Общая технология изделий из стекла. Свойства стекол

Основным сырьем для изготовления стекла является чистый квар­цевый песок (72 - 75 %), известняк (СаСО₃), доломит (СаСО₃; М^СО₃), кальцинированная сода (Na₂CO₃), сульфат натрия и полевой шпат. Для

придания специальных свойств - повышенной термостойкости, прочности, химической стойкости, светорассеивания, цвета - в состав вводят добавки.

Производство стекла включает следующие технологические процессы:

- подготовку сырьевых материалов, включающую их очистку, дроб­ление, помол до определенного размера и сушку;

- дозирование компонентов и приготовление рабочей увлажненной (для исключения пылеотделения) смеси - шихты;

- подачу шихты в стекловаренные печи, где происходит ее расплав­ление сначала с образованием непрозрачного расплава, а затем при подъе­ме температуры до максимальной 1400 - 1500 ^оС - перемешивания и уда­ления газообразных продуктов, прозрачной стекломассы;

- охлаждение стеклорасплава на 200 - 300 ^оС для повышения вязкости;

- формовку изделий и их охлаждение по определенному режиму.

Одна из основных особенностей стекла - способность стекломассы

поддаваться разнообразным способам формования. Ее можно заливать в форму, штамповать, прокатывать между вальцами, прессовать, выдувать изделия сложной конфигурации, вытягивать в листы, трубки и нити. От­формованные изделия охлаждают в специальных печах и камерах. Если охлаждать медленно (отжиг), то возникающие при формовке остаточные напряжения ослабевают до нормы, что обеспечивает длительную и надеж­ную эксплуатацию стеклянных изделий. Если повторно нагреть получен­ное изделие, а затем резко охладить, то можно получить равномерно рас­пределенные остаточные напряжения сжатия во внешних слоях и растяже­ния во внутренних. Такой режим охлаждения называют закалкой. Его применение обеспечивает стеклу повышенную механическую прочность при ударе (в 5 - 7 раз) и изгибе, термостойкость (в 3 - 5 раз) и твердость (с 5 до 7 по шкале Мооса). При разрушении закаленного стекла образуются мелкие осколки с тупыми нережущими краями. Если в исходную шихту ввести некоторые добавки (оксиды металлов или соединения фтора), то при повторном нагревании полученных изделий в стекле начинается про­цесс кристаллизации. Добавки, представляющие собой кристаллические вещества, играют роль катализаторов. В результате образуется сложная структура, содержащая 90 - 95 % беспорядочно ориентированных микро­кристаллов (размером менее 1 мк), остальное - стекловидная фаза. По свойствам стеклокристаллические материалы (ситаллы) занимают проме­жуточное положение между стеклом и керамикой. Они прочнее стекла, тверже высокоуглеродистой стали, легче алюминия, химически и термиче­ски устойчивы, обладают хорошими диэлектрическими свойствами, по ко­эффициенту расширения некоторые из ситаллов близки к кварцевому стеклу. Если в качестве исходного сырья используют шлаки черной метал­лургии, то получают шлакоситаллы с аналогичными свойствами [20].

Строительное стекло представляет собой биостойкий невозгораемый жесткий материал, обладающий высокой стойкостью к действию влаги, солнечной радиации и отрицательных температур. Свойства стекол зависят от химического состава. Так, их плотность изменяется в пределах 2200 - 8000 кг/м, прочность при сжатии составляет 700 - 1000 МПа, при растя­жении 30 - 80 МПа. Стекло обладает низкой термической устойчивостью (перепад температуры составляет не более 80 ^оС) и прочностью на удар. С увеличением толщины изделия сопротивление удару, тепло- и звукоза- щитные свойства возрастают. По электрическим свойствам стекла отно­сятся к диэлектрикам. Силикатные строительные стекла отличаются высо­кой химической стойкостью за исключением действия плавиковой и фос­форной кислот. Этот материал обладает уникальными оптическими свой­ствами: светопропусканием, которое достигает 92 %, светопреломлением, отражением и рассеиванием света.