачное Прозрачное Прозрачное Прозрачное
Термическое расширение (умножать на 10-7 см/см/°С) 0-300 °С 93,5 32,5 55 7,5 73,8
25 °С, до темп. застывания 105 35 53 5,52 -
Верхний предел рабочей темп. для отожженого стекла (для механических свойств) Норм. эксплуатация, °С 110 230 200 900 -
Экстрем. эксплуатация, °С 460 490 460 1200 -
Верхний предел рабочей темп. для закаленного стекла (для механических свойств) Норм. эксплуатация, °С 220 260 - - -
Экстрем. эксплуатация, °С 250 290 - - -
6,4 мм толщиной, °С 50 130 - - -
12,7 мм толщиной, °С 35 90 - - -
Термостойкость, °С 16 54 33 220 -
Плотность, г/см³ 2,47 2,23 2,34 2,18 2,57
Коэффициент оптической чувствительности по напряжениям, (нм/см)/(кг/мм²) 277 394 319 - 361

Обзор физических и химических свойств стекол Duran, DWK


Свойства Коэффициент линейного
расширения α
(20 °C - 300 °C) × 10⁻⁶
Точка
деформации, °С
Плотность, г/см³ Гидролитическая стойкость
DIN ISO 719 IN
Устойчивость к кислотам
DIN 12 116
Устойчивость к щелочам
ISO 695
Тип стекла
Duran 3,3 525 2,23 Не изменяемые водой Стойкое к действию кислот Умеренно растворимое в щелочах
Fiorax 4,9 565 2,34 Не изменяемые водой Стойкое к действию кислот Умеренно растворимое в щелочах
Натриево-кальциево-
силикатное стекло
9,1 525 2,5 Тугоплавкое для приборов Стойкое к действию кислот Умеренно растворимое в щелочах
SWB 6,5 555 2,45 Не изменяемое водой Стойкое к действию кислот Слаборастворимое в щелочах

Обзор физических свойств стекол Kimble, DWK


Виды стекла 33 Боросиликатное стекло 51 Боросиликатное стекло
Свойства
Точка деформации, °C 513 530
Температура отжига, °C 565 570
Линейный коэффициент
расширения α (0 - 300 °C)×10⁻⁷
32 55
Плотность, г/см³ 2,22 2,33
Пропускание видимого света,
толщина 2 мм
92% 91%

Обзор физических и химических свойств стекол Wheaton, DWK


Виды стекла Борсиликатные стекла Натриево-кальциево-
силикатные стекла
180 200 300 320 400 500 800 900
Свойства
Точка деформации, °C 510 505 525 510 530 515 510 496
Температура отжига, °C 560 560 570 560 570 550 548 536
Линейный коэффициент
расширения α (0 - 300 °C)×10⁻⁷
33 33 55 54 60 61 88 91
Плотность, г/см³ 2,23 2,23 2,33 2,39 2,41 2,42 2,48 2,50
Устойчивость к кислотам Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Умеренно растворимое в кислотах Умеренно растворимое в кислотах
Устойчивость к щелочам Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Сильно растворимое в щелочах Сильно растворимое в щелочах

Стекло состав - Справочник химика 21

    Тип стекла Состав, вес.% Свойства и применение [c.348]

    Стекло. Состав обычного оконного стекла примерно выражается формулой ЫагО-СаО 63102. [c.147]

    Обычным сырьем при варке стекла бывают сода, известняк и кремнезем. Рассчитайте необходимую массу сырья для производства 478 кг стекла, состав которого описывается формулой Na20 СаО oSiOg. [c.210]

    Самое известное аморфное вещество — стекло. Состав стекол изменяется в настолько широ- [c.180]


    Таким образом, 1550 кг шихты дадут 1315 кг стекла. Состав стекла выразится следующим образом (в вес. %)  [c.37]

    В СССР выпускается целый ряд специальных сортов стекла состав некоторых из них приведен в табл. 2. [c.107]

    Марка стекла Состав стекла, мол. % Максимальное значение рН-раствора (верхний предел применяемости электрода)  [c.356]

    Стекло Соста в газов, % (об.)  [c.82]

    Стекло Состав, массовое содержание, % 365 404 546 650 700 800 00 1100 1200 1 300 Т, К [c.774]

    Рой [13] в кратком сообщении стремился привлечь внимание к вопросу о возможности метастабильной ликвации в стеклах. Он пытался установить, как она может влиять на процессы получения стеклокристаллических материалов и на образование особой структуры стекол, под которой подразумевал ликвационную двухфазную структуру с высокой дисперсностью сосуществующих стеклообразных фаз. Такую структуру могут иметь стекла, состав которых лежит рядом с областью стабильной ликвации. Особая структура может образоваться в том случае, если применяют недостаточную скорость охлажде- [c.191]

    Ло стекла Состав стекла в мол. % Модуль упругости в кбар  [c.109]

    Марка стекла Состав стекла, мол. я Максимальноеэиачеиие p раствора (верхний преде. [c.335]

    Если вместо соды взять поташ К0СО3, то силикат натрия в стекле заменится силикатом калия К2 10з. При этом получаются тугоплавкие стекла, состав которых может быть выражен формулой КгО-СаО-65102. Таким путем получают оконное (так называемое бемское), бутылочное и вообще посудное стекло. [c.447]

    Поверхностные группы ОН сильно различаются по свойств 1 даже на поверхностях чистых оксидов, как это было подробно исследовано на примере А12О3 [60, 61]. В сложных силикатах поверхностные группы могут быть связаны с различными ато-мами, что приводит к еще большему различию в их свойсгвах. Кроме того, во многих случаях, особенно в многокомпонентных полимерных стеклах, состав поверхности отличается от состава массы материала [5, 60]. Содержание активных групп может меняться на порядок в зависимости от предыстории наполнителя. [c.86]

    Результаты обработки экспериментальных данных по выщелачиванию стекла с использованием соотношений, приведенных выше, представлены на рис 5.6.2.1 и в табл. 5.6.2.1. Для обработки использовались результаты экспериментов [71], в которых натриевоалюмоси-ликатное стекло (состав, мол % МагО — 25,3, AI2O3 — 3,5, 8Юг — 71,2) подвергалось вымачиванию в водных растворах КС1. Концентрация натрия в толще стекла составляла Со 2,04 10 г-ион/см , Сгр = 0. Измерения количества ионов Na (Q ), переходящего из стекла в раствор, начинались через сутки от начала экспериментов и продолжались ежесуточно в течение всего времени опытов. На рис. 5.6.2.1 экспериментальные кривые по выходу ионов натрия в раствор КС1 при различных температурах построены в координатах (Q , 4t) Из графика хорошо видно, что экспериментальные точки ложатся на прямые линии (показанные пунктиром) только спустя некоторое время после начала эксперимента. На начальной стадии процесс достаточно хорошо описывается выражением Q(t) = h(t)( o -Сгр), где k(t) имеет вид (5.6.2.9). Кривые, построенные с использованием этого соотношения, представлены на графике сплошными линиями. Точки А и В характеризуют время запаздывания процесса диффузии i,. В табл. 5.6.2.1 приведены результаты расчета параметров процесса выщелачивания стекла в 0,1 М растворе КС1 на основе экспериментальных данных [71] по формулам (5.6.2.13), (5.6.2.15) и (5.6.2.17). [c.301]

    Стекло. Состав обычного оконного стекла и стеклянной посуды примерно выражается формулой NaaO- aO-eSiOj. [c.251]

    Имеются стекла с очень коротким линейным участком зависимости потенциала от pH. Область обратимости стеклянного электрода к водородным ионам у этих стекол весьма ограничена. К ним относятся стекла, состав которых разработан в лаборатории Никольского (Ленинградский университет). Они содержат очень большое количество НгОз и дают отклонения при pH > 8. Стекло Шульца содержит много А1аОкачестве основы. У этих стекол отклонения начинаются при рН = С, т. е. еще в кислой области. Такой электрод не работает как водородный электрод, а является источником натриевых ионов и служит натриевым электродом. [c.828]

    Применение. Возможность контакта в производственных условиях. Из природных силикатов наибольшее промышленное значение имеют асбесты (см.), тальк (см.), оливин (см.), а из искусственных — стекло. Состав обычного стекла выражается формулой МагО-СаО-ЗЮг путем частичной замены Na, Са и Si на другие элементы получают специальные сорта стекла. Из природных алюмосиликатов в промышленности находят применение глины (см. Алюминий), слюды (см.), нефелин (см.) и некоторые другие. Профессиональный контакт человека с пылями, содержащими различные силикаты, имеет место во многих отраслях промышленности в связи с тем, что природные силикаты являются рудами различных металлов (лития, бериллия, никеля, редких металлов), широко используются благодаря собственным ценным свойствам (асбесты, тальк, слюды, глины, некоторые абразивы, драгоценные камни), применяются в качестве сырья в производстве огнеупоров и других искусственных силикатов, а также в качестве строительных материалов (в виде силикатсодержащих горных пород, например гранита) искусственные силикаты, помимо стекла и муллита и специально изготавливаемых синтетических асбестов и слюд, образуются также в составе магнезиальных огнеупоров (форстерит), цементов, бетонов, металлургических шлаков, искусственных силикатных волокон (см.). [c.378]

    Сплав полученных солей NagSiOg и aSiOg с избытком кремнезема SiOg и представляет собой стекло. Состав простого стекла приблизительно может быть выражен формулой  [c.297]


    Состав АзЗегИу отмечен максимумом на кривой рис. 88. Повышенная термическая устойчивость этого состава определяется достаточно высокой структурно-химической однородностью и упорядоченностью строения стекла, состав которого отвечает индивидуальному соединению. [c.194]

    Среди кислородных стекол (силикатных, боратных и фосфатных) наиболее устойчивы к водным растворам плавиковой кислоты фосфатные стекла, состав одного из которых впервые был предложен в 1883 г. Кнаффлем. Состав таких стекол представляет собой сочетание, близкое к сочетанию состава метафосфата алюминия с метафосфатами элементов I и II групп периодической системы Д. И. Менделеева. С точки зрения устойчивости к плавиковой кислоте интерес представляют стекла систем ЫзО — АЬОз — 5102 и Ьа20з — АЬОз — 5102 с добавками метафосфатов, снижающих их кристаллизационную способность [515]. [c.201]

    При расчетах свойств стекол по методу Гельхоффа и Томаса в качестве исходных можно брать не только эталонные стекла, предложенные авторами этого метода, но и другие стекла, что в некоторых случаях может повысить точность расчета, если состав искомого стекла близок к составу стекла, избранного в качестве исходного. При этом необходимо выбирать в качестве исходных стекла, состав которых соответствует пределам, указанным в соответствующих таблицах Гельхоффа и Томаса, поскольку в противном случае расчеты могут дать существенные отклонения от действительных величин. [c.91]


Расчет формулы однокамерных и двухкамерных стеклопакетов STiS

Формула стеклопакета показывает, какова конструкция стеклопакета. Она представляет собой расшифровку свойств стеклопакета и описывает характеристики основных материалов, используемых при изготовлении.

Как читать формулу стеклопакета?

Формула всегда начинается с внешнего стекла, выходящего на улицу.
Сначала указывается толщина применяемого стекла, далее через дефис обозначается ширина дистанционной рамки, затем указывается толщина внутреннего стекла, через дефис - снова ширина дистанционной рамки и последнее значение - толщина последнего стекла, "смотрящего" в интерьер.

На примере общей формулы это выглядит так:

Перед формулой стеклопакета обычно может стоять обозначение числа камер стеклопакета:
СПО — однокамерные стеклопакеты, СПД — двухкамерные стеклопакеты


Обозначения в формуле стеклопакета:

4М1 - для изготовления качественных стеклопакетов основным материалом является прозрачное стекло марки М1, толщиной 4 мм. Применение стекол меньшей толщины для оконных стеклопакетов не рекомендовано ГОСТом. Марка качества М1 – гарантия того, что в окне будет наименьшее количество оптических искажений, пузырьков и других дефектов.

Обозначения информируют о применении специального стекла:

И - низкоэмиссионное, энергосберегающее стекло с твердым напылением частиц оксида серебра. Можно встретить и другие обозначения этого стекла: Pilkington Optitherm S1 и S3, ClimaGard N, CLGuN, Top-N, Top-N+, i-стекло, И-стекло.

MF - мультифункциональное стекло с теплосберегающими и солнцезащитными свойствами. Можно встретить и другие обозначение этого стекла: SunCool, SC70/40, ClimaGard Solar, GuSolar, StopReyNeo, StRNeo.

SPGU - обозначение стекла с универсальными свойствами. Разработанно специалистами концерна SP Glass.

3.3.1 или 4.4.1 - многослойное стекло триплекс с применением стекла толщиной 3 мм (или 4 мм) и специальной ПВБ пленки толщиной 1 мм, которое используется в ударостойких стеклопакетах. Также допустимы обозначения: Stratobel Clear 3.3.1 (4.4.1) и Optilam Clear 3.3.1 (4.4.1).

Зак (или З) - закаленное стекло, применяется при изготовлении стеклопакетов с повышенной безопасностью.

A (или Activ Clear) - самоочищающееся стекло, применение которого в стеклопакете позволяет мыть окна значительно реже обычных.

Примечание: некоторые стекла могут одновременно быть наделены несколькими функциями. В таком случае формула стекла будет включать в себя сразу несколько обозначений специального стекла.
Например, 4.4.1ClimaGuardN — прозрачное многослойное стекло с энергосберегающими функциями.

Обозначение заполнения камеры стеклопакета:

Ar (или А) - обозначает наличие в камере стеклопакета газа аргон.


Специальное обозначение дистанционной рамки в стеклопакете:

ТР - обозначение дистанционной теплой рамки (Термо Разрыва), которая применяется в производстве всей серии продукции Теплопакет® STiS.

S - обозначение дистанционной теплой ПКМ рамки, разработанной инженерами компании STiS специально для продукта Теплопакет® 2.0.

Для примера, формула с теплой дистанционной рамкой выглядит так: (20) 4MF — 12TP+Ar-4M1, которая расшифровывается как прозрачный однокамерный стеклопакет общей тощиной 20 мм, с применением теплой дистанционной рамки (шириной 12 мм), мультифункциональным стеклом (толщиной 4 мм) с заполнением камеры стеклопакеты газом аргон.

Обычная алюминиевая рамка в формуле стеклопакета никак не обозначается дополнительно. Подразумевается по умолчанию в формуле стеклопакета при указании используемой ширины, которая может варьироваться от 6 мм до 30 мм.

Алюминиевая рамка с нанесением логотипа STiS.Алюминиевая рамка с нанесением логотипа STiS.
Обозначение декоративных и цветных стекол:

SatMat —матовое стекло, полученное методом химической обработки поверхности.

Цветное стекло делится на два основных:

  • тонированное в массе, которое окрашено в определенный цвет;
    Обозначается: Planibel Grey (где Grey означает цвет тонированного в массе стекла).
  • рефлективное стекло, которое представляет собой стекло с зеркальным эффектом.
    Обозначается: Stopsol Classic Bronze (где Bronze означает цвет рефлективного стекла).

Палитра цветов стекол, применяемых для изготовления цветных стеклопакетов STiS, широка и разнообразна. Поэтому названий цветов большое множество (Bronze, Grey, Gren, EverGren, Arctic Blue, Phoenix Bronze, Super Silver Dark Blue и другие).

Подробнее ознакомиться с цветами стекол можно на странице «Цветное стекло STiS Color». Обратите внимание, что цвета стекол, представленные на сайте, могут в реальности немного отличаться от реального оттенка. Поэтому перед заказом стеклопакета с цветным стеклом выбирайте его по реальным образцам стекла.


Примеры и расшифровка некоторых формул стеклопакетов и Теплопакетов STiS.

Потребности заказчика могут быть самыми непредсказуемые, поэтому различные комбинации формул стеклопакетов из разного типа стекла, его свойств, цвета, ширины, а так же типа и размера дистанционной рамки, количества камер и тд может быть бесчисленное количество.

Для примера мы покажем лишь несколько наиболее популярных формул стеклопакетов и их расшифровку:

СПО (18) 4И-10-4М1: однокамерный стеклопакет шириной 18 мм с примененем обычной алюминиевой дистанционной рамки 10 мм с одним прозрачным энергосберегающим стеклом 4 мм и одним прозрачным стеклом толщиной 4мм марки М1.
Характеризуется как обещестроительный стеклопакет.

СПД (36) 4MF-12Аr-4М1-12Аr-4M1: двухкамерный стеклопакет шириной 36 мм с применением одного прозрачного мультифункционального стекла толщиной 4мм, двумя прозрачными стеклами толщиной 4мм марки М1, алюминиевой дистанционной рамки шириной 12 мм с заполнением в двух камерах стеклопакета газом аргон.
Характеризуется как стеклопакет с повышенными солнцезащитными и теплосберегающими функциями.

СПД (36) 6Зак-10-4М1-12-4М1: двухкамерный стеклопакет шириной 36 мм с применением одного прозрачного закаленного стекла толщиной 6 мм, двумя прозрачными стеклами толщиной 4мм марки М1 и двумя алюминиевыми рамками шириной 10 и 12 мм.
Характеризуется как стеклопакет с дополнительными свойствами безопасности.

СПО (24) 4МF-16ТР+Ar-4М1: однокамерный Теплопакет® STiS с применением одного прозрачного мультифункционального стекла толщиной 4мм, теплой рамки шириной 16мм, заполнением камеры газом аргон и одного прозрачного стекла марки М1 толщиной 4мм.
Характеризуется как высший класс стеклопакетов нового поколения с функциями повышенного теплосбережения, солнцезащиты и энергоэффективности.

СПД (36) 4AMF-12TP+Ar-4M1-12TP+Ar-4M1: двухкамерный Теплопакет® STiS с применением одного прозрачного мультифункционального самоочищающегося стекла толщиной 4мм, двумя дистанционными теплыми рамками шириной 12мм, двумя прозрачными стеклами толщиной 4мм марки М1 и заполнением камеры между стеклами газом аргон.
Характеризуется как высший класс стеклопакетов нового поколения с функциями повышенного теплосбережения и солнцезащиты, а таже со свойствами самоочищения.


Нанесение формулы стеклопакета.

Информация о стеклопакете, в том числе его формула, указывается на этикетке стеклопакета, что является неотъемлемым требованием ГОСТа по производству стеклопакетов. А также компания STiS дублирует информацию о формуле стеклопакета путем нанесения печати формулы на видимую часть дистанционной рамки внутри стеклопакета.

Помимо этого, вся продукция компании STiS обладает отличительной маркировкой, которая гарантирует оригинальное высокой качество производителя. Читать подробнее о маркировке и отличительных голограммах STiS.

Рецепт стекловарения - АКТУАЛЬНОЕ СТЕКЛО — cтекольно-зеркальная мастерская — резка стекла и зеркал в Екатеринбурге и области

Рецепт стекловарения

В стекловарении используют только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений не превышает 2—3 %.

Особенно нежелательно присутствие железа, которое даже в ничтожных количествах (десятые доли %) окрашивает стекло в зеленоватый цвет. Если к песку добавить соду Na2CO3, то удается сварить стекло при более низкой температуре (на 200—300°С). Такой расплав будет иметь менее вязкий (пузырьки легче удаляются при варке, а изделия легче формуются). Но! Такое стекло растворимо в воде, а изделия из него подвергаются разрушению под влиянием атмосферных воздействий. Для придания стеклу нерастворимости в воде в него вводят третий компонент — известь, известняк, мел.

Все они характеризуются одной и той же химической формулой — СаСО3 Стекло, исходными компонентами шихты которого является кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90 % получаемого в мире стекла. При варке карбонат натрия и карбонат кальция разлагаются в соответствии с уравнениями: Na2CO3 = Na2O + CO2 СаСО3 = СаО + СО2 В результате в состав стекла входят оксиды SiO2, Na2O и СаО. Они образуют сложные соединения — силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты. В стекло вместо Na2O с успехом можно вводить К2О, а СаО может быть заменен MgO, PbO, ZnO, BaO. Часть кремнезема можно заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соединений борной или фосфорной кислот).

В каждом стекле содержится немного глинозема Аl2О3, попадающего из стенок стекловаренного сосуда. Иногда его добавляют специально. Каждый из перечисленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя этими оксидами и их количеством, получают стекла с заданными свойствами. Например, оксид борной кислоты В2О3 приводит к понижению коэффициента теплового расширения стекла, а значит, делает его более устойчивым к резким температурным изменениям. Свинец сильно увеличивает показатель преломления стекла. Оксиды щелочных металлов увеличивают растворимость стекла в воде, поэтому для химической посуды используют стекло с малым их содержанием. Окраска стекол. Окраску стекла осуществляют введением в него оксидов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов.

Так, золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином соответственно. Серебро в коллоидном состоянии окрашивает стекло в желтый цвет. Хорошим красителем является селен. В коллоидном состоянии он окрашивает стекло в розовый цвет, а в виде соединения CdS·3CdSe — в красный. Такое стекло называют селеновым рубином. При окраске оксидами металлов цвет стекла зависит от его состава и от количества оксида-красителя. Например, оксид кобальта(II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших — фиолетово-синее с красноватым оттенком. Оксид меди (II) в натрий-кальциевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом — зеленый. Оксид марганца (II) в натрий-кальциевом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а в калиево-цинковом — сине-фиолетовую. Оксид свинца (II) усиливает цвет стекла и придает цвету яркие оттенки. Существуют химические и физические способы обесцвечивания стекла.

В химическом способе стремятся все содержащееся железо перевести в Fe3+. Для этого в шихту вводят окислители — нитраты щелочных металлов, диоксид церия СеО2, а также оксид мышьяка (III) AS2O3 и оксид сурьмы(III) Sb2O3. Химически обесцвеченное стекло лишь слегка окрашено (за счет ионов Fe3+) в желтовато-зеленоватый цвет, но обладает хорошим светопропусканием. При физическом обесцвечивании в состав стекла вводят «красители», т. е. ионы, которые окрашивают его в дополнительные тона к окраске, создаваемой ионами железа, — это оксиды никеля, кобальта, редкоземельных элементов, а также селен. Диоксид марганца MnO2 обладает свойствами как химического, так и физического обесцвечивания. В результате двойного поглощения света стекло становится бесцветным, но его светопропускание понижается.

Таким образом, следует различать светопрозрачные и обесцвеченные стекла, поскольку эти понятия различны. В некоторых дворцах, парадных зданиях и культовых сооружениях в Европе в мелкие ячейки в оконных проемах вставляли пластинки слюды, которые ценились очень дорого. В домах простых людей для этой цели использовались бычий пузырь и промасленная бумага или ткань. В середине XVI в. даже во дворцах французских королей окна закрывались промасленным полотном или бумагой. Лишь в середине XVII в. при Людовике XIV в окнах его дворца появилось стекло в виде маленьких квадрадтиков, вставленных в свинцовый переплет. Листовое стекло большой площади долго не умели получать. Поэтому даже в XVIII в. застекленные окна имели мелкий переплет. Обратите внимание на реставрированные здания петровской эпохи, например на Меньшиковский дворец в Санкт-Петербурге. Однако вернемся к истокам производства оконного стекла.

В конце средневекового периода в Европе начали широко применять «лунный» способ изготовления листового стекла. В его основу также был положен метод выдувания. При этом способе вначале выдувался шар, затем он сплющивался, к его дну припаивалась ось, а около выдувательной трубки заготовка обрезалась. В результате получалось подобие вазы с припаянной ножкой-осью. Раскаленная «ваза» вращалась с большой скоростью вокруг оси и под действием центробежной силы превращалась в плоский диск. Толщина такого диска была 2—3 мм, а диаметр доходил до 1,5 м.

Далее диск отделялся от оси и отжигался. Такое стекло было гладким и прозрачным. Характерная его особенность — наличие в центре диска утолщения, которое специалисты называют «пупком». Лунный способ производства сделал листовое стекло доступным для населения. Однако на смену ему уже в начале XVIII в. пришел другой более совершенный «халявный» способ, который использовался во всем мире почти в течение двух столетий. По существу, это было усовершенствование средневекового способа выдувания, в результате которого получался цилиндр. «Халявой» называли формируемую массу стекла на конце выдувной трубки. Она доходила до 15—20 кг и из нее в итоге получались листы стекла площадью до 2—2,5 м2.

производство, состав и формула, характеристики по госту

Жидкое стекло хоть и известно стало не так давно, но уже сейчас его применение в быту настолько широко, что сложно найти ту среду производства, где оно не используется. Жидкое стекло может включаться в состав грунтовок, клея, красок, в качестве уплотнителя грунта или гидроизоляции различных водных сооружений.




Общая информация

Жидкое стекло бывает на основе калия, натрия и иногда лития, хотя последний компонент используется весьма редко. Калийный вид материала используется во множестве сфер и имеет прекрасные технические свойства. По сравнению с натриевым каустическим, обладает более рыхлой структурой, из-за чего швы бывают менее стабильны.

Обладая высокой пожаро- и взрывоустойчивостью, он придает им необходимую прочность.

Оба этих материала применяются едва ли не везде, но все же калийное в качестве одного из составляющих встречается реже. Это объясняется его дороговизной. Поэтому нередко калийное жидкое стекло заменяется каустическим натриевым.

Фото жидкого стекла

Состав

Основными составляющими жидкого стекла обычно являются:

  • Серный ангидрит;
  • Двуокись кремния;
  • Окиси железа и алюминия;
  • Силикатный модуль;
  • Окись натрия;
  • Окись кальция.

В обоих типах стекла две последних окиси будут встречаться, но в несколько меньших количествах. Так, в жидком натриевом стекле одноименной окиси содержится 9%, а кальция — лишь 0,2%.

При работе с жидким стеклом лучше всего использовать готовые смеси, предназначенные для выполнения конкретной задачи.

Технические параметры жидкого стекла

Стекло этого вида отвечает ГОСТ 13078-81. Сертификат соответствия является добровольной формой подтверждения качества и каждой компании, которая занимается производством этого материала, выдается после исследования этой продукции.

Некоторые строители задаются вопросом, вредно ли жидкое стекло и каким образом оно способно воздействовать на организм. Этот материал не излучает каких-либо вредных волн, поэтому его можно считать безопасным. Однако попадания его на участки тела, а уж тем более внутрь, следует избегать.

Скорость высыхания жидкого стекла будет зависеть от того, в составе какой смеси он используется. Так, в чистом виде он может подсохнуть за 10 минут. Если он добавляется в какую-либо смесь, то время его застывания составит несколько часов.

Основные характеристики жидкого калийного стекла:

  1. Плотность — до 1,45 г/см3;
  2. Срок (годности) хранения — 2 года;
  3. Формула — Na2O3Si;
  4. Вес удельный — 1,45;
  5. Температура плавления — 1088С.

Химические эксперименты с жидким стеклом, показывающие его основные свойства:

Технология производства

Производство этого материала чрезвычайно сложное, поэтому этим могут заниматься лишь химические заводы. Так, изначально кварц потребуется искрошить в песок, после чего нужно смешать его с содой, поташом и сульфатом калия или же натрия.

После этого требуется сплавить весь материал в монолитную глыбу, для чего понадобится температура не меньше 1400С. Далее ее понадобиться растворить в автоклаве. На этот раз температура будет несколько ниже, порядка 170С, но длительность этой процедуры составить может около 6-7 часов. В данном случае важно так же поддерживать оптимальное давление на уровне 0,8 МПа.

Самостоятельно изготовить жидкое стекло в домашних условиях невозможно, поскольку обеспечить все условия, оптимальное давление и температуру самостоятельно невозможно. Для этого потребуется специальное оборудование и, конечно, профессиональные навыки.

Поскольку при большом объеме иногда могут возникнуть трудности с застыванием жидкого стекла в формах, рекомендуется использовать различные виды отвердителей. Сколько будет сохнуть жидкое стекло зависит от нескольких факторов. Так, хорошо воздействуют с ним калийные соли, борная кислота, диоксид титана, а так же некоторые другие типы.

На видео, как делают жидкое стекло (компьютерная симуляция):

Отзывы и оценки материала

Жидкое стекло имеет очень хорошие свойства, что подтверждено многочисленными отзывами тех, кто использовал материал. Его применяют для различных покрытий, дабы защитить поверхность от воздействия влаги. Обычно проблем с использованием его не возникает, если все было сделано по правилам.

Так, всегда рекомендуется использовать затвердитель, если объем материала, из которого предполагается производить, например, кирпичи, достаточно большой. Средняя стоимость тонны жидкого стекла составит порядка 14 тысяч.

Исходя из всей массы отзывов, представленных в интернете, можно выставить этому материалу следующие оценки:

  • Цена — 5 баллов. Хотя калийный тип стекла и будет достаточно дорогим, однако его натриевый аналог обладает весьма хорошими свойствами в совокупности с доступной стоимостью;
  • Внешний вид — 5 баллов. При покрытии им поверхностей не создает обычно никаких посторонних оттенков;
  • Экологичность — 5 баллов. Никаких вредных посторонних примесей при создании его не используется;
  • Простота изготовления — 3 балла. Самостоятельно сделать жидкое стекло невозможно, поскольку его изготавливают только на химических заводах;
  • Практичность — 5 баллов. Применимо в широчайшем круге сфер;
  • Трудоемкость при использовании — 5 баллов. Сложностей обычно при использовании не возникает вообще, либо они достаточно быстро устраняются.

Жидкое стекло хоть и известно стало не так давно, но уже сейчас его применение в быту настолько широко, что сложно найти ту среду производства, где оно не используется.

Химический состав стекла | Роял Леердам Ритейл

Химический состав стекла

Стекло - это неорганический неметаллический материал, не имеющий кристаллической структуры. Такие материалы считаются аморфными и представляют собой практически твердые жидкости, охлаждаемые с такой скоростью, что кристаллы не могут образовываться.

Типичные стекла варьируются от силикатно-натриево-кальциевого стекла для бутылок с содой до кварцевого стекла высокой чистоты для оптических волокон.Стекло широко используется для изготовления окон, бутылок, стаканов для питья, перекачивающих трубопроводов и приемников для высококоррозионных жидкостей, оптических стекол, окон для ядерных применений и т. Д. И т. Д.

В истории большинство продуктов было выдувным стеклом. В последнее время большая часть листового стекла производится с использованием флоат-процесса. Серийные бутылки и декоративные изделия производятся с использованием технологии выдувного стекла в промышленных масштабах. Стеклянные изделия из выдувного стекла изготавливаются вручную в художественных центрах по всему миру.

Основная составляющая стекла - диоксид кремния (SiO 2 ). Самой распространенной формой кремнезема, используемой в стекольном производстве, всегда был песок.

Песок сам по себе может плавиться для производства стекла, но температура, при которой это может быть достигнуто, составляет около 1700 o C. Добавление других химикатов в песок может значительно снизить температуру плавления. Добавление карбоната натрия (Na 2 CO 3 ), известного как кальцинированная сода, в количестве для получения плавленой смеси 75% кремнезема (SiO 2 ) и 25% оксида натрия (Na 2 ). O), снизит температуру плавления примерно до 800 o C.Однако стакан такого состава растворим в воде и известен как жидкое стекло. Чтобы придать стеклу стабильность, необходимы другие химические вещества, такие как оксид кальция (CaO) и оксид магния (MgO). Сырьем, используемым для введения CaO и MgO, являются их карбонаты, известняк (CaCO 3 ) и доломит (MgCO 3 ), которые при воздействии высоких температур выделяют диоксид углерода, оставляющий оксиды в стекле.

Состав и свойства стекла

Когда вы слышите термин «стакан», вы можете подумать о оконном стекле или стакане для питья.Однако существует множество других видов стекла.

Стекло - это название, данное любому аморфному (некристаллическому) твердому веществу, которое демонстрирует стеклование и вблизи его точки плавления. Это связано с температурой стеклования , которая представляет собой температуру, при которой аморфное твердое вещество становится мягким около точки плавления или жидкость становится хрупкой около точки замерзания.

Стекло - это разновидность материи. Иногда термин стекло ограничивается неорганическими соединениями, но чаще теперь стекло может быть органическим полимером или пластиком или даже водным раствором.

Диоксид кремния и стекло

Чаще всего вы сталкиваетесь с силикатным стеклом, которое состоит в основном из кремнезема или диоксида кремния SiO 2 . Это стекло, которое вы найдете в окнах и стаканах для питья. Кристаллическая форма этого минерала - кварц. Когда твердый материал некристаллический, это стекло.

Вы можете сделать стекло, расплавив песок на основе диоксида кремния. Существуют также природные формы силикатного стекла. Примеси или дополнительные элементы и соединения, добавленные к силикату, изменяют цвет и другие свойства стекла.

Примеры стекла

В природе встречается несколько видов стекла:

  • Обсидиан (вулканическое силикатное стекло)
  • Фульгуриты (песок, остеклованный в результате удара молнии)
  • Молдавит (зеленое натуральное стекло, вероятно, возникшее в результате падения метеорита)

Искусственное стекло включает:

  • Боросиликатное стекло (например, Pyrex, Kimax)
  • Изингласс
  • Натриево-известковое стекло
  • Тринитит (радиоактивное стекло, образовавшееся при нагревании дна пустыни в результате ядерного испытания Тринити)
  • Плавленый кварц
  • Фтороалюминат
  • Диоксид теллура
  • Полистирол
  • Резина для шин
  • Поливинилацетат (ПВА)
  • Полипропилен
  • Поликарбонат
  • Некоторые водные растворы
  • Металлы и сплавы аморфные

Стекло

Стекло - это твердый материал, обычно хрупкий и прозрачный, часто встречающийся в нашей повседневной жизни.Он состоит в основном из песка (силикаты, SiO2) и щелочи.

Эти материалы при высокой температуре (т. Е. В вязком расплаве) сливаются друг с другом; затем они быстро охлаждаются, образуя жесткую структуру, но не успевают образовать кристаллическую регулярную структуру.

В зависимости от конечного использования и области применения состав стекла и скорость охлаждения будут варьироваться для достижения адекватных свойств для конкретного применения. Вот общие ингредиенты для получения стекла:

  • Песок (SiO2 диоксид кремния) В чистом виде он существует в виде полимера (SiO2) n.
  • Кальцинированная сода (карбонат натрия Na2CO3) Обычно SiO2 размягчается до 2000 ° C, где он начинает разлагаться (при 1713 ° C большинство молекул уже могут свободно перемещаться). Добавление соды снизит температуру плавления до 1000 ° C, что сделает его более управляемым.
  • Известняк (карбонат кальция или CaCo3) или доломит (MgCO3) Также известный как известь, карбонат кальция встречается в природе в виде известняка, мрамора или мела. Сода делает стекло водорастворимым, мягким и не очень прочным.Поэтому добавление извести увеличивает твердость и химическую стойкость, а также обеспечивает нерастворимость материалов.

Другие материалы и оксиды могут быть добавлены для улучшения свойств (тонировка, долговечность и т. Д.), Создания различных эффектов, цветов и т. Д.

Основные свойства стекла

Это основные характеристики стекла:


  • Неупорядоченная и аморфная структура
  • Хрупкий и легко ломающийся на острые части
  • Прозрачный для видимого света
  • Инертный и биологически инертный материал.
  • Стекло на 100% пригодно для вторичной переработки и является одним из самых безопасных упаковочных материалов благодаря своему составу и свойствам

Стекло используется для архитектурных приложений, освещения, передачи электроэнергии, инструментов для научных исследований, оптических инструментов, бытовых инструментов и даже текстиля . Стекло не портится, не корродирует, не оставляет пятен и не выцветает, поэтому является одним из самых безопасных упаковочных материалов.

Эти свойства можно модифицировать и изменять путем добавления других составов или термообработки.

Типы стекла и применение на рынке

Основные типы стекла описаны ниже:

Коммерческое стекло или натриево-известковое стекло:

Это наиболее распространенное и менее дорогое коммерческое стекло. В состав известково-натриевого стекла обычно входит 60-75% кремнезема, 12-18% соды и 5-12% извести. Небольшой процент других материалов может быть добавлен для определенных свойств, таких как окраска.

  • Имеет светопропускание, подходящее для использования в оконных стеклах;
  • Имеет гладкую и непористую поверхность, что позволяет легко очищать стеклянные бутылки и упаковочное стекло;
  • Емкости из натронно-известкового стекла практически инертны, устойчивы к химическому воздействию водных растворов, поэтому они не загрязняют содержимое внутри и не влияют на вкус.

В то время как чистое стекло SiO2 не поглощает УФ-свет, натриево-известковое стекло не пропускает свет с длиной волны менее 400 нм (УФ-свет).

Недостатком известково-натриевого стекла является то, что оно не устойчиво к высоким температурам и резким тепловым изменениям. Например, все сталкивались с тем, что стакан разбивается при наливании жидкости при высокой температуре, например, для приготовления чая.

В некоторых случаях известково-натриевое стекло используется в основном для изготовления бутылок, банок, повседневных стаканов и оконных стекол.

Свинцовое стекло:

Свинцовое стекло состоит из 54-65% SiO2, 18-38% оксида свинца (PbO), 13-15% соды (Na2O) или поташа (K2) и различных других оксидов. Когда содержание PbO меньше 18%, стекло называют хрустальным.

- В умеренных количествах свинец увеличивает прочность;

- В больших количествах снижает температуру плавления и снижает твердость, делая поверхность мягкой;

- Кроме того, он имеет высокий показатель преломления, что обеспечивает высокую яркость стекла.

Эти два последних свойства делают его подходящим для декоративных целей.

Стекло с высоким содержанием оксида свинца (т.е. 65%) может использоваться в качестве радиационно-защитного стекла, поскольку свинец поглощает гамма-лучи и другие формы вредного излучения, например, для ядерной промышленности.

Как и натриево-известковое стекло, свинцовое стекло не выдерживает высоких температур или резких перепадов температуры.

v

Боросиликатное стекло:

Боросиликатное стекло в основном состоит из кремнезема (70-80%), оксида бора B2O3 (7-13%) и небольших количеств щелочей (натрия и оксиды калия), такие как 4-8% Na2O и K2O, и 2-7% оксида алюминия (Al2O3).

Бор обеспечивает большую устойчивость к тепловым изменениям и химической коррозии.
Подходит для промышленных химических производств, в лабораториях, в фармацевтической промышленности, в лампах для мощных ламп и т. Д. Боросиликатное стекло также используется в домашних условиях для изготовления плит и других жаропрочных продуктов. Он используется для домашних кухонь и химических лабораторий, потому что он имеет большую устойчивость к тепловому удару и обеспечивает большую точность лабораторных измерений при экспериментах по нагреву и охлаждению.

Более подробную информацию о других типах материалов можно найти на следующих веб-страницах:

Состав стекла, Типы стекла

Состав стекла, Типы стекла

Стеклянная композиция, виды стекла

Связанные сайты: Glass Properties на GlobalSpec, GlassOnWeb, MatWeb, Glass Global

Общий обзор стекольного искусства, истории, науки и т. Д. литература, общественные науки и технологии доступны в Музее стекла Корнинга (см. в формате PDF, 1.8 МБ). Schott исследования и развитие суммировали их физические и технические свойства стекла (1,5 МБ). Многочисленные промышленные стекла составы и их свойства включены в «База данных свойств высокотемпературных расплавов стекла для моделирования процессов».

Состав стекла на этом сайте дан в молярных процентах (мол.%). Для преобразования из мол.% В массовые проценты (мас.%) Можно использовать преобразователь состава (Excel, 28 kB).

Состав натриево-известкового стекла (тара, флоат-стекло e.грамм. для окон), моль%

Стеклянная тара типовая

Типичное флоат-стекло

Приблизительные пределы

SiO 2

74,42

71,86

63-81

Al 2 O 3

0.75

0,08

0-2

MgO

0,30

5,64

0-6

CaO

11,27

9,23

7-14

Li 2 O

0.00

0,00

0-2

Na 2 O

12,9

13,13

9-15

К 2 О

0,19

0,02

0–1,5

Fe 2 O 3

0.01

0,04

0-0,6

Cr 2 O 3

0,00

0,00

0-0,2

MnO 2

0,00

0,00

0-0,2

Co 3 O 4

0.00

0,00

0-0,1

TiO 2

0,01

0,01

0-0,8

СО 3

0,16

0,00

0-0,2

SE

0.00

0,00

0-0,1

Составы боросиликатного стекла E, D, R (текстильные волокно)

Приблизительный состав стекла Е в мол.%:

Типичное стекло E

Приблизительные пределы

SiO 2

56.99

43-74

В 2 О 3

6,12

0-8,5

Al 2 O 3

8,78

6-10

MgO

6,50

0.5-9

CaO

19,64

15–28

Na 2 O

0,61

0–2,5

К 2 О

0,00

0-0,5

Fe 2 O 3

0.13

0-0,3

TiO 2

0,44

0-1

Ф

0,70

0-2

Свойства стекол E, R и D (от Saint-Gobain Vetrotex) (0,1 МБ)

Состав стекла ТВ панели, мол.%

Стекло типовой ТВ панели

Приблизительные пределы

SiO 2

71.93

62-85

Al 2 O 3

1,42

0,5–2,5

MgO

0,00

0–2,7

CaO

0,06

0-4,5

SrO

6.23

0,5-7,5

BaO

4,23

0,5-6,5

Li 2 O

0,02

0–1,5

Na 2 O

8,66

6-11

К 2 О

5.63

4-7

Fe 2 O 3

0,02

0-0,02

TiO 2

0,38

0-0,5

CeO 2

0,11

0-0.3

ZrO 2

0,79

0-2

ПБО

0,00

0-1

ZnO

0,44

0–1,5

As 2 O 3

0.00

0-0,1

Сб 2 О 3

0,07

0-0,2

Ф

0,00

0–3

Прочие составы боросиликатного стекла

Боросиликатное стекло с низким коэффициентом кратности, e.грамм. Pyrex TM , Kimax TM , Duran TM или Jenaer Glas TM , приблизительный состав стекла в мол.%:

Типичное боросиликатное стекло с низким коэффициентом кратности

Приблизительные пределы

SiO 2

83,34

65-85

В 2 О 3

11.19

8-15

Al 2 O 3

1,33

1-5

CaO

0,03

0–2,5

Na 2 O

4,08

3-9

К 2 О

0.04

0-2

BaO

0,00

0-1

Стекловолокно боросиликатное стекло, приблизительное состав в% мол .:

Обычное волокнистое боросиликатное стекло

Приблизительные пределы

SiO 2

63.51

50-78

В 2 О 3

2,89

2,5-9

Al 2 O 3

2,92

0-4

MgO

5,22

1.5-8

CaO

8,97

5-15

Na 2 O

15,70

12-18

К 2 О

0,54

0–1,5

Fe 2 O 3

0.12

0-0,3

Ф

0,00

0–2,5

СО 3

0,13

0-0,2

Без щелочи стеклянные композиции

Квартира панельные дисплеи, пример состава стекла в мол.%:

SiO2: 70

B2O3: 10

Al2O3: 10

CaO: 6

SrO: 3

BaO: 1

Стеклокерамическое уплотнение для твердооксидных топливных элементов, пример состава стекла в% мол. [1]:

SiO2: 35.0

B2O3: 9,4

BaO: 35,8

CaO: 12,6

MgO: 0,9

Al2O3: 5,2

ZrO2: 1,2

Плавленый кварц

Стекло из плавленого кварца представляет собой чистый диоксид кремния (100% SiO2). в некристаллическом состоянии. Изготовить его очень сложно, поэтому самые дорогие из всех очков. Он может выдерживать рабочие температуры до 1200 o C кратковременно.

Состав свинцового стекла

Свинцовые стекла, не содержащие щелочи, для электротехнического применения, пример состава стекла в% мол. [2]:

SiO2: 62.9

B2O3: 13,6

Al2O3: 2,6

MgO: 10,3

ZrO2: 2,1

PbO: 8,5

Стаканы свинцовые для художественных работ (хрусталь), примерный состав стекла в моль%:

PbO:> 8

...

Свинцовые стаканы для трубки термометра, примерный состав стекла в мол.%:

...

Стекло для отходов иммобилизация

Золото Рубиновое стекло



[1] Z.Янг, Дж. В. Стивенсон, К. Д. Мейнхардт; «Химические взаимодействия бария-кальция-алюмосиликата на основе герметизирующие стекла из стойких к окислению сплавов », Solid State Ionics 160 (2003), с. 213–225 (в наличии онлайн в ScienceDirect)

[2] З. К. Цзэн, П. Хинг: «Подготовка и поведение при тепловом расширении стеклянных покрытий для электронных приложений »; Химия и физика материалов, т. 75, Issues 1-3, 28 апреля 2002 г., стр. 260-264. (доступно на сайте ScienceDirect)

Натриево-известковое стекло - обзор

9 Common Glass Systems

Первичные стеклообразователи в промышленных оксидных стеклах - это кремнезем (SiO 2 ), оксид бора (B 2 O 3 ) и пятиокись фосфора ( P 2 O 5 ), все из которых легко образуют однокомпонентные стекла (Shelby, Lopes, 2005).Из них, кроме кремнезема, только оксид бора имеет некоторое коммерческое значение и только при смешивании с кремнеземом. Кремнезем является наиболее важным стеклообразователем, а силикатные стекла составляют более 95% промышленного производства стекла (Zarzycki, 1991). Стекло на основе диоксида кремния технически важно из-за его превосходной химической стойкости (за исключением HF и щелочей) и небольшого коэффициента расширения, что делает его очень хорошим кандидатом на устойчивость к тепловому удару (Zarzycki, 1991). Стекло можно разделить на разные группы в зависимости от его предполагаемого использования или химического состава.В следующих разделах описаны наиболее распространенные типы стекла в зависимости от их химического состава.

9.1 Натриево-известковое стекло или товарное стекло

Натриево-известковое стекло является наиболее распространенным товарным стеклом. Это сравнительно недорого и поддается переработке. Типичный состав этого стекла: 70–75 мас.% SiO 2 , 12–16 мас.% Na 2 O и 10–15 мас.% CaO (Bauccio, 1994; Pfaender, 1996). Небольшой процент других реагентов может быть добавлен для определенных свойств и требований применения.Основной добавкой в ​​стекло этого типа, кроме кремнезема (SiO 2 ), является оксид натрия или сода (Na 2 O). Несмотря на то, что оксид натрия содержит атомы кислорода, он удерживается вместе ионными, а не ковалентными связями. Атомы натрия в смеси отдают электроны атому кислорода, образуя смесь отрицательно заряженных ионов кислорода и положительно заряженных ионов натрия. Атом кислорода с дополнительным электроном связывается с одним атомом кремния и не образует мостик между парами атомов кремния.Поэтому температура плавления смеси значительно снижается (Bloomfield, 2001). Относительно высокое содержание щелочи в стекле также вызывает увеличение коэффициента теплового расширения примерно в 20 раз (Pfaender, 1996). Поскольку ионы натрия хорошо растворяются в водном растворе, в смесь добавляют оксид кальция (CaO), чтобы улучшить ее нерастворимость. Натриевое стекло производится в больших масштабах и используется для изготовления бутылок, стаканов и окон. Его светопропускающие свойства, а также низкая температура плавления делают его пригодным для использования в качестве оконного стекла.Его гладкая и нереактивная поверхность делает его отличным контейнером для еды и напитков. В настоящее время переработанное стекло, также известное как стеклобой, используется для производства зеленого стекла, что помогает экономить энергию и сокращать выбросы.

9.2 Свинцовое стекло

Свинцовое стекло аналогично натронно-известковому стеклу, в котором известь заменена большей частью оксида свинца (PbO). Свинцовое стекло обычно содержит 55–65 мас.% SiO 2 , 18–38 мас.% PbO и 13–15 мас.% Na 2 O или K 2 O (Bauccio, 1994; Pfaender, 1996).Свинцовое стекло обычно используется для изготовления декоративной посуды. Он также входит в состав специальных оптических очков из-за их высокого показателя преломления. Сети в свинцовом стекле более полные, чем в натриево-известковом стекле, поэтому они прочнее и имеют меньшее внутреннее трение (Bloomfield, 2001). Оксид свинца также делает стекло плотным, твердым и поглощающим рентгеновские лучи, что делает его пригодным для использования в качестве защиты от излучения.

9.3 Алюмосиликатное стекло

Алюмосиликатное стекло обычно получают из трехкомпонентной системы с типичным составом 52–58 мас.% SiO 2 , 15–25 мас.% Al 2 O 3 и 4–18 мас. % CaO (Бауччо, 1994).Обладая низким тепловым расширением и высокой температурой размягчения, это стекло может выдерживать высокие температуры лучше, чем натриево-известковое стекло, и используется в термометрах, трубах для сжигания, кухонной посуде, галогенных лампах, печах и изоляции из стекловолокна.

9,4 Боросиликатное стекло

Боросиликатное стекло содержит значительные количества кремнезема (SiO 2 ) и оксида бора (B 2 O 3 > 8%) в качестве стекловолоконных сеткообразователей и обычно состоит из 70–80 мас. % SiO 2 , 7–13 мас.% B 2 O 3 4–8 мас.% Na 2 O или K 2 O и 2–8 мас.% Al 2 O 3 (Bauccio, 1994; Pfaender, 1996).Стекло, содержащее 7–13 мас.% B 2 O 3 , известно как боросиликатное стекло с низким содержанием бората и в основном используется для производства химических аппаратов, ламп и колпаков для трубок. Стекла, содержащие 15–25% B 2 O 3 , известны как высокоборатные боросиликатные стекла. Высокоборатное боросиликатное стекло также известно как выщелачиваемое щелочно-боросиликатное стекло с оптимальным составом 62,7 мас.% SiO 2 , 26,9 мас.% B 2 O 3 , 6,6 мас.% Na 2 O и 3.5 мас.% Al 2 O 3 (Elmer, 1992). Это стекло может быть дополнительно обработано для производства стекла с контролируемыми порами (CPG), которое широко используется в качестве стационарной среды в хроматографии, или, альтернативно, поры могут быть закрыты, чтобы получить прозрачное непроницаемое стекло, известное как Vycor 96% -ное кварцевое стекло, обычно используемое. в посуде. Увеличение содержания B 2 O 3 в сочетании с очень мелкомасштабным разделением вторичных фаз внутри кремнеземной фазы увеличивает химическую стойкость, и в этом аспекте высокоборатное боросиликатное стекло сильно отличается от низкоборатного.

Химия вещей

" The Chemistry of Things " стремится раскрыть химию, скрытую в нашей повседневной жизни, и показать, как последние достижения науки способствуют благополучию общества.

Все, что нас окружает, в природе и в других местах создано из «химикатов». Химия лежит в основе Жизни и играет фундаментальную роль в современном обществе, иногда удивительным образом и в неожиданных «вещах». «Вещи», лежащие на расстоянии одного «клика» на этих страницах.

Этот проект был разработан в рамках Международного года химии - 2011 и профинансирован COMPETE - Операционная программа по факторам конкуренции и Ciência Viva, Программа по науке о СМИ .

Состав и свойства стекла • QSI Quartz

Когда вы слышите термин «стакан», вы можете подумать о оконном стекле или стакане для питья. Однако существует множество других видов стекла.

Стекло - это название, данное любому аморфному (некристаллическому) твердому веществу, которое демонстрирует стеклование и вблизи его точки плавления. Это связано с температурой стеклования , которая представляет собой температуру, при которой аморфное твердое вещество становится мягким около точки плавления или жидкость становится хрупкой около точки замерзания.

Стекло - это разновидность материи. Иногда термин стекло ограничивается неорганическими соединениями, но чаще теперь стекло может быть органическим полимером или пластиком или даже водным раствором.

Диоксид кремния и стекло

Чаще всего встречается силикатное стекло, состоящее в основном из кремнезема или диоксида кремния SiO 2 . Это стекло, которое вы найдете в окнах и стаканах для питья. Кристаллическая форма этого минерала - кварц.Когда твердый материал некристаллический, это стекло.

Стекло можно изготовить, расплавив песок на основе диоксида кремния. Существуют также природные формы силикатного стекла. Примеси или дополнительные элементы и соединения, добавленные к силикату, изменяют цвет и другие свойства стекла.

Примеры стекла

В природе встречается несколько видов стекла:

  • Обсидиан (вулканическое силикатное стекло)
  • Фульгуриты (песок, остеклованный в результате удара молнии)
  • Молдавит (зеленое натуральное стекло, вероятно, возникшее в результате падения метеорита)
  • Боросиликатное стекло (e.г., Pyrex, Kimax)
  • Изингласс
  • Натриево-известковое стекло
  • Тринитит (радиоактивное стекло, образовавшееся при нагревании дна пустыни в результате ядерного испытания Тринити)
  • Плавленый кварц
  • Фтороалюминат
  • Диоксид теллура
  • Полистирол
  • Резина для шин
  • Поливинилацетат (ПВА)
  • Полипропилен
  • Поликарбонат
  • Некоторые водные растворы
  • Металлы и сплавы аморфные

Первоначальный источник

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *