klasyfikacja szkła.

Wyroby szklane.

Szkło- jednorodna bryła amorficzna, którą uzyskuje się przez schłodzenie masy szklanej. Prostym przykładem jest wzięcie kostki cukru, podgrzanie jej do stanu płynnego, a następnie schłodzenie. Cukier traci swoją pierwotną strukturę krystaliczną i staje się substancją amorficzną.

Historia szkła.

Po raz pierwszy szkło pojawiło się w starożytnym Egipcie przez 3…4 tysiące lat p.n.e. Jednak nawet kieliszek tamtej epoki wygląd różni się od teraźniejszości. Z reguły nie były przezroczyste i zawierały dużą liczbę bąbelków. Z takiego szkła wykonano biżuterię.

Pod koniec VII wieku produkcja szkła odbywa się w Wenecji, gdzie do IX wieku. dotrze wysoki poziom. Słynne weneckie witraże i mozaiki zdobiły kościoły tego okresu, a monopolem weneckiego wytwarzania szkła były różne wyroby artystyczne wykonane ze szkła kolorowego, mozaikowego i filigranowego, lustra. Potem ta sztuka przeniknęła do innych krajów. Zachodnia Europa i Bliski Wschód.

Pod koniec XVII wieku. w Czechach wynaleziono szkło wyróżniające się czystością, przezroczystością i twardością, znane jako „czeski kryształ”.

Szklarstwo w Rosji powstało w IX-X wieku, czyli znacznie wcześniej niż w
Ameryka (XVII wiek) i wcześniej niż w wielu innych krajach Europy Zachodniej.

Pierwsza huta szkła w Rosji powstała w 1638 roku pod Moskwą. Zakład ten produkował szkło okienne i inne wyroby ze szkła. Za Piotra I bardzo rozwinął się przemysł szklarski. W tym okresie powstawały huty szkła pod Moskwą, w Kijowie i innych miastach. Do 1760 r. w Rosji było już ponad 25 fabryk szkła, zlokalizowanych w różnych prowincjach. Fabryki te produkowały głównie szkło okienne, butelki i artykuły gospodarstwa domowego.

Założycielem naukowych podstaw szklarstwa w Rosji jest M.V. Łomonosow, który w 1752 r. zbudował fabrykę pod Petersburgiem i zorganizował w niej produkcję kolorowych okularów. Śr. Łomonosow opracował metodę prasowania szkła na gorąco.

skład szkła.

Surowce do produkcji szkła dzielą się na podstawowe lub szklarskie i pomocnicze.

Za pomocą podstawowych materiałów do składu szkła wprowadzane są różne tlenki, które po stopieniu tworzą masę szklaną. Właściwości szkła zależą od zawartych w nim tlenków i ich proporcji. Główny tlenek SiO2 jest wprowadzany do szkła przez piasek kwarcowy. Piasek musi być wolny od zanieczyszczeń, zwłaszcza barwników (tlenki żelaza, tytanu, chromu), które powodują niebieskawe, żółtawe, zielonkawe odcienie szkła, zmniejszają jego przezroczystość. Wraz ze wzrostem zawartości dwutlenku krzemu w szkle wytrzymałość mechaniczna i termiczna poprawia się odporność chemiczna, ale wzrasta temperatura topnienia.

Tlenek boru B2O3 ułatwia topienie i poprawia właściwości fizykochemiczne szkła.

Tlenek glinu A12O3 pomaga zwiększyć wytrzymałość i odporność chemiczną szkła.

Tlenki alkaliczne Na2O, K2O obniżają temperaturę topnienia szkła, ułatwiają formowanie wyrobów, ale obniżają wytrzymałość, żaroodporność i odporność chemiczną.

Tlenki wapnia, magnezu, cynku zwiększają odporność chemiczną i termiczną wyrobów. Tlenki baru, ołowiu i cynku zwiększają gęstość, poprawiają właściwości optyczne i dlatego są wykorzystywane do produkcji kryształów.

Materiały pomocnicze wprowadzony w celu poprawy właściwości konsumenckich szkła. Zgodnie z ich przeznaczeniem dzielą się na odstojniki, wybielacze, środki wyciszające, barwniki, środki redukujące i utleniające.

Odstojniki przyczyniają się do usuwania gazów z masy szklanej, które powstają podczas rozkładu surowców. Ze względu na wtrącenia gazu masa szkła staje się nieprzezroczysta. Jako odstojniki stosuje się saletrę, sole amonowe, trójtlenek arsenu. Po podgrzaniu odstojniki rozkładają się, unoszą w postaci par i porywają wtrącenia gazowe.

Odbarwiacze gasić lub osłabiać niepożądane odcienie kolorów. Ze względu na niewielkie zanieczyszczenia tlenkami żelaza, szkło ma zielonkawo-niebieskawy odcień, a odbarwiacze są używane, aby ten odcień był niewidoczny. Zastosuj 2 metody usuwania przebarwień - fizyczną i chemiczną. Metodą fizyczną wprowadza się do składu masy szklanej dodatkowy barwnik, który neutralizuje działanie głównego. Wybielacze fizyczne obejmują związki manganu, kobaltu itp. Wybielacze chemiczne przekształcają kolorowe związki w bezbarwne. Należą do nich saletra, antymon. Związki te przekształcają 2-wartościowy tlenek żelaza w 3-wartościowy tlenek żelaza, który ma słabszy kolor.

Tłumiki(fluorki i fosforany) zmniejszają przezroczystość i powodują, że szkło wydaje się białe.

Barwniki nadaj szkłu pożądany kolor. Jako barwniki stosowane są tlenki lub siarczki metali ciężkich. Zabarwienie może również wystąpić z powodu uwolnienia koloidalnych cząstek wolnych metali (miedzi, złota, antymonu) w szkle.

Szkło barwione jest na niebiesko tlenkiem kobaltu, na niebiesko tlenkiem miedzi, na zielono z tlenkiem chromu lub wanadu, na fioletowo z nadtlenkiem manganu, na różowo z selenem itp.

Środki utleniające i redukujące dodawany podczas gotowania kolorowych szklanek, aby stworzyć środowisko o określonym pH. Należą do nich saletra, węgiel itp.

Przyspieszacze gotowania przyczyniają się do przyspieszenia topienia szkła. Należą do nich związki fluoru, sole glinu itp.

właściwości szkła. Zależy od jego składu.

Gęstość szkła zwykłego wynosi 2500 kg/m3, największą gęstość mają szkła z wysoką zawartością tlenku ołowiu - do 6000 kg/m3. Zależy ona głównie od obecności w składzie szkła tlenków metali ciężkich (ołowiu, baru, cynku) i wpływa na masę wyrobów, właściwości optyczne i termiczne. Wraz ze wzrostem gęstości współczynnik załamania światła, blask i gra światła na twarzach wzrasta, ale zmniejsza się odporność na ciepło, wytrzymałość i twardość.

Właściwości optyczne szkła są zróżnicowane. Okulary mogą być przezroczyste (przepuszczalność 0,85 lub więcej) i wyciszone w różnym stopniu, bezbarwne i kolorowe, z błyszczącą i matową powierzchnią. Główne właściwości optyczne szkła to: przepuszczalność światła (przezroczystość), załamanie światła, odbicie, rozpraszanie itp. Zwykłe szkła krzemianowe dobrze przepuszczają całą widzialną część widma i praktycznie nie przepuszczają promieni ultrafioletowych i podczerwonych. Przezroczystość większości szkieł wynosi 84-90%. Zmieniając skład chemiczny szkła i jego kolor, można kontrolować przepuszczalność światła przez szkło. Współczynnik załamania (stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta odbicia) dla zwykłych okularów wynosi 1,5, dla kryształu 1,9. Jednocześnie im wyższy współczynnik załamania, tym wyższy współczynnik odbicia.

Szkło charakteryzuje się wysoką wytrzymałością na ściskanie 700-1000 MPa oraz niską wytrzymałością na rozciąganie 35-85 MPa.

Twardość to zdolność szkła do opierania się przebiciu przez inne ciało. Zależy od składu. Szkła kwarcowe, a także niskoalkaliczne szkła borokrzemianowe mają wysoką twardość. Szklanki kryształowe są 2 razy bardziej miękkie niż zwykłe. Twardość zwykłych szkieł krzemianowych wynosi 5-7 w skali Mohsa.
Kruchość to odporność szkła na uderzenia. Szkło nie jest dobrze odporne na uderzenia, to znaczy jest kruche. Obecność w szkle bezwodnika borowego i tlenku magnezu zwiększa udarność szkła.
Przewodność cieplna szkła jest niska, dlatego szkło służy do ochrony pomieszczeń zimą. Szkło kwarcowe ma najwyższą przewodność cieplną.

Stabilność termiczna szkieł zależy od wielu czynników: składu szkła, kształtu i wielkości produktu, charakteru powierzchni itp. Za pomocą specjalnej obróbki cieplnej można kilkukrotnie zwiększyć odporność termiczną szkła.

Przewodność elektryczna szkła jest niska (szkło jest dielektrykiem). Jednocześnie przewodność elektryczna szkieł zmienia się wraz z temperaturą (roztopione szkło przewodzi prąd). Największy wpływ na przewodnictwo elektryczne ma zawartość w nich tlenku litu; im więcej jest w składzie szkła, tym wyższa przewodność elektryczna. Zmniejszenie przewodności elektrycznej tlenków metali dwuwartościowych (przede wszystkim BaO).
Szkło się nadaje obróbka skrawaniem: może być piłowany piłami tarczowymi diamentowymi, toczony frezami pobedit, cięty diamentem, szlifowany, polerowany. Szkło można formować w stanie plastycznym w temperaturze 800-1000°C.

klasyfikacja szkła.

Okulary są klasyfikowane według składu. Ich nazwa zależy od zawartości niektórych tlenków. Wyróżnia się następujące szkła tlenkowe:

krzemian - SiO 2;

glinokrzemian - Al 2 O 3, SiO 2;

borokrzemian - B 2 O 3, SiO 2;

glinokrzemian boru - B 2 O 3, Al 2 O 3, SiO 2 i inne.

Każdy rodzaj szkła ma określone właściwości.

Szkła krzemianowe dzielą się na zwykłe, kryształowe, żaroodporne. Popularne to szkła sodowo-wapniowe, sodowo-wapniowe, potasowo-wapniowe, sodowo-potasowo-wapniowe.

Szkła kryształowe charakteryzują się podwyższonym blaskiem i silnym załamaniem. Rozróżnij kryształ ołowiowy i bezołowiowy. Kryształ ołowiowy ma zwiększoną masę i jest dobrze zdobiony. W zależności od ilości tlenku ołowiu kryształ ołowiu dzieli się na

1. Szkło kryształowe zawierające co najmniej 10% tlenku ołowiu, boru lub cynku.

2. Niski kryształ ołowiowy zawierający 18-24% tlenku ołowiu.

3. Kryształ ołowiowy zawierający 24-30% tlenku ołowiu.

4. Wysoki kryształ ołowiu zawierający 30% lub więcej tlenku ołowiu.

Kryształ bezołowiowy zawiera głównie tlenek baru (co najmniej 18%), który poprawia załamanie, zwiększa twardość i połysk szkła, ale zmniejsza przezroczystość.

Okulary żaroodporne wytrzymują nagłe zmiany temperatury. Zawierają związki boru (12-13%). Stabilność termiczna takiego szkła wzrasta po hartowaniu.
Właściwości chemiczne szkła.

Odporność chemiczna szkła decyduje o przeznaczeniu i niezawodności produktów. Jest bardzo wysoka, zwłaszcza w stosunku do wody, kwasów organicznych i mineralnych (z wyjątkiem fluorowodoru). Alkalia i węglany alkaliczne działają bardziej agresywnie. Kwas fluorowodorowy rozpuszcza szkło i dlatego służy do nanoszenia wzorów na szkło, matowania i chemicznego polerowania produktów.

Kształtowanie właściwości konsumenckich wyrobów szklanych następuje w procesie ich produkcja.

Produkcja wyrobów szklanych składa się z kilku etapów: przygotowanie surowców, mieszanie, topienie wytopu szkła, produkcja wyrobów szklanych, obróbka i zdobienie wyrobów, sortowanie, znakowanie i pakowanie wyrobów.

1. Przygotowanie surowców ogranicza się do oczyszczenia piasku kwarcowego i innych składników z niepożądanych zanieczyszczeń, drobnego mielenia i przesiewania materiałów.

2. Przygotowanie wsadu, czyli suchej mieszanki materiałów, polega na odważeniu składników zgodnie z recepturą i dokładnym wymieszaniu ich do uzyskania pełnej jednorodności. Bardziej zaawansowaną metodą jest produkcja brykietów i granulatów z wsadu; jednocześnie utrzymywana jest jednorodność wsadu, a gotowanie jest przyspieszone. Dodatkowo w celu przyspieszenia topienia szkła do wsadu dodaje się 25-30% stłuczki szklanej. Stłuczka jest myta, kruszona i przepuszczana przez magnes.

3. Gotowanie wytopu szkła z wsadu odbywa się w łaźniach i piecach garnkowych w maksymalnej temperaturze 1450-1550°C. Podczas procesu gotowania zachodzą złożone przemiany fizyczne i chemiczne oraz interakcje surowców. Za pomocą klaryfikatorów masa szklana jest uwalniana od wtrąceń gazowych, dokładnie mieszana, aż do uzyskania jednolitego składu i lepkości. W przypadku naruszenia trybów przetwarzania surowców, przygotowania mieszanki i gotowania powstają wady masy szklanej (przeanalizujemy później).

4. Formowanie wyrobów z lepkiej masy szklanej odbywa się różnymi metodami. Sposób formowania w dużej mierze determinuje konfigurację produktów, grubość ścianki, techniki zdobienia, kolorystykę, dlatego jest ważną cechą asortymentową i cenową.

Produkty gospodarstwa domowego są wytwarzane przez rozdmuchiwanie, prasowanie, prasowanie, rozdmuchiwanie, gięcie (gięcie), odlewanie itp.

Dmuchanie - najstarsza metoda formowania wyrobów szklanych. Dmuchanie może być zmechanizowane, nadmuchiwane próżniowo, ręczne w formach i maziowe (bezpłatne).

Ręczne rozdmuchiwanie odbywa się za pomocą szklanej rurki do rozdmuchiwania. Takie rozdmuchiwanie można przeprowadzić w formach i bez form. Poprzez wdmuchiwanie do form uzyskuje się produkty o dowolnej konfiguracji i grubości ścianki o gładkiej i błyszczącej powierzchni. Produkują produkty bezbarwne, barwione w masie oraz napowietrzne (dwu- i wielowarstwowe).

Rozdmuch bez formy lub rozdmuch swobodny (w handlu - formowanie Gooten) również odbywa się za pomocą rurki do rozdmuchiwania szkła, ale produkty są formowane i finalnie wykańczane głównie na powietrzu. Produkty charakteryzują się złożonością form, płynnymi przejściami części, pogrubioną ścianką.

Poprzez zmechanizowany nadmuch na automatach powstają bezbarwne wyroby o prostych konturach, głównie szkła.

Wyroby dmuchane charakteryzują się najgładszymi ściankami, mocnym połyskiem, wysoką przezroczystością, najbardziej zróżnicowanym kształtem i grubością ścianki. Są zdobione niemal na wszystkie możliwe sposoby i są uważane za najwyższej jakości.

Pilny to najbardziej rozpowszechnione i ekonomiczne metody pozyskiwania wyrobów szklanych. Produkty formowane są na prasach automatycznych i półautomatycznych w specjalnych formach, gdzie od razu nanoszony jest na nie wzór. Charakteryzują się dużą grubością ścianki (powyżej 3 mm), dużą masą, mniejszą przezroczystością i odpornością na ciepło, znaczną grubością dna, widoczne są ślady kształtu. Naczynia prasowane mają proste kształty z szerokim blatem.

Pewną monotonię prasowanych wyrobów starają się przezwyciężyć, tworząc lekki relief na powierzchni (prasa strukturalna), prasowanie bez górnego pierścienia, co pozwala uzyskać dowolnie ukształtowaną krawędź inną dla każdego produktu, łącząc prasowanie i gięcie (gięcie w prasie).

Prasowanie charakteryzuje się tym, że formowanie wyrobów odbywa się dwuetapowo – najpierw w formie, a następnie w gorącym powietrzu. Produkty mają wąską szyjkę, grube nierówne ścianki i ślady kształtu. Wydmuchiwanie prasy wytwarza słoiki, butelki, karafki, fiolki; Produkty otrzymane tą metodą różnią się od prasowanych bardziej złożonym kształtem, a od dmuchanych grubymi ściankami, śladami kształtu i bardziej chropowatym wzorem.

Odlew. Masa szklana wlewana jest do specjalnej formy, gdzie stygnie i przybiera kształt formy. Ta metoda służy do pozyskiwania wyrobów artystycznych i dekoracyjnych.

odlewanie odśrodkowe przeprowadzane w obrotowych formach metalowych pod działaniem sił odśrodkowych. Produkty otrzymane tą metodą mają dużą masę, a produkty wielkogabarytowe wykańczane są ręcznie. Przykładem produktów wykonanych metodą odlewania odśrodkowego mogą być akwaria.

Inne metody formowania są mniej powszechne.

Nieprawidłowe formowanie może powodować różne wady.

5. Produkty do wyżarzania. Podczas formowania, ze względu na niską przewodność cieplną szkła, ostre i nierównomierne chłodzenie, w wyrobach powstają naprężenia szczątkowe, które mogą powodować ich samoistne zniszczenie. Dlatego wymagane jest wyżarzanie - obróbka cieplna, która polega na podgrzaniu produktów do 530-550 °C, utrzymywaniu w tej temperaturze, a następnie powolnym chłodzeniu. Podczas wyżarzania naprężenia szczątkowe są osłabiane do bezpiecznej wartości i rozkładają się równomiernie na przekroju wyrobów. Stabilność termiczna szkła zależy od jakości wyżarzania.

6. Obróbka i dekoracja. Obróbka pierwotna polega na obróbce krawędzi i dna produktów, mieleniu korków do gardzieli dekanterów. Obróbka dekoracyjna to nakładanie na produkty dekoracji o odmiennym charakterze. Dekor decyduje o walorach estetycznych wyrobów szklanych i jest jednym z głównych czynników cenowych.

Sadzonki są klasyfikowane według etapu aplikacji (na gorąco i na zimno), rodzajów, złożoności.

Dekoracje na gorąco:

1. Szkło barwione uzyskuje się poprzez dodanie barwników do masy szklanej.

2. Produkty barwione wykonane są z 1 warstwy szkła i pokrywane 1 lub 2 warstwami intensywnie barwionego szkła.

3. Zdobienie wyrobów dmuchanych w stanie gorącym odbywa się poprzez nakładanie szklanych listew, wstążek, skręconych i splątanych nici. Różnorodność - ozdoba z filigranem lub skręceniem ma postać 2 lub 3 kolorowych nitek spiralnych.

4. Dekorację marmurową lub malachitową uzyskuje się w procesie topienia szkła mlecznego z dodatkiem mielonego, niemieszanego szkła kolorowego.

5. Cięcie „strzaskanie” („pod mrozem”, „szroniona szyba”) – sieć drobnych powierzchniowych pęknięć powstałych podczas gwałtownego schładzania produktu w wodzie. Następnie półfabrykat umieszczany jest w piecu, w którym następuje topienie pęknięć.

6. Stosowane jest „cięcie wałkiem”, które tworzy efekt optyczny dzięki falistej powierzchni wewnętrznej, która powstaje podczas rozdmuchiwania kęsa w użebrowany kształt.

7. Biżuteria luzem. Ogrzany przedmiot toczy się po pokruszonym kolorowym szkle, które topi się na powierzchni.

8. Opalizujące filmy (irryzacje) na powierzchni produktów można uzyskać, gdy na gorący produkt osadza się sole chlorku cyny, baru itp.; sole te rozkładając się tworzą przezroczyste, błyszczące, opalizujące warstwy tlenków metali (przypominające macicę perłową).

9. Biżuteria metodą swobodnego nadmuchu - produkt nabiera specyficznego i niepowtarzalnego kształtu.

10. Żyrandole - nakładanie roztworów metali na powierzchnię produktu. Następnie produkt jest wyżarzany, rozpuszczalnik odparowuje, a na powierzchni utrwalana jest folia metalowa.

11. Wyroby prasowane dekoruje się głównie wzorem z formy.

Zimna dekoracja wykonywane przez obróbkę mechaniczną, obróbkę chemiczną (trawienie) i dekorowanie powierzchni farbami silikatowymi, preparatami ze złota, żyrandolami.

Nacięcia nakładane mechanicznie to m.in. matowa taśma, numerowane szlifowanie, cięcie diamentowe, cięcie na płasko, grawerowanie, piaskowanie.

1. Taśma matowa to pasek o szerokości 4-5 mm. Metalowy pasek jest dociskany do powierzchni produktu podczas jego obrotu, pod którym podawany jest piasek i woda. W tym przypadku ziarnka piasku rysują szkło.

2. Szlifowanie liczb - powierzchnia matowa (płytka) wzór okrągłych, owalnych przekrojów lub nacięć. Stosowany za pomocą kół szmerglowych.

3. Tarcza diamentowa to wzór głębokich dwuściennych rowków, które w połączeniu ze sobą tworzą krzaki, sieci, kamienie wielokątne, gwiazdy proste i wielowiązkowe oraz inne elementy. Wzór nanoszony jest na maszynach ręcznych lub automatycznych za pomocą tarczy ściernej o innym profilu krawędzi. Po wycięciu wzoru jest polerowany do pełnej przezroczystości. Fasetka diamentowa jest szczególnie skuteczna w przypadku produktów kryształowych, gdzie blask i gra światła w fasetach są dobrze widoczne.

4. Krawędź płaska - są to polerowane płaszczyzny o różnej szerokości wzdłuż obrysu produktów.

5. Grawer - powierzchnia matowa lub rzadziej jasny rysunek o charakterze głównie wegetatywnym bez dużych zagłębień. Uzyskuje się go za pomocą obrotowych dysków miedzianych lub ultradźwięków.

6. Piaskowanie - matowy wzór o różnych kształtach, powstający podczas obróbki szkła piaskiem, który jest podawany pod ciśnieniem w wycięcia szablonu.

Cięcia zastosowane przez trawienie, podzielony na proste (heliosferyczne), złożone (pantografy), głębokie (artystyczne) akwaforty. Aby uzyskać wzór, produkty pokrywa się warstwą mastyksu ochronnego, na którą wzór nanosi się za pomocą igieł maszynowych lub ręcznie, odsłaniając szkło. Szkło jest następnie zanurzane w kąpieli z kwasem fluorowodorowym, który rozpuszcza szkło w nieosłoniętym wzorze na różne głębokości.

Prosta lub heliosferyczna akwaforta jest głębokim przezroczystym wzorem geometrycznym w postaci prostych, zakrzywionych, przerywanych linii.

Trawienie złożone lub pantograficzne jest liniowym, pogłębionym wzorem, ale ma bardziej złożony, często wegetatywny charakter.

Głębokie lub artystyczne wytrawianie to wzór reliefowy na głównej działce roślinnej na 2 lub 3-warstwowym szkle. Ze względu na różną głębokość trawienia kolorowego szkła powstaje wzór o różnej intensywności koloru.

Dekorację powierzchni można wykonać farbami silikatowymi, preparatami ze złota. Do takich dekoracji należą: malowanie, kalkomania (przedstawia wielobarwny rysunek bez pociągnięć pędzla, nakładany za pomocą kalkomanii), sitodruk (jednokolorowy rysunek uzyskany poprzez szablonowanie za pomocą jedwabnej siatki), nakładanie wstążek (szerokość 4-10 mm) , warstwowanie (1-3 mm), anteny (do 1 mm), obrazy fotograficzne itp. Opracowywane są nowe metody jubilerskie - natryskiwanie plazmowe metali, proszków szklanych, grawerowanie fotochemiczne itp.

Proces produkcji kończy się kontrolą przyjęcia i oznakowaniem produktów.

Szkła silikatowe wyróżniają się niezwykłym połączeniem właściwości, przezroczystości, absolutnej wodoszczelności i uniwersalnej odporności chemicznej. Wszystko to tłumaczy specyficzny skład i struktura szkła.

Gęstość szkło zależy od składu chemicznego i dla konwencjonalnego szkła budowlanego wynosi 2400...2600 kg/m 3 . Gęstość szkła okiennego wynosi 2550 kg / m. Szkła zawierające tlenek ołowiu („kryształ czeski”) wyróżniają się dużą gęstością - ponad 3000 kg / m 3. Porowatość i nasiąkliwość szkła są prawie równe 0%.

Właściwości mechaniczne. Szkło w konstrukcjach budowlanych częściej podlega zginaniu, rozciąganiu i uderzeniu, a rzadziej ściskaniu, dlatego za główne wskaźniki determinujące jego właściwości mechaniczne należy uznać wytrzymałość na rozciąganie i kruchość.

teoretyczny wytrzymałość szkła na rozciąganie - (10...12) 10 3 MPa. W praktyce wartość ta jest 200...300 razy mniejsza i waha się od 30 do 60 MPa. Wynika to z faktu, że szkło posiada obszary osłabione (mikroniejednorodności, wady powierzchni, naprężenia wewnętrzne). Im większy rozmiar wyrobów szklanych, tym większe prawdopodobieństwo występowania takich obszarów. Przykładem zależności wytrzymałości szkła od wielkości badanego produktu jest włókno szklane. Włókno szklane o średnicy 1 ... 10 mikronów ma wytrzymałość na rozciąganie 300 ... 500 MPa, czyli prawie 10 razy większą niż tafla szkła. Silnie zmniejsz wytrzymałość na rozciąganie zarysowań szkła; Na tym polega cięcie szkła diamentem.

Wytrzymałość szkła na ściskanie wysoki - 900 ... 1000 MPa, czyli prawie jak stal i żeliwo. W zakresie temperatur od - 50 do + 70 ° C wytrzymałość szkła praktycznie się nie zmienia.

Szkło w normalnych temperaturach charakteryzuje się brakiem odkształceń plastycznych. Po załadowaniu przestrzega prawa Hooke'a aż do kruchego pęknięcia. Moduł sprężystościszkło E=(7...7,5) 10 4 MPa.

kruchość - główna wada szkła. Głównym wskaźnikiem kruchości jest stosunek modułu sprężystości do wytrzymałości na rozciąganie E/R p . W przypadku szkła jest to 1300 ... 1500 (dla stali 400 ... 460, gumy 0,4 ... 0,6). Ponadto jednorodność struktury (jednorodność) szkła przyczynia się do nieskrępowanego rozwoju pęknięć, co jest warunkiem koniecznym pojawienia się kruchości.

twardość szkła, która pod względem składu chemicznego jest substancją zbliżoną do skaleni, jest taka sama jak tych minerałów i w zależności od składu chemicznego zawiera się w przedziale 5...7 w skali Mohsa.

Właściwości optyczne okulary charakteryzują się przepuszczalnością światła (przezroczystością), załamaniem światła, odbiciem, rozpraszaniem itp. Zwykłe szkła krzemianowe, z wyjątkiem specjalnych (patrz poniżej), przepuszczają całą widzialną część widma (do 88 ... 92%) i praktycznie nie przepuszczają promieni ultrafioletowych i podczerwonych. Współczynnik załamania szkła budowlanego (P= 1,50...1,52) określa siłę odbitego światła i przepuszczalność światła przez szkło przy różnych kątach padania światła. Zmiana kąta padania światła z 0 na 75° powoduje zmniejszenie przepuszczalności światła z 90 do 50%.

Przewodność cieplna różnych rodzajów szkła zależy w niewielkim stopniu od ich składu i wynosi 0,6…0,8 W/(m·K), czyli prawie 10 razy mniej niż podobnych minerałów krystalicznych. Na przykład przewodność cieplna kryształu kwarcu wynosi 7,2 W / (m K).

Współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej (CLTE) szkła jest stosunkowo niewielki (dla zwykłego szkła 9 10 -6 K -1). Jednak ze względu na niską przewodność cieplną i wysoki moduł sprężystości naprężenia powstające w szkle podczas ostrego jednostronnego nagrzewania (lub chłodzenia) mogą osiągnąć wartości prowadzące do zniszczenia szkła. To wyjaśnia stosunkowo małe wytrzymałość cieplna(zdolność do wytrzymywania nagłych zmian temperatury) zwykłego szkła. Jest 70…90°C.

Izolacyjność akustyczna szkło jest dość wysokie. Szkło o grubości 1 cm pod względem izolacyjności akustycznej w przybliżeniu odpowiada ceglanej ścianie w połowie cegły - 12 cm.

Odporność chemiczna szkło krzemianowe to jedna z jego najbardziej unikalnych właściwości. Szkło dobrze jest odporne na działanie wody, zasad i kwasów (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego i fosforowego). Wyjaśnia to fakt, że pod działaniem wody i roztworów wodnych jony Na + i Ca ++ są wypłukiwane z zewnętrznej warstwy szkła i powstaje chemicznie odporna folia wzbogacona SiO 2 . Folia ta chroni szkło przed dalszymi uszkodzeniami.

Komisja Terminologiczna Akademii Nauk ZSRR nadała szkłu następującą definicję:

„Szkło odnosi się do wszystkich ciał amorficznych otrzymanych przez przechłodzenie stopu, niezależnie od składu chemicznego i zakresu temperatur krzepnięcia, a posiadających w wyniku stopniowego wzrostu lepkości właściwości mechaniczne ciał stałych i procesu przejścia z stan ciekły do ​​stanu szklistego musi być odwracalny."

Szkło jest uważane za termin techniczny w przeciwieństwie do terminu naukowego „stan szklisty”. W szkle mogą znajdować się bąbelki, małe kryształki. W materiale wykonanym ze szklistej substancji można nawet specjalnie uformować bardzo dużą liczbę drobnych kryształków, dzięki czemu materiał jest nieprzezroczysty lub nadaje mu inny kolor. Taki materiał nazywa się "mlecznym" szkłem, kolorowym szkłem itp.

Współczesne koncepcje rozróżniają terminy „szkło” i „stan szklisty”. „Szklistość”: „Stała, niekrystaliczna substancja utworzona przez schłodzenie cieczy z szybkością wystarczającą, aby zapobiec krystalizacji podczas chłodzenia”. N.V. Solomin, „szkło to materiał, który składa się głównie ze szklistej substancji”.

Wszystkie substancje w stanie szklistym mają kilka wspólnych cech fizycznych i chemicznych. Typowe ciała szkliste:

1. izotopy, czyli ich właściwości są takie same we wszystkich kierunkach;

2. po podgrzaniu nie topią się jak kryształy, ale stopniowo miękną, przechodząc od kruchego do lepkiego, bardzo lepkiego i płynnego stanu;

3. odwracalnie topią się i twardnieją, odzyskując swoje pierwotne właściwości.

Odwracalność pras i właściwości wskazują, że stopione szkło formujące i zestalone szkło są prawdziwymi rozwiązaniami. Przejście substancji ze stanu ciekłego do stanu stałego wraz ze spadkiem temperatury może nastąpić na dwa sposoby: substancja krystalizuje lub zestala się w postaci szkła.

Prawie wszystkie substancje mogą podążać pierwszą ścieżką. Ścieżka krystalizacji jest jednak wspólna tylko dla tych substancji, które w stanie ciekłym mają niską lepkość i których lepkość rośnie stosunkowo wolno, aż do momentu krystalizacji.

Do drugiej grupy zależą one w decydującym stopniu od stężenia alkaliów lub od stężenia dowolnych innych wybranych składników. Ich zależność od składu wpływa na: lepkość, przewodność elektryczną, szybkość dyfuzji jonów, straty dielektryczne, odporność chemiczną, przepuszczalność światła, twardość, napięcie powierzchniowe.

Właściwości fizyczne szkła

Gęstość zwykłego szkła sodowo-potasowo-krzemianowego, w tym szyb okiennych, waha się w granicach 2500-2600 kg/m3. Wraz ze wzrostem temperatury od 20 do 1300 ° C gęstość większości szkieł spada o 6-12%, czyli o 100 ° C gęstość spada o 15 kg / m3. Wytrzymałość na ściskanie konwencjonalnego szkła odprężonego wynosi 500-2000MPa, szkło okienne to 900-1000MPa.

Twardość szkła zależy od składu chemicznego. Okulary mają różną twardość w zakresie 4000-10000 MPa. Najtwardsze jest szkło kwarcowe, wraz ze wzrostem zawartości tlenków alkalicznych twardość szkieł spada.

Kruchość. Szkło wraz z diamentem i kwarcem jest idealnie kruchym materiałem. Ponieważ kruchość jest najbardziej wyraźna przy uderzeniu, charakteryzuje się wytrzymałością na uderzenia. Udarność szkła zależy od określonej lepkości.

Przewodność cieplna. Szkła kwarcowe mają najwyższą przewodność cieplną. Zwykłe szkło okienne ma 0,97 W/(m.K). Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przewodność cieplna, przewodność cieplna zależy od składu chemicznego szkła.

Wysoka przezroczystość szkieł tlenkowych sprawiła, że ​​są one niezbędne do szklenia budynków, luster i urządzeń optycznych, w tym sprzętu laserowego, telewizyjnego, filmowego, fotograficznego i tak dalej. W przypadku zabudowy tafli, szyb okiennych, szyb wystawowych należy wziąć pod uwagę, że współczynnik przepuszczalności światła zależy bezpośrednio od współczynnika odbicia powierzchni szkła i jej zdolności pochłaniania. Teoretycznie nawet idealne szkło, które nie pochłania światła, nie może przepuszczać więcej niż 92% światła.

Właściwości optyczne szkła: współczynnik załamania to zdolność szkła do załamywania padającego na nie światła. Przy produkcji barwników ceramicznych bardzo ważny jest współczynnik załamania światła. Zależy to od tego, jak mocno produkt ceramiczny będzie odbijał światło i jak będzie wyglądał.

Właściwości mechaniczne: elastyczność jest właściwością ciała stałego, która przywraca swój pierwotny kształt po zakończeniu obciążenia. Sprężystość charakteryzuje się takimi wielkościami jak moduł sprężystości normalnej, który określa wielkość naprężeń powstających pod wpływem obciążenia rozciągającego (ściskającego).

Tarcie wewnętrzne: systemy szkliste mają zdolność pochłaniania drgań mechanicznych, w szczególności dźwiękowych i ultradźwiękowych. Tłumienie drgań zależy od składu niejednorodności szkła.

Właściwości cieplne układów krzemianowych są najważniejszymi właściwościami zarówno w badaniach, jak i przy wytwarzaniu wyrobów ceramicznych i szklanych.

Ciepło właściwe: - określane przez ilość ciepła Q potrzebnego do ogrzania jednostkowej masy szkła o 1°C.

Chemiczny resilience - resilience w stosunku do różnych agresywnych mediów - jedna z bardzo ważnych właściwości okularów ma znaczenie dla medycyny. Szkło hartowane rozpadają się 1,5-2 razy szybciej niż dobrze wyżarzone. W nowoczesnym budownictwie do okien, drzwi i innych otworów stosuje się specjalne szkła o właściwościach przeciwsłonecznych i termicznych. W przypadku tych okularów ważna jest spektralna natura strumienia świetlnego, który przeszedł przez klarowanie, ocenę odcienia koloru. Na podstawie tych cech dobierany jest określony rodzaj szkła, a także określa się właściwości cieplne i oświetleniowe, ich wpływ na warunki pracy, projektowanie budynków i konstrukcji.

Co zaskakujące, mając na co dzień do czynienia ze szklanymi produktami, niewiele osób myśli o tym, z czego wykonane jest szkło. Tymczasem proces tworzenia tego materiału jest dość ciekawy, a zakres zastosowań bardzo szeroki.

Technologia produkcji szkła

Głównym składnikiem, z którego jest wykonany, jest zwykły piasek kwarcowy. W celu uformowania przezroczystego i bezbarwnego monolitu z nieprzezroczystej sypkiej substancji jest podgrzewana do bardzo wysokich temperatur. Dzięki temu poszczególne ziarna piasku są ze sobą sklejane, a ponieważ stygnięcie szklanego „ciasta” następuje bardzo szybko, nie mają czasu na powrót do pierwotnego kształtu. Dodatkowo w składzie szkła znajduje się soda, trochę wody i wapień. Aby uzyskać barwny materiał, do stopionej masy dodaje się tlenki metali. Który z nich zależy od pożądanego rezultatu. Na przykład tlenki chromu i miedzi razem dają zielony kolor, osobno tlenek chromu - żółto-zielony i kobalt - nasycony niebieski.

Wygląda na to technologia produkcji szkła w następujący sposób. Najpierw wszystkie elementy, mierzone najdokładniejszymi wagami elektronicznymi, trafiają do gigantycznego pieca, gdzie w temperaturze 1600 ° C zamieniają się w jedną masę. Następnie masa ta jest homogenizowana lub, w kategoriach naukowych, homogenizowana i usuwane są z niej wszystkie pęcherzyki gazu. Wtedy szklana masa będzie musiała „kąpać się” w wannie z stopiona cyna, którego temperatura zbliża się do 1000 ° C. Ze względu na mniejszą gęstość niż stopiona cyna szkło nie miesza się z nią, ale raczej unosi się na powierzchni. Jednocześnie chłodzi i nabiera idealnej gładkości.

Grubość materiału zależy od dozowania masy zużywalnej, która dostaje się do kąpieli - im jest mniejsza, tym cieńsza będzie. Gdy włókno szklane opuszcza kąpiel cynową, jego temperatura spada do 600°C, ale wciąż jest wystarczająco gorące, aby zestalić się. W związku z tym jest ponownie schładzane przepuszczając szklaną „taflę” przez przenośnik obracających się rolek, aż masa ostygnie do 250°C. Chłodzenie musi być stopniowe, w przeciwnym razie materiał pęknie. Na końcu przenośnika zainstalowana jest automatyczna kontrola jakości - ujawniająca ewentualne wady materiału. Zaznaczone przez skaner miejsca są usuwane w kolejnym etapie procesu - podczas cięcia pojedynczej „wstęgi” na arkusze o żądanym rozmiarze. W procesie odcina się jego krawędź, na której pozostaje pasek kół zębatych.

Powstałe skrawki dodawane są do nowej partii szklanego „ciasta” – dzięki temu wytwarzanie szkła staje się procesem bezodpadowym.

Charakterystyka szkła

Teraz, gdy otrzymaliśmy odpowiedź na pytanie, jak powstaje szkło, pora omówić bardziej szczegółowo. Tak więc istnieje kilka parametrów, według których dzieli się okulary. Zgodnie z ich przeznaczeniem dzielą się na trzy kategorie. Gospodarstwa domowego - czyli tych, które trafiają do produkcji naczyń, pojemników, szklanek i różnych dekoracji. Budownictwo - ta lista obejmuje pustaki szklane, okna z podwójnymi szybami, witryny sklepowe, mozaiki, witraże i tak dalej. I wreszcie techniczny, stosowany w przemyśle chemicznym, inżynieryjnym i innych. Drugim znakiem podziału tych produktów na pięć klas jest rodzaj przetwarzania.

• Pierwsza klasa. Obejmuje przedmioty wykonane przy użyciu technologii, które obejmują taką lub inną obróbkę szkła.
• Druga klasa. Obejmuje produkty, które zostały poddane mechanicznej obróbce powierzchni, takiej jak: szlifowanie, polerowanie, matowanie (bez użycia środki chemiczne), grawerowanie i tak dalej.
• Trzecia klasa. Ta kategoria obejmuje przedmioty, których twarze zostały poddane obróbce mechanicznej na zimno. Na przykład były zaokrąglone lub fasetowane.
• Czwarta klasa. Przedmioty poddane obróbce chemicznej, np. wytrawione lub zmatowione kwasami.
• Piątej klasie. Okulary z folią lub innymi powłokami.

Szkło wyróżnia się również fakturą powierzchni zewnętrznej. Jest tu siedem kategorii, z których jedna obejmuje, a pozostałe sześć - lśniący. Błyszczące powierzchnie mogą być wytrawione, pozbawione powłok lub pokryte powłoką organiczną, związkami silikonowymi, półprzewodnikami lub napylaniem metalowym.

właściwości szkła

Jedną z głównych właściwości tego materiału jest zdolność przepuszczania światła. Warto powiedzieć, że w naturze nie ma okularów o 100% przepuszczalności światła. Najlepsi przedstawiciele przezroczystego „braterstwa” przepuszczają około 92% światła widzialnego, a zwykłe okna okienne – nie więcej niż 87%.

Przewodność cieplna szkła, czyli zdolność do przewodzenia ciepła z obszarów cieplejszych do obszarów chłodniejszych, jest bardzo niska. Ta zdolność tego materiału stwarza możliwość jego zastosowania w piecach. Gęstość szkła, czyli stosunek masy do objętości, zależy całkowicie od jego składu chemicznego. Na przykład, jeśli ołów dostanie się do szkła, to jego gęstość będzie wysoka. Zwykłe okienko ma gęstość 2,5 g na cm 3 - innymi słowy 1 cm 3 waży 2,5 grama.

Twardość- czyli zdolność przeciwstawiania się przenikaniu innych materiałów, wynosi około sześciu punktów w skali Mohsa. Dla porównania, diament, najgęstszy materiał według tej definicji, ma wartość dziesięć. Kruchość szkła, jak wszyscy wiedzą, jest bardzo wysoka, ale jego dokładne wskaźniki można określić tylko w specjalnym laboratorium.

Szkło służy człowiekowi od wielu setek lat, a proces jego powstawania jest wciąż atrakcyjny i pod pewnymi względami nawet tajemniczy. Nie tylko chroni nasze domy przed zimnem i wiatrem, ale także daje dużą swobodę twórczą - od tworzenia witraży po wydmuchiwanie z nich wszelkiego rodzaju przedmiotów.

Szkło to najstarszy i najbardziej wszechstronny materiał, który znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach ludzkiej działalności. Produkcja szkła rozpoczęła się w starożytnym Egipcie, gdzie szkło zostało użyte do wyłożenia wnętrz piramid. Nieco później szkło zaczęło być szeroko stosowane w dekoracji wielu pałaców. Najważniejszymi cechami szkła pozostała twardość, wytrzymałość, przewodność cieplna i odporność na wysoką temperaturę, a te cechy mogą wpływać na jakość tego materiału.

Przez analogię, zanim szkło ma swoje unikalne właściwości. Jeżeli są to szkła techniczne, to ich gęstość zależy od składu chemicznego i waha się od 220 do 6300 kg/m3. Jeśli są to szklanki używane do produkcji artykułów dekoracyjnych i naczyń wysokiej jakości, to ich gęstość wynosi zwykle 2490-2520 kg / m3. Do produkcji kryształu ołowiowego gęstość szkła wynosi 2400-3200, a dla kryształu baru gęstość 2700-2900 kg/m3.

Warto wiedzieć, że gęstość szkła maleje wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego gęstość szkła wyżarzony bardziej niż utwardzony. A to ze względu na to, że wszystkie szkła hartowane mają luźną strukturę, gdyż podczas hartowania w szkle dochodzi do zamrożenia struktury wysokotemperaturowej. Ale podczas wyżarzania ta struktura jest zagęszczana. Gęstość gotowego szkła słabo i dobrze wyżarzonego jest różna i wynosi 20-30 kg/m3.

Już gęstość szkła może się różnić w zależności od składu chemicznego. Na przykład tlenki metali żelaznych ZnO, PbO, BaO oraz w mniejszym stopniu MgO i CaO znacznie zwiększają zawartość szkła. Zależność ta jest wykorzystywana w kontroli składu chemicznego szkieł, a zwłaszcza podczas zmechanizowanej produkcji wyrobów szklanych.

Szkło jest materiałem nieorganicznym, który powstaje podczas produkcji, a także występuje w naturze – są to minerały. Ze względu na strukturę szkła jest amorficzny solidny, który ma wiele modyfikacji. Dlatego istnieje wiele rodzajów tego materiału.

Ponadto każdy rodzaj szkła ma swój unikalny skład, właściwości chemiczne i fizyczne. Dziś, niezależnie od rodzaju szkła, jego produkcja osiągnęła taką skalę, że właściwości szkła poprawiają się każdego dnia. Na przykład materiał ten ma taki skład, że uzyskał wysoką odporność na substancje agresywne, bioaktywność, przezroczystość, współczynnik odbicia, wytrzymałość, odporność na ciepło, przewodność elektryczną i inne.
Skład chemiczny szkła

Szkło wytwarzane jest z substancji szkłotwórczych, do których należą takie fluorki i tlenki jak B2O3, P2O5, AlF3, GeO2, SiO2, TeO2. W rezultacie, biorąc pod uwagę użyty główny składnik, przydziel różne rodzaje okulary. Na przykład istnieją szkła fluorkowe i tlenkowe, są to szkła krzemianowe, kwarcowe, germanianowe i fosforanowe.

Jeśli jest to zwykłe szkło krzemianowe, to powstaje przez stopienie składnika z sody, piasku kwarcowego i wapna. Jeśli chodzi o szkło kwarcowe, to ma ono w swoim składzie formułę SiO2 i jest wytwarzane metodą topienia substancji krzemionkowych, są to kwarcyt i kryształ górski. Ponadto może również obejmować klastofulguryty tj. jest pochodzenia naturalnego. Powstaje w wyniku uderzenia pioruna bezpośrednio w złoża piasku kwarcowego.

Właściwości fizyczne

Gęstość szkła zależy od jego rodzaju, np. szkło kwarcowe ma minimalną gęstość, która wynosi 2200 kg/m3. Jeśli szkło zawiera tlenek ołowiu, bizmutu, tantalu, to jego gęstość wynosi około 7500 kg / m3, a zwykłe szkło okienne, czyli szkło krzemianowe, ma gęstość 2500-2600 kg / m3. Drugim ważnym wskaźnikiem jest przewodność cieplna szkła, która waha się od 0,711 do 13,39 W/m*K.

Ciężar właściwy szkła jest parametrem zmiennym, zależnym od gęstości szkła. Ale zostanie obliczony według specjalnej formuły, która obejmuje grubość i masę produktu. Na przykład szkło o grubości 1 mm ma 2,5 kg i ma powierzchnię 1 m2. Kolejnym wskaźnikiem jest kruchość szkła, która decyduje o możliwym zniszczeniu tego materiału pod wpływem różnych uderzeń fizycznych.

Ta właściwość znajduje odzwierciedlenie w udarności, która może wzrosnąć po dodaniu bromu podczas procesu wytwarzania szkła. Na przykład udarność szkła krzemianowego wynosi 1,5-2 kN/m, a jego wytrzymałość może wahać się od 500 do 2000 MPa. Jeśli chodzi o twardość szkła, mierzona jest w skali Mohsa i wynosi 6-7 jednostek. A twardość szkła zależy od dodawania różnych zanieczyszczeń. A jeśli do jego składu doda się tlenki alkaliczne, wówczas twardość materiału staje się mniejsza, w wyniku czego otrzymuje się miękkie szkło ołowiowe, a szkło kwarcowe jest uważane za najtwardsze.

Popyt i popularność szkła

Najważniejszą rolę w produkcji szkła odgrywa jego hartowanie, czyli obróbka, dzięki której szkło jest najbezpieczniejsze, a zwłaszcza podczas jego rozbijania. Dzięki temu odłamki nie mogą zranić człowieka, dlatego taki materiał jest chętnie wykorzystywany do produkcji ścianek działowych, mebli i drzwi. Ponadto istnieje inny sposób obróbki szkła - jest to gięcie szkła, czyli uzyskiwanie zakrzywionego szkła. Taki materiał jest bardzo kapryśny, dlatego jest rzadko używany. Gotowe szkło, a nawet hartowane próbki są dość łatwe do wykończenia powierzchni.

Najpopularniejszym rodzajem obróbki szkła jest piaskowanie. Czyli fala uderzeniowa piasku jest skierowana w taki sposób, że wybija w szkle ślady zamierzone przez projektanta. W efekcie matowy efekt i fantazyjne wzory nadają materiałowi indywidualność i nieodparty charakter. Nawet w produkcji szkła stosuje się barwienie i taką obróbkę materiału stosuje się do przygotowania blatów i dekoracji ścian. Ogromna różnorodność sposobów umożliwia codzienne wykonywanie różnych artykułów gospodarstwa domowego i po prostu pięknych arcydzieł sztuki.

Z roku na rok tylko powiększają się odmiany szkła, co pozwala na zastosowanie go w wielu dziedzinach ludzkiej działalności. Jedyne, o czym nie wolno zapomnieć, to uważać na ten trwały, piękny i zachwycający materiał, który jednak pozostaje materiałem delikatnym.