| 8406202 9216 1210 912 1о 99,95%). С. типично хрупкое тело, весьма чувствительное к механич. воздействиям, особенно ударным, однако сопротивление сжатию у С. такое же, как у чугуна.
Для повышения прочности С. подвергают упрочнению (закалка, ионный обмен, при к-ром на поверхности С. происходит замена ионов, напр, натрия, на ионы лития или калия, хим. и термохим. обработка и др.), что ослабляет действие поверхностных микротрещин (трещины Гриффитса), возникающих на поверхности С. в результате воздействия окружающей среды (темп-pa, влажность и пр.) и являющихся концентраторами напряжений, и позволяет повысить прочность С. в 4-50 раз. Обычно для устранения влияния микротрещин применяют стравливание или сжатие поверхностного слоя. При стравливании дефектный слой растворяется плавиковой к-той, а на обнажившийся бездефектный слой наносится защитная плёнка, напр, из полимеров. При закалке поверхностный слой сжимается, что препятствует раскрытию трещин. Плотность С. 2200-8000 кг 1м3, твёрдость по минералогич. шкале 4,5-7,5, микротвёрдость 4-10 Гн/м2, модуль упругости 50-85 Гн/м2. Предел прочности С. при сжатии равен 0,5-2 Гн/м2, при изгибе 30-90 Мн/м2, при ударном изгибе 1,5-2 кн!м2. Теплоёмкость С. 0,3-1 кдж/кг *К, термостойкость 80° - 1000 °С, температурный коэфф. расширения (0,56-12)·109 1/К. Коэфф. теплопроводности С. мало зависит от его хим. состава и равен 0,7 -1,3 вт/(м *К). Коэфф. преломления 1,4-2,2, электрич. проводимость 10-8 - 10-18ом -1 -см1, диэлектрич. проницаемость 3,8-16.
Технология С. Произ-во С. состоит из след, процессов: подготовки сырьевых компонентов, получения шихты, варки С., охлаждения стекломассы, формования изделий, их отжига и обработки (термической, химической, механической). К гл. компонентам относят стеклообразующие вещества (природные, напр. SiO2, и искусственные, напр. Na2CO3), содержащие основные (щелочные и щёлочноземельные) и кислотные окислы. Главный компонент большинства промышленных С.- кремнезём (кремния двуокись), содержание к-рого в С. составляет от 40 до 80% (по массе), а в кварцевых и кварцоидных от 96 до 100%. В стекловарении обычно в качестве источника кремнезёма используют кварцевые стекольные пески, которые в случае необходимости обогащают. Сырьём, содержащим борный ангидрид, являются борная кислота, бура и др. Глинозём вводится с полевыми шпатами, нефелином и т. д.; щелочные окислы - с кальцинированной содой и поташом; щёлочноземельные окислы - с мелом, доломитом и т. п. Вспомогат. компоненты - соединения, придающие то или иное свойство, напр. окраску, ускоряющие процесс варки и т. д. Напр., соединения марганца, кобальта, хрома, никеля используются как красители, церия, неодима, празеодима, мышьяка, сурьмы - как обесцвечиватели и окислители, фтора, фосфора, олова, циркония - как глушители (вещества, вызывающие интенсивное светорассеяние); в качестве осветлителей применяют хлорид натрия, сульфат и нитрат аммония и др. Все компоненты перед варкой просеиваются, сушатся, при необходимости измельчаются, смешиваются до полностью однородной порошкообразной шихты, к-рая подаётся в стекловаренную печь.
Процесс стекловарения условно разделяют на несколько стадий: силикато-образование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и охлаждение ("студку").
При нагревании шихты вначале испаряется гигроскопическая и химически связанная вода. На стадии силикатообразования происходит термическое разложение компонентов, реакции в твёрдой и жидкой фазе с образованием силикатов, к-рые вначале представляют собой спекшийся конгломерат, включающий и не вступившие в реакцию компоненты. По мере повышения темп-ры отд. силикаты плавятся и, растворяясь друг в друге, образуют непрозрачный расплав, содержащий значит, количество газов и частицы компонентов шихты. Стадия силикатообразования завершается при 1100-1200 0C.
На стадии стсклообразова-н и я растворяются остатки шихты и удаляется пена - расплав становится прозрачным; стадия совмещается с конечным этапом силикатообразования и протекает при темп-ре 1150-1200 0C. Собственно стсклообразованием называют процесс растворения остаточных зёрен кварца в силикатном расплаве, в результате чего образуется относительно однородная стекломасса. В обычных силикатных С. содержится ок. 25% кремнезёма, химически не связанного в силикаты (только такое С. оказывается пригодным по своей хим. стойкости для практич. использования). Стеклообразование протекает значительно медленнее, чем силикатообразование, оно составляет ок. 90% от времени, затраченного на провар шихты и ок. 30% от общей длительности стекловарения.
Обычная стекольная шихта содержит ок. 18% химически связанных газов (CO2, SО2, O2 и др.). В процессе провара шихты эти газы в основном удаляются, однако часть их остаётся в стекломассе, образуя крупные и мелкие пузыри.
С о с т а в некоторых промышленных стёкол
Стекло
Химический состав, %
SiO2
B2O3
Al2O3
MgO
CaO
BaO
PbO
Na2O
K2O
Fe2O3
SO3
Оконное
71,8
-
2
4,1
6,7
-
-
14,8
-
0,1
0,5
Тарное
71,5
-
3,3
3,2
5,2
-
-
16
-
0,6
0,2
Посудное
74
-
0,5
-
7,45
-
-
16
2
0,05
-
Хрусталь
56,5
-
0,48
-
1
-
27
6
10
0,02
-
Химико- лабораторное
68,4
2,7
3,9
-
8,5
-
-
9,4
7,1
-
-
Оптическое
41,4
-
-
-
-
-
53,2
-
5,4
-
-
Кварцоидное
96
3,5
-
-
-
-
-
0,5
-
-
-
Электроколбочное
71,9
-
-
3,5
5,5
2
-
16,1
1
-
-
Электровакуумное
66,9
20,3
3,5
-
-
-
-
3,9
5,4
-
-
Медицинское
73
4
4,5
1
7
-
-
8,5
2
-
-
Жаростойкое
57,6
-
25
8
7,4
-
-
-
2
-
-
Термостойкое
80,5
12
2
-
0,5
-
-
4
1
-
-
Термометрическое
57,1
10,1
20,6
4,6
7,6
-
-
-
-
-
-
Защитное
12
-
-
-
-
-
86
-
2
-
-
Радиационно-стойкое
48,2
4
0,65
-
0,15
29,5
-
1
7,5
-
-
Стеклянное волокно
71
-
3
3
8
-
-
15
-
-
-
На стадии осветления при длит. выдержке при темп-ре 1500-1600 °С уменьшается степень пересыщения стекломассы газами, в результате чего пузырьки больших размеров поднимаются на поверхность стекломассы, а малые растворяются в ней. Для ускорения осветления в шихту вводят осветлители, снижающие поверхностное натяжение стекломассы; стекломасса перемешивается спец. огнеупорными мешалками или через неё пропускают сжатый воздух ил |
