Стекло как один из самых древних материалов, анализ свойств и стеклообразующих веществ. Знакомство с видами стекол: содово-известковое, химико-лабораторное, оптическое. Основное назначение стеклодува, рассмотрение его конструктивных особенностей.
Стекло - твердое тело, структурно - аморфно, изотропно; все виды стекол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии - от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного. Температура варки стекол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и др.). В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными (силикатные, кварцевое, германатные, фосфатные, боратные), фторидными, сульфидными и т. д. Химико-лабораторное стекло - стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью. В качестве главной составной части в стекле содержится 70-75 % двуокиси кремния (SIO2), получаемой из кварцевого песка при условии соответствующей грануляции и свободы от всяких загрязнений.
Введение
стекло оптический известковый
Стекло - вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, - универсальный в практике человека. Стекло - твердое тело, структурно - аморфно, изотропно; все виды стекол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии - от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного. Температура варки стекол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и др.). Прозрачность не является общим свойством для всех видов существующих как в природе, так и в практике стекол.
Стеклообразующие вещества
К стеклообразующим веществам относятся: Оксиды: SIO2
B2O3
P2O5
TEO2
GEO2
Фториды: ALF<3>Виды стекол
В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными (силикатные, кварцевое, германатные, фосфатные, боратные), фторидными, сульфидными и т. д.
Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SIO2), соды (Na2CO3) и извести (CAO). В результате получается химический комплекс с составом Na2O*CAO*6SIO2.
Кварцевое стекло получают плавлением кремнеземистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула - SIO2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения (см. выше -кластофульгуриты), образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка (этот факт лежит в основе одной из исторических версий происхождения технологии).
Кварцевое стекло характеризуется весьма малым коэффициентом температурного расширения и потому его иногда используют в качестве материала для деталей точной механики, размеры которых не должны меняться при изменении температуры. Примером служит использование кварцевого стекла в точных маятниковых часах.
Оптическое стекло - применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.
Химико-лабораторное стекло - стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью.
Основные промышленные виды стекла
В качестве главной составной части в стекле содержится 70-75 % двуокиси кремния (SIO2), получаемой из кварцевого песка при условии соответствующей грануляции и свободы от всяких загрязнений. Венецианцы для этого применяли чистый песок из реки По или даже завозили его из Истрии, тогда как богемские стеклоделы получали песок из чистого кварца.
Второй компонент - окись кальция (CAO) - делает стекло химически стойким и усиливает его блеск. На стекло она идет в виде извести. Древние египтяне получали ее из щебня морских раковин, а в Средние века она приготовлялась из золы деревьев или морских водорослей, так как известняк в качестве сырья для приготовления стекла был еще не известен. Первым подмешивать к стеклянной массе мел, как тогда назывался известняк, стали богемские стеклоделы в XVII веке.
Следующей составной частью стекла являются оксиды щелочных металлов - натрия (Na2O) или калия (K2O), нужные для плавки и выделки стекла. Их доля составляет примерно 16-17 %. На стекло они идут в виде соды (Na2CO3) или поташа (K2CO3), которые при высокой температуре легко разлагаются на окиси. Соду сначала получали выщелачиванием золы морских водорослей, а в местности, удаленной от моря, применяли содержащий калий поташ, получая его выщелачиванием золы буковых или хвойных деревьев.
Различаются три главных вида стекла: · Содово-известковое стекло (1Na2O : 1CAO : 6SIO<2)>· Калийно-известковое стекло (1K2O : 1CAO : 6SIO2)
· Калийно-свинцовое стекло (1K2O : 1PBO : 6SIO2)
Кальциево-натриевое стекло
«Содовое стекло» можно с легкостью плавить, оно мягкое и потому легко поддается обработке, а кроме того, чистое и светлое.
Калиево-кальциевое стекло
«Поташное стекло», в отличие от натриевого, более тугоплавкое, твердое и не такое пластичное и способное к формовке, но обладает сильным блеском. Оттого что раньше его получали непосредственно из золы, в которой много железа, стекло было зеленоватого цвета, и в XVI веке для его обесцвечивания начали применять перекись марганца. А так как именно лес давал сырье для изготовления этого стекла, его называли еще лесным стеклом. На килограмм поташа шла тонна древесины.
Свинцовое стекло
Свинцовое стекло (или «хрусталь»), получается заменой окиси кальция окисью свинца. Оно довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжелое, отличается сильным блеском и высоким показателем преломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая игру света.
Боросиликатное стекло
Включение оксида бора вместо щелочных составляющих шихты придает этому стеклу свойства тугоплавкости, стойкости к резким температурным скачкам и агрессивным средам. Изменение состава и ряд технологических особенностей, в свою очередь, сказывается на себестоимости - оно дороже обычного силикатного.
Пористое стекло
Воздействие воды и растворов кислот на силикатные стекла выражается образованием на их поверхности тонкой пленки пористого строения - об этом было известно давно. В определенной области тройной диаграммы лежат составы малоустойчивых щелочно-боросиликатных стекол, такое воздействие на которые (в особенности - растворов кислот) результатом может иметь образование насквозь пористых продуктов - так называемых пористых стекол. В этом случае в раствор переходит пребывавший в составе исходного материала практически весь щелочной оксид, весомая часть борного ангидрида, а пористый продукт реакции будет на 93-96 % состоять из кремнезема и при определенных условиях сохранит внешние качества исходного стеклянного материала: блестящую полированную поверхность и форму.
Получение пористых стекол значительных размеров и толщины возможно только из стекла некоторых определенных составов. Пористые стекла по объему, соответствующему исходному - сравнительно небольшие, образуются из щелочно-боросиликатных стекол, входящих в стекла более сложного состава, и из двухкомпонентных боросиликатных стекол, содержащих от 60 % SIO2.
Первые исследования пористых стекол и их структуры относятся к началу 1930-х годов. Одной из первых публикаций, посвященных настоящей теме, явилась работа 1931 года И. В. Гребенщикова и Т. А. Фаворской . Особую интенсивность изучение свойств щелочно-боросиликатных стекол и получаемых из них пористых стекол И. В. Гребенщиковым и его сотрудниками приобрело с 1940 года.
Тогда и в последующих исследованиях было получено представление о том, что пористые стекла, обладая некоторыми общими характерными особенностями, одновременно демонстрируют большое разнообразие структур, находящееся в зависимости от условий их образования, термической истории исходного стекла и его состава. В дальнейшем многими исследователями были получены материалы данной категории разнообразной структуры, чрезвычайно широкого диапазона обусловленных ею свойств, имеющие очень большую сферу применения.
Прозрачное и цветное стекло
Прозрачное стекло
Рецептура прозрачного стекла была известна еще в древности, о чем свидетельствуют античные флаконы и бальзамарии, в том числе и цветные,- на помпейских фресках мы видим совершенно прозрачную посуду с фруктами. Но вплоть до Средневековья, когда огромное распространение получают витражи, не приходится встречать образцов стеклоделия, выраженно обладающих этими свойствами.
Оптическое стекло
К оптическому стеклу предъявляют особые технические требования, первое из которых - однородность, оцениваемая до сих пор на основании экспертного анализа по степени и количеству находящихся в нем свилей и прозрачности в заданном диапазоне спектра.
Наличие у государства собственного производства оптического стекла является показателем уровня его научно-технического развития.
Цветное стекло
Обычная стеклянная масса после остывания имеет желтовато-зеленый или голубовато-зеленый оттенок. Стеклу можно придать окраску, если в состав шихты произвести включение, например, тех или иных оксидов металлов, которые в процессе варки изменят его структуру, что после остывания, в свою очередь, заставляет стекла выделять определенные цвета из спектра проходящего сквозь них света. Железистые соединения окрашивают стекло в цвета - от голубовато-зеленых и желтых до красно-бурых, окись марганца - от желтых и коричневых до фиолетовых, окись хрома - в травянисто-зеленый, окись урана - в желтовато-зеленый (урановое стекло), окись кобальта - в синий (кобальтовое стекло), окись никеля - от фиолетового до серо-коричневого, окись сурьмы или сульфид натрия - в желтый (в самый же красивый желтый окрашивает, однако, коллоидное серебро), окись меди - в красный (так называемый медный рубин в отличие от золотого рубина, получаемого прибавкой коллоидного золота). Костяное стекло получается замутнением стекломассы пережженной костью, а молочное - прибавкой смеси полевого и плавикового шпата. Теми же прибавками, замутив стекломассу в очень слабой степени, получают опаловое стекло. Окрашенные стекла, помимо других областей применения, используют в качестве цветных светофильтров.
Художественное стекло
Этот материал изначально, и в силу разнообразия своих декоративных возможностей, и благодаря уникальным свойствам, в том числе - подобию красивейшим самоцветам, а порой в чем-то и превосходя их, именно через изобразительное творчество, с момента, когда слиток впервые оказалось на ладони мастера, - радует и, вероятно, всегда, чаруя, будет присутствовать в жизни способного ценить его красоту. Нелишним будет напомнить и то, что некогда ценой своей с золотом могло соперничать только стекло. Действительно, самые ранние его рукотворные образцы - украшения.
· Выдувание стекла - операция, позволяющая из вязкого расплава получить различные формы - шары, вазы, бокалы.
С точки зрения стеклодува стекла делятся на «короткие» (тугоплавкие и термостойкие, например - «пирекс«), пластичные в весьма узком диапазоне температур и «длинные» (легкоплавкие, например - молибденовое) - имеющие этот интервал значительно более широким.
Важнейший рабочий инструмент стеклодува, его выдувальная трубка - это полая металлическая трубка длиной 1-1,5 м, на одну треть обшитая деревом и снабженная на конце латунным мундштуком. Пользуясь трубкой, стеклодув набирает из печи расплавленное стекло, выдувает его в форме шара и формует. Для этого ему нужны металлические ножницы для отрезания стеклянной массы и прикрепления ее к трубке, длинные пинцетообразные клещи из металла для вытягивания и формования стеклянной массы, для образования тисненых украшений и т. д., сечка для отсекания всего изделия от трубки и деревянная ложка (скалка, долок - в форме коклюшки) для разравнивания набранной стекломассы. Предварительно отформованное с помощью этих инструментов стекло («баночку») стеклодув вкладывает в форму из дерева или железа. Оставшийся от отшибания след (насадок, колпачок) приходится удалять шлифовкой.
Готовое изделие отшибают от трубки на вилы и несут в отжигательную печь. Отжиг изделия производится несколько часов при температуре около 500 °C с тем, чтобы снять возникшие в нем напряжения. Неотожженное изделие может изза них рассыпаться при малейшем прикосновении, а иногда и самопроизвольно. В демонстрационных целях это явление издавна эффектно показывается на батавских слезках - застывших каплях из стекла.
· Шлифовка и полировка стекла
· Огранка стекла
· Металлизация и окрашивание стекла
Смарт-стекло
Смарт-стекло - класс стекольных материалов. Представляет собой композит из слоев стекла и различных химических материалов, используемый в архитектуре и производстве для изготовления светопрозрачных конструкций (окон, перегородок, дверей и т. п.), изменяющий свои оптические свойства (матовость, коэффициент пропускания, коэффициент поглощения тепла и т. д.) при изменении внешних условий, например, освещенности или температуры или при подаче электрического напряжения.
Стекловолокно и стеклоткань
Из обычного стекла можно получить тонкие весьма гибкие нити, пригодные для изготовления ткани. В современной технике стекловолокно из специальных марок стекла наиболее широко используется в волоконной оптике, для изготовления композиционных (фиберглас), электроизолирующих (напр. стеклолента, стеклотекстолит) и теплоизолирующих (стекловата) материалов.
Таблица. Состав некоторых промышленных стекол
Химический состав
СтеклоSIO2B2О3Al2O3MGOCAOBAOPBONa2OK2OFe2O3SO3
Оконное71,8-24,16,7--14,8-0,10,5
Тарное71,5-3,33,25,2--16-0,60,2
Посудное74-0,5-7,45--1620,05-
Хрусталь56,5-0,48-1-276100,02-
Химико-лабораторное68,42,73,9-8,5--9,47,1--
Оптическое41,4-----53,2-5,4--
Кварцоидное963,5-----0,5---
Электроколбочное71,9--3,55,52-16,11--
Электровакуумное66,920,33,5----3,95,4--
Медицинское7344,517--8,52--
Жаростойкое57,6-2587,4---2--
Термостойкое80,5122-0,5--41--
Термометрическое57,110,120,64,67,6------
Защитное12-----86-2--
Радиационно-стойкое48,240,65-0,1529,5-17,5--
Стеклянное волокно71-338--15---
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
