Классификация изделий из стекла. Классификация стекол, их составы Далее подробнее остановимся на имеющейся на данный момент классификации стекол

) обратимы. Температурный интервал T f - Т g , в пределах к-рого происходят эти процессы, наз. интервалом стеклования (T f -т-ра перехода из жидкого состояния в пластичное, Т g -т-ра перехода из пластичного состояния в твердое). Интервал стеклования (обычно 100-200 °С) зависит от хим. состава и скорости охлаждения стекла неорганического и представляет собой переходную область, в пределах к-рой происходит резкое изменение его св-в. В стекле неорганическом существуют образования (рои, кластеры или атомные комплексы) с размерами от 0,5 до 2 нм и разл. включения технол. или ликвационного происхождения от 5,0 до 100,0 нм.

Физико-химические свойства и применение. Оптические св-ва. Стекла неорганические отличаются прозрачностью в разл. областях спектра. Оксидные стекла неорганические характеризуются высокой прозрачностью в видимой области спектра: коэф. прозрачности т(т = I/I 0 , где I 0 - интенсивность падающего на пов-сть стекла света, I-интенсивность света, прошедшего сквозь стекло) для оконного стекла неорганического 0,83-0,90, для оптического-0,95-0,99.

В связи с этим стекло неорганическое незаменимо при остеклении зданий и разл. видов транспорта, изготовлении зеркал и оптич. приборов, включая лазерные, лаб. посуды, ламп разл. ассортимента и назначения, осветит. аппаратуры, телевизионной техники, волоконно-оптич. линий связи, хим. аппаратуры.

В зависимости от состава и условий получения стекло неорганическое способно по-разному преломлять, рассеивать и поглощать свет в видимой, УФ, ИК и рентгеновской областях спектра (см. Оптические материалы), Нек-рым стеклам неорганическим свойственна также фоточувствительность, т. е. способность изменять коэф. поглощения под действием УФ или рентгеновского облучения, a -лучей, нейтронов , что используют в произ-ве т. наз. фотохромных стекол неорганических, а также при изготовлении аппаратуры и приборов для радиац. техники. Наиб. высоким светопропусканием в ИК области обладают алюмофосфатные и халькогенидные стекла неорганические, повышенным-стекла неорганические на основе SiO 2 ; УФ лучи интенсивно поглощают стекла неорганические, содержащие оксиды Pb, Fe, Ti, рентгеновские и a -лучи-стекла неорганические с высоким содержанием оксидов Рb или Ва.

Галогенидные стекла неорганические на основе BeF 2 отличаются уникальным комплексом оптич. постоянных, высокой устойчивостью к действию жестких излучений и агрессивных сред, таких, как F 2 , HF. Стекла неорганическое на основе фторидов Zr и Ва прозрачны в видимой и ИК областях спектра. Халькогенидные стекла неорганические обладают также электронной проводимостью; применяются в телевизионных высокочувствит. камерах, ЭВМ (в качестве переключателей или элементов запоминающих устройств).

Плотность промышленных стекол неорганических колеблется от 2,2 до 8,0 г/см 3 . Низкие значения плотности характерны для бо-ратных и боросиликатных стекол неорганических; среди силикатных стекол неорганических наим. плотностью обладает кварцевое. Введение в состав стекол неорганических щелочных и щел.-зем. оксидов приводит к увеличению его плотности: плотность возрастает при эквимолекулярной замене одного оксида другим в рядах Li 2 O < Na 2 O < К 2 О и MgO < CaO < SrO < ВаО < РbО. Плотность последних стекол неорганических достигает 8,0 г/см 3 .

Мех. св-ва. Стекло неорганическое-хрупкий материал, не обладает пластич. деформацией , весьма чувствителен к мех. воздействиям, особенно ударным. Значение модуля упругости различных стекол неорганических колеблется в пределах 44,2-87,2 ГПа. Наибольшее его значение характерно для малощелочных алюмосиликатных стекол неорганических с высоким содержанием оксидов Be, Mg и Ca, наименьшее-для боро- и свинцовосиликатных стекол неорганических с высоким содержанием оксидов В и Рb; модуль упругости кварцевого стекла неорганического 73,2 ГПа. Ударная вязкость силикатных стекол неорганических 1,5-2,0 кН/м, в то же время сопротивление сжатию такое же, как у чугуна,-0,5-2,5 ГПа.

Электрич. св-ва стекол неорганических зависят от состава и т-ры среды-стекла неорганические могут быть диэлектриками , полупроводниками или проводниками. Большая группа оксидных стекол неорганических (силикатные, боратные, фосфатные) относится к классу изоляторов; почти идеальный изолятор - кварцевое стекло неорганическое. Поскольку носители тока в оксидных стеклах неорганических -катионы щелочных и щел.-зем. металлов , электропроводность, как правило, возрастает с увеличением их содержания в стеклах неорганических и повышением т-ры. Стеклянные изоляторы используют для высоковольтных линий электропередач. Пригодность электротехнических стекол неорганических для работы в тех или иных температурных условиях зависит от их состава и оценивается по т-ре (ТК 100), при к-рой стекло неорганическое имеет уд. электрич. проводимость 1,00·10 -6 См·м -1 . Для кварцевого стекла ТК 100 600°С, для других, используемых в электротехн. пром-сти,-230-520°С.

Диэлектрич. проницаемость e обычных промышленных стеклах неорганических невелика, причем самое низкое значение у кварцевого стекла неорганического и стеклообразного В 2 О 3 (3,8-4,0). С увеличением содержания в стеклах неорганических ионов щелочных и тяжелых металлов (Ва, Рb), обладающих высокой поляризуемостью , e повышается в силу влияния ионной поляризации . Возрастает она также с повышением т-ры выше 200 °С и при действии частот до 50 Гц. Диэлектрич. потери наиб. низки для силикатных стекол неорганических, для кварцевого стекла неорганического при 20°С и частоте 10 -10 Гц tgd 0,0001. Для закаленных стекол неорганических tgd в 1,5-2,0 раза выше, чем для отожженных. Электрич. прочность стекол неорганических (пробивное напряжение) в однородном электрич. поле достигает высоких значений (10 4 -10 5 кВ·м -1).

Термич. св-ва. Для обычных силикатных стекол термостойкость 60-100°С, для пирекса-280°С, для кварцевого стекла-ок. 1000°С. Для силикатных стекол неорганических коэф. теплопроводности 0,6-1,34 Вт/(м·°С), уд. теплоемкость при комнатной т-ре 0,3-1,05 кДж/(кг · К), коэф. линейного термич. расширения 5·10 -7 -120·10 -7 К -1 (последнее значение-для свинецсодержащих стекол неорганических).

Хим. стойкость стекол неорганических характеризуется высокой стойкостью к действию влажной атмосферы , воды , к-т (HF, Н 3 РО 4). Различают 4 гидролитич. класса хим. стойкости, оцениваемой по кол-ву щелочей и др. р-римых компонентов, перешедших в р-р при кипячении стекол неорганических в воде или р-рах к-т. Наиб. хим. стойкостью обладают кварцевое, боросиликатное (не более 17% В 2 О 3) и алюмосиликатное стекла неорганические. Хим. стойкость стекол неорганических существенно возрастает также и при введении в состав оксидов Ti, Zr, Nb, Та, Sn. Стойкость стекол неорганических к реагентам с рН < 7 повышают путем спец. обработки или защиты пов-сти пленками кремнийорг. соединений, фторидами Mg, оксидами А1 и Zn. По убыванию интенсивности разрушающего действия на стекла неорганические хим: реагенты располагаются в след. ряд: HF > Н 3 РО 4 > р-ры щелочей > р-ры щелочных карбонатов > НСl = H 2 SO 4 > вода . Макс. потеря массы стекол неорганических на 100 см 2 пов-сти в р-рах к-т (кроме HF, Н 3 РО 4) составляет ок. 1,5 мг, в то время как в щелочных средах возрастает до 150 мг.

Получение стекла. Традиц. технология пром. способа получения стекол неорганических состоит в подготовке сырьевых материалов (дробление , сушка , просеивание), приготовлении шихты (дозирование сырьевых компонентов и их смешивание), варке, формовании изделий, отжиге , обработке (термич., хим., мех.).

В зависимости от назначения стекла неорганического сырье для его изготовления содержит разл. оксиды и минералы . Кремнезем , являющийся главной составной частью стекол неорганических, вводят в шихту в виде кварцевого песка или- молотого кварца (вредные примеси-соед. Сr и Fe, придающие стеклам неорганическим желтовато-зеленый и зеленый цвет). Для варки высококачеств. бесцветных стекол неорганических песок очищают физ. и хим. способами; размер зерен песка 0,2-0,5 мм. В 2 О 3 в шихту вводят в виде буры или Н 3 ВО 3 , Р 2 О 5 -в виде фосфатов или Н 3 РО 4 , Аl 2 О 3 -в виде глинозема , каолина , глины , полевого шпата или Аl(ОН) 3 , Na 2 O-B виде Na 2 CO 3 , К 2 О-в виде К 2 СО 3 или KNO 3 , СаО-в виде мела или известняка , ВаО-в виде ВаСО 3 , Ba(NO 3) 2 или BaSO 4 , MgO-в виде доломита или магнезита , Li 2 O-B виде Li 2 СО 3 и прир. минералов лепидолита или сподумена, РbО-в виде сурика , глета или силиката Рb.

Вспомогат. материалы шихты - осветлители, обесцвечива-тели, красители , глушители, восстановители и др. В качестве осветлителей применяют небольшие кол-ва (NH 4),SO 4 , Na 2 SO 4 , NaCl, As 2 O 3 и As 2 O 5 в сочетании с (NH 4) 2 NO 3 , плавиковый шпат . Нек-рые из них одновременно являются и обесцвечивателями - окисляют в стеклах неорганических соед. Fe. Иногда для обесцвечивания в шихту вводят небольшие кол-ва в-в, окрашивающих стекломассу в дополнительный к зеленому

цвет (Se, соед. Со, Мh и др.). Окрашивают стекла неорганические, добавляя в шихту красящие в-ва. Желтую окраску стеклам неорганическим придают СrО 3 , NiO, Fe 2 O 3 , зеленую-Сr 2 О 3 и СиО, синюю-СuО и СоО, фиолетовую - NiO и Мn 2 О 3 , розовую-СоО, МnО и Se, коричневую - Fe 2 O 3 , FeS, красно-рубиновую - коллоидные Си и Аи.

Процесс стекловарения -процесс получения однородного расплава - условно разделяют на неск. стадий: образование силикатов , стеклообразование, осветление , гомогенизация, охлаждение.

Варку стекол неорганических проводят в печах непрерывного действия разл. типа-электрич., газопламенных, газопламенных с дополнит. электроподогревом. На первой стадии вследствие плавления эвтектич. смесей и солей происходит образование силикатов и др. промежут. соединений, появляется жидкая фаза. Силикаты и непрореагировавшие компоненты вместе с жидкой фазой представляют собой на этой стадии плотную спекшуюся массу. Для большинства силикатных стекол неорганических первый этап завершается при 1100-1200 °С. На стадии стеклообразования при 1200-1250 °С растворяются остатки шихты, происходит взаимное растворение силикатов , удаляется пена и образуется относительно однородная стекломасса, насыщенная, однако, газовыми включениями, поскольку обычно шихта силикатных стекол неорганических содержит ок. 18% химически связанных газов (СО 2 , SO 2 , O 2 и др.). На стадии осветления (1500-1600 °С, длительность-до неск. суток) происходит удаление из расплава газовых пузырей. Для ускорения процесса используют добавки , снижающие поверхностное натяжение массы. Одновременно с осветлением идет гомогенизация -усреднение расплава по составу. Наиб. интенсивно гомогенизация Осуществляется при мех. перемешивании стекломассы мешалками из огнеупорных материалов . На стадии охлаждения проводят подготовку стекломассы к формованию, для чего равномерно снижают т-ру на 400-500°С и достигают необходимой вязкости стекла неорганического. Формование изделий из стекломассы осуществляют разл. методами - прокатом, прессованием, прессвыдуванием, выдуванием, вытягиванием и др. на спец. стеклоформующих машинах.

Прессование применяют в произ-ве стеклянной тары, архитектурных деталей, посуды; выдувание-в произ-ве узкогорлой тары, сортовой (столовой) посуды, электровакуумных изделий; прессвыдувание-в машинном произ-ве ши-рокогорлой посуды; вытягивание-при изготовлении оконного и техн. листового стекол неорганических, трубок, труб, стержней, стеклянных волокон ; прокатка-при произ-ве листового стекла неорганического разл. видов, преим. строительного толщиной 3 мм и более. Др. методы: отливка в формы при изготовлении крупногабаритных предметов, моллирование - получение изделий в форме при нагр. твердых кусочков стекол неорганических.

При произ-ве пеностекла в шихту (или тонкоизмельченный стеклянный бой) добавляют парообразователи, выделяющие при варке стекла газ и вспучивающие стеклянную массу. Вспенивают стекло при 700-800 °С (для обычной шихты) или 950-1150 °С (для шихты из глин , горных пород , нерудных ископаемых).

Помимо традиц. метода получения применяют новые-в частности золь-гель процесс с образованием стекла.поликонденсация

Описанным выше методом получают заготовки, трубы и волокна для оптич. световодов и др. элементов волоконной оптики.

Металлич., халькогенидные и галогенидные стекла неорганические получают быстрым охлаждением расплавов (см. Стеклообразное состояние). При этом часто используют сверхвысокие скорости охлаждения (10 5 -10 8 К/с).

Историческая справка. Стеклоделие впервые возникло в Египте и Месопотамии в 4-м тыс. до н. э. В 1 в. н. э. наиб. крупный центр стеклоделия-Рим, с 9 до 17вв. н. э.-Венеция. В развитии стеклотехники условно выделяют 4 периода: в 4-2-м тыс. до н. э. из стекол неорганических делали украшения и предметы религиозного культа, во 2-1-м тыс. до н. э.-небольшие сосуды ; 1-е тыс. до н. э. началось с изобретения стеклодувной трубки, что позволило стеклоделию достичь большой высоты, а стекла неорганические превратить в материал широкого потребления; нач. 19-кон. 20 вв. характеризуется распространением машинной техники, созданием многочисл. составов стекол неорганических и проникновением его во все области быта, науки и техники. В России стеклоделие развивалось с 10-11 вв. Основоположник научного стеклоделия в России-М. В. Ломоносов, организовавший первую научную лабораторию по переработке стекла. Первый стекольный завод в России построен в 1635.

Лит.: Роусон Г., Неорганические стеклообразующие системы, пер. с англ., М., 1970; Аппен А. А., Химия стекла, 2 изд., Л., 1974; Лазерные фосфатные стекла, М.,-1980; Борисова 3. У., Халькогенидные полупроводниковые стекла, Л., 1983; Химическая технология стекла и ситаллов , М., 1983; Фельц А., Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела , пер. с нем., М., 1986; Неорганические стекла и изделия на их основе для волоконно-оптических систем связи и датчиков, в сб.: Итоги науки и техники, сер . Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов, т. 2, М., 1989; Physilische Chemie der Glasoherflache, Lpz., 1981; Shufflebotham P.K., "J. of non-crystalline solids", 1987, v. 92, № 2-3, p. 183-244; Rawson Н„ "IEE Proc.", 1988, pt A, v. 135, № 6, p. 325-45. П.Д. Саркисов, Л. А. Орлова.

Стекло известно людям уже около 55 веков. Самые древние образцы обнаружены в Египте. В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до нашей эры. Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад. А первое упоминание о русском стекольном заводе (он был построен под Москвой возле деревни Духанино) относится к 1634 году. Несмотря на столь древнюю историю, массовый характер производство стекла приобрело лишь в конце прошлого столетия благодаря изобретению печи Сименса-Мартина и заводскому производству соды. А уж листовое стекло - вещь и вовсе современная. Технология его изготовления была разработана в нашем веке.

Проверка на выносливость.

Механическую прочность стекла характеризует твердость. Она же определяет его сопротивление деформации, которая непременно возникнет, если попытаться "внедрить" в стекло более твердое тело (камень, например). Любопытен практический метод определения микротвердости. В поверхность стекла вдавливается алмазная пирамидка при нагрузке вдавливания от 50 до 100 граммов.

Хрупкость стекла - это его возможность сопротивляться удару. При испытании на хрупкость на образец стекла сбрасывают эталонный стальной шар либо бьют его маятником. В обоих случаях прочность определяют работой, затраченной на разрушение образцов.

Режем...

Резку стекла выполняют алмазным или твердосплавким стеклорезом. Алмазный - тот, в оправу которого вставлено зерно алмаза таким образом, чтобы оно имело два угла - тупой и острый. Острый при резке должен двигаться вперед, тогда алмаз свободно скользит по стеклу, не задерживаясь на имеющихся на стекле неровностях. Если же вести алмаз тупым углом вперед, зерно быстро выпадет или сойдет в сторону со своего места. Чтобы при резке стекла не приходилось постоянно пользоваться транспортиром, замеряя угол наклона алмаза, на оправе стеклореза делают особую метку, которая при резке всегда должна быть обращена к линейке.

Но какой бы твердый не был алмаз, и он со временем тупится. Тогда приходится обращаться за помощью к ювелиру (или часовщику), чтобы он перевернул зерно на другую грань.

Твердосплавкий стеклорез обычно бывает трехроликовым. Ролики и есть режущая часть. Каждый из них рассчитан на резку 350 погонных метров стекла. После сильного затупления ролик точат на специальном бруске с алмазной пылью или электроточиле.

Различные фигуры из стекла можно вырезать самодельным "карандашом-стеклорезом", сделанным из древесного угля. Уголь растирают в ступке в мелкий порошок и замешивают его в гуммиарабике (вязкая прозрачная жидкость, выделяемая некоторыми видами акаций; растворяется в воде, образуя клейкий раствор). Полученное густое тесто раскатывают в крупные палочки и хорошо их просушивают.

Непосредственно перед резкой край стекла надпиливают трехгранным напильником. Затем зажигают карандаш с одного конца и касаются им надпиленного края стекла. Горячим кончиком карандаша ведут в нужном направлении. По образовавшимся трещинам стекло легко лопается.

Сверлим...

Стекла, как и люди, стареют - со временем увеличивается их хрупкость. Поэтому при работе со старыми стеклами их сначала надо промыть, просушить, протереть тряпкой, чуть смоченной скипидаром, и снова просушить, защитив от пыли.

Отверстия в стекле лучше всего делать с помощью ручной дрели, так как при работе электроинструментом стекло в месте сверления сильно нагревается.

Сверла используют в основном алмазные. Центр сверления намечают "крестиком" с помощью стеклореза. Роль смазки выполняет технический скипидар, в котором разведена канифоль. Первую каплю этого раствора наносят на "крестик", а затем постепенно добавляют уже при сверлении, так чтобы углубление всегда было заполнено смазкой.

После просверливания на 0,7-0,8 толщины, когда острие почти выходит на другую сторону, стекло переворачивают. Легким ударом острия сверла вводят его в просверленный конус и продолжают работу "до победного конца" уже с другой стороны. Такая "хитрость" позволяет избежать трещин, получения неровных краев отверстия, а также уменьшить его конусность. Существуют и другие способы сверления стекла.

Делаем витраж.

Традиционная технология изготовления витражей сложна, дорога, и под силу лишь опытным мастерам-художникам. Но если у вас "руки растут откуда надо", то украсить дверь самодельным витражом из битого стекла на силикатном клее будет вполне под силу. Сначала разрабатывают рисунок будущего "произведения" (выполняют на листе бумаги в натуральную величину и в цвете). Затем наклеивают его с обратной стороны стекла, на котором будет выполняться витраж, "лицом" вниз.

После этого тонкой кистью с быстросохнущей краской черного, темно-синего или темно-коричневого цвета наносят контуры изображения. Цветное стекло для витража можно получить из подручного материала (зеленое и коричневое - из разбитых бутылок, красное - из светофильтров либо от автомобильных фар и т.д.). Подобранные по цвету стекла разбиваются на осколки до размера, необходимого для выполнения декоративного орнамента. Стекла с наклеенным рисунком укладывают в горизонтальное положение на ровное основание лицевой стороной вверх и протирают нашатырным спиртом.

На подготовленную таким образом поверхность наносят слой силикатного клея и выкладывают мозаику. Через 4-6 часов поверхность витража заливают сплошным слоем клея таким образом, чтобы он покрывал все выступающие осколки. Клей сглаживает все шероховатости витража, поверхность становится волнистой, блестящей, хорошо видна на просвет.

Раскрашиваем...

"Морозные узоры" на стекле получают с помощью столярного клея. Для этого стеклу сначала придают матовость, обрабатывая песком вручную или пескоструйным аппаратом. На матовую поверхность наносят двух-трехмиллиметровый слой горячего крепкого раствора столярного клея. Высыхая, клей отрывает тонкую пленку стекла, которая легко снимается щеткой.

Многослойное стекло.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: целесообразно использовать в качестве стекол, защищающих от взлома, от пуль, от огня и шума, для защиты человека от различных травм, а также для изготовления изолирующих стеклопакетов.

Многослойным или ламинированным называется стекло, состоящее из двух или более слоев, "склеенных" вместе с помощью пленки или ламинирующей жидкости. Слои могут быть: выполненные из стекла одного или различных типов, прямые или гнутые в соответствии с заданной формой (форму им придают до склейки).

Процесс ламинирования сложный, выполняется с помощью автоматизированной линии в несколько стадий. Последний этап проводится в автоклаве под воздействием тепла и давления. Ламинирование не увеличивает механическую прочность стекла, но делает его "безопасным" - при разрушении осколки не разлетаются во все стороны, а остаются "висеть" на эластичной пленке. Кроме того, такие стекла (целые, разумеется) хорошо защищают и от ультрафиолетового излучения. Ламинированные стекла продают как в виде больших пластин, из которых нарезают полотна требуемого размера, так и в виде готовых изделий определенных форм и размеров.

Оконное стекло.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: остекление окон, витражей, балконных дверей, световых фонарей, теплиц, оранжерей и других светопрозрачных ограждающих конструкций жилых зданий и промышленных сооружений.

Качественные листы оконного стекла прозрачны и бесцветны - никаких радужных и матовых пятен, несмываемых налетов, и других следов выщелачивания на поверхности! Допускаются зеленоватый и голубоватый оттенки, но при условии, что они не снижают коэффициента светопропускания (соотношения двух световых потоков - прошедшего через лист стекла к падающему на этот же лист).

Прочность стекла зависит от нескольких составляющих: способа выработки и обработки поверхностей и торцов, однородности, степени отжига или закалки, состояния поверхности листа и его размеров. Выбирая стекло, помните, что появившиеся в процессе изготовления на поверхностях листа и в его объеме микротрещины и неоднородности снижают прочность примерно в 100 раз. Внимательно осмотрите кромки, они должны быть ровными, а углы целыми. Даже небольшие сколы и зазубрины по кромкам станут концентраторами напряжения, такое стекло - не жилец. Наличие маленьких дефектов (пузырей, инородных включений, царапин и так далее) возможно, но регламентируются специальными стандартами.

Для обычного оконного остекления чаще применяют листы толщиной 2,5-4 мм. Для больших же окон и витражей они не годятся, не выносят ветровой нагрузки. В таких случаях следует устанавливать более толстое стекло - 6 или даже 10 мм. Причем чем выше расположено большое окно, тем толще должно быть стекло и тем меньше площадь его листа.

И еще одна важная вещь. Хотя свойства стекла мало зависят от направления его резки, все же желательно размечать длинную сторону оконного стекла параллельно длинной стороне раскраиваемого листа. Оформляя заказ, имейте это в виду. Кстати, нарезка стекла удорожает его стоимость примерно на 30 процентов.

Солнцезащитное стекло.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: остекление окон, а также солнцезащитных устройств - козырьков, вертикальных экранов и т.д. Наиболее уместно применение в зданиях с активным использованием кондиционеров.

Солнцезащитные стекла либо отражают либо поглощают излучение. Теплопоглощающие получают введением в стекломассу специальных добавок, окрашивающих ее в зеленовато-голубоватые или серые тона. Такие стекла пропускают 65-75 процентов света, а инфракрасных лучей - всего 30-35 процентов, причем их способность пропускать и поглощать лучи (при едином химическом составе) зависит от толщины листа.

При высоком коэффициенте поглощения света "темные" теплопоглощающие стекла могут сильно нагреваться (на 50-70 градусов выше окружающей среды), поэтому их не рекомендуется использовать в наружном остеклении. Их также нежелательно подвергать неравномерному нагреву или охлаждению. Второй вид стекол, которые призваны защищать от солнца, - с прозрачными для видимых лучей спектра тонкими окиснометаллическими, керамическими или полимерными покрытиями. Покрытия эти наносят на одну из поверхностей обычного бесцветного стекла. Такие стекла тоже поглощают часть инфракрасного солнечного излучения, но нагреваются значительно меньше, а их светотехнические характеристики мало зависят от толщины листа.

Благодаря солнцезащитным стеклам летом в помещении не так жарко, контрастность и яркость освещаемых предметов меньше. В результате снижается утомляемость глаз, люди меньше устают. Однако от прямых солнечных лучей такие стекла не защищают (яркость солнечного диска остается слишком высокой), так что от жалюзи или штор отказываться не надо.

Приобретая солнцезащитное стекло, учтите: искажение цветов просматриваемых через него предметов должно быть минимальным.

Теплосберегающее стекло (энергосберегающее).

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: используются в основном при производстве стеклопакетов.

Если Вы покупаете газовую или обычную электрическую плиту, обратите внимание на фиксацию крышки панели конфорок. Очень удобно и безопасно, когда Вы можете оставить крышку плиты в любом положении (под любым углом наклона). Это достигается путем специальной балансировки шарниров.

Выпускаются стекла как с "твердыми" покрытиями - К-стекло, и с так называемыми "мягкими" - i-стекло. В отличие от "мягкого" покрытия "твердые" имеют неотъемлемую слабую поверхностную дымку, особенно заметную при ярком освещении. Окно с таким стеклом выглядит как вымытое грязной водой.

Такие стекла наиболее часто применяются в современных ПВХ-окнах, ощутимо экономя энергию. Например, при наружной температуре -26 градусов и температуре в помещении +20, температура на поверхности стекла внутри помещения будет +5,1 - у обычного стеклопакета, +11 - у стеклопакета с К-стеклом, +14 - с i-стеклом.

Узорчатое стекло.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: остекление оконных и дверных проемов, устройство перегородок в жилых, общественных и промышленных зданиях. Не рекомендуется применять узорчатое стекло в помещениях с большим количеством пыли, копоти и т.п.

Узорчатое листовое стекло имеет на одной или обеих поверхностях четкий рельефный повторяющийся рисунок и бывает как бесцветным, так и цветным. Цветное получают из окрашенного "в массе стекла" или нанесением на одну из поверхностей бесцветных окиснометаллических покрытий.

Это декоративный материал. Наружные и внутренние витражи, ширмы, перегородки из него в фойе, вестибюлях, залах кафе получаются великолепные. А вот "выгораживать" узорчатым стеклом помещения для конфиденциальных разговоров не стоит. Узорчатое, как и обычное или цветное стекло - не преграда для любителей подслушивать.

Цвет и рисунок поверхности стекла должен соответствовать утвержденным эталонам. Глубина рельефных линий - от 0,5 до 1,5 мм. Узорчатое стекло должно пропускать и рассеивать свет. Коэффициент светопропускания бесцветного варианта при освещении рассеянным светом, если узоры нанесены только на одной стороне - не менее 0,75, если узоры на двух сторонах - 0,7. Светопропускание цветных узорчатых стекол определяется составом, цветом стекла и покрытий и составляет 30-65%.

Закаленное стекло.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: остекление окон и перегородок, дверей, ограждений балконов, лестничних маршей и т.д., а также при производстве изолирующих стеклопакетов или ламинированных стекол.

Закаленные стекла изготавливают из листов неполированного, полированного или узорчатого стекла на специальных закалочных установках. При необходимости в стекле предварительно делают требуемые вырезы, отверстия, обрабатывают кромки, потому что готовые закаленные стекла нельзя резать, сверлить и подвергать другим видам механической обработки.

Закалка стекла в некотором роде похожа на закалку стали. Сначала его разогревают выше температуры размягчения, а затем быстро охлаждают в струях воздуха. При охлаждении первыми затвердевают поверхностные слои стекла. В них при остывании внутренних слоев возникают остаточные напряжения сжатия. Эти-то напряжения и обеспечивают механическую прочность и термостойкость стекла.

Прочность закаленного стекла на изгиб и удар в 5-6 раз больше прочности обычного стекла, при этом и термическая стойкость его существенно выше. Разбитое закаленное стекло распадается на мелкие острые осколки. Причем это регламентированно требованиям стандартов качества - при контрольном разрушении острым молоточком массой 75 граммов закаленные стекла должны иметь не менее 40 осколков в квадрате размерами 50х50 мм или 160 осколков в квадрате 100х100 мм.

Наиболее уязвимым местом закаленного стекла являются его кромки. При монтаже конструкций необходимо оберегать его торцы от ударов, царапин и других повреждений.

Светопропускание прозрачного закаленного стекла составляет не менее 84 процентов.

Армированное стекло.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ: остекление окон, световых фонарей, перегородок в производственных, общественных и жилых зданиях, для устройства балконных ограждений. Армирование стекла производят так: в середину листа параллельно его поверхности в процессе изготовления помещают металлическую сетку с квадратными ячейками.

Сетку применяют сварную из стальной проволоки, а для стекла высшей категории качества - еще и с защитным алюминиевым покрытием. Сторона квадратной ячейки составляет 12,5 или 25 мм. Сетка должна быть расположена по всей площади листа на расстоянии не менее 1,5 мм от поверхности стекла. В результате получается светопропускающий материал, обладающий повышенной безопасностью и огнестойкостью.

Здесь надо внести ясность. Армирование не увеличивает механическую прочность стекла и даже снижает его примерно в 1,5 раза. От воров оно тоже не спасет. Зато наличие сетки не позволит осколкам разлетаться и выпадать из переплетов, если, например, в него влетит мяч или камень. Качественное армированное стекло должно отламываться по линии надреза, не растрескиваясь. Если в нем много пузырей - это брак.

Одна из поверхностей "армостекла" может быть узорчатой или рифленой. Есть и цветное армированное стекло, изготовляется оно из стекломассы, окрашенной окислами металлов. Наиболее распространены цвета - золотисто-желтый, зеленый, лилово-розовый, голубой.

Работать с армированным стеклом в домашних условиях довольно сложно (трудно отколоть маленькие кусочки), но можно. Нарезают его обычным способом, потом отделяют куски друг от друга, а выступающие по краям кончики проволоки "откусывают" плоскогубцами. Проволока тонкая и отламывается легко.

Крепить армированное стекло лучше всего в переплетах сплошными штапиками со всех четырех сторон листа через резиновые прокладки или на замазке (мастике).

Согласно определению Комиссии по терминологии АН СССР (1932г.) «стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаж­дения расплава независимо от их состава и температурной области за­твердевания и обладающие в результате постепенного увеличения вяз­кости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым» .

Из определения следует, что в стеклообразном состоянии могут нахо­диться вещества, принадлежащие к разным классам химических соеди­нений.

Органические стекла представляют собой органические полимеры-полиакрилаты, поликарбонаты, полистирол, сополимеры винилхлорида с метилметакрилатом, - находящиеся в стеклообразном состоянии. Наибольшее практическое применение нашли стекла на основе полиметил-метакрилата. По своей технологии, механизму твердения и строению ор­ганические стекла существенно отличаются от неорганических и состав­ляют особый объект изучения.

Многовековая история стеклоделия связана с изготовлением сили­катных стекол, основывающихся на системе Na 2 O-СаО-SiO 2 . Только во второй половине XX в. было показано, что натрий-кальций-силикатные стекла составляют небольшую часть безграничного мира неоргани­ческих стекол.

По типу неорганических соединений различают следующие классы стекол: элементарные, галогенидные, халькогенидные, оксидные, метал­лические, сульфатные, нитратные, карбонатные и др.

Элементарные стекла с пособны образовывать лишь небольшое число элементов - сера, селен, мышьяк, фосфор, углерод.

Стеклообразные - серу и селен, удается получить при быстром переохлаждении расплава; мышьяк - методом сублимации в вакууме; фос­фор-при нагревании до 250°С под давлением более 100 МПа; угле­род-в результате длительного пиролиза органических смол. Промыш­ленное значение находит стеклоуглерод, обладающий уникальными свойствами, превосходящими свойства кристаллических модификации углерода: он способен оставаться в твердом состоянии вплоть до 3700°С, имеет низкую плотность порядка 1500 кг/м 3 , обладает высокой механи­ческой прочностью, электропроводностью, химически устойчив.

Галогенидные стекла получают на основе стеклообразующего ком­понента BeF 2 . Многокомпонентные составы фторбериллатных стекол со­держат также фториды алюминия, кальция, магния, стронция, бария. Фторбериллатные стекла находят практическое применение благодаря высокой устойчивости к действию жестких излучений, включая рентге­новские лучи, и таких агрессивных сред, как фтор и фтористый во­дород.

Халькогенидные стекла получают в бескислородных системах типа As-J (где Z-S, Se, Te), Ge-As-X, Ge - Sb - X , Qe - P - X и др. Халь­когенидные стекла имеют высокую прозрачность в ИК-области спектра, обладают электронной проводимостью, обнаруживают внутренний фото­эффект. Стекла применяются в телевизионных высокочувствительных камерах, в электронно-вычислительных машинах в качестве переключа­телей или элементов запоминающих устройств.

Оксидные стекла представляют собой обширный класс соединении. Наиболее легко образуют стекла оксиды SiO 2 , GeO 2 , ВгО 3 , P 2 O 5 .

Большая группа оксидов - TeO 2 , TiО 2 , SeО 2 , WO 2 , BiO 5 ,

Например, легко образуются стекла в систе­мах CaO-Al 2 O 5 , СаО-МgО 3 -ВаО 3 , P 5 O 5 - Ws .

Каждый из стеклообразующих оксидов может образовать стекла в комбинации с промежуточными или модифицирующими оксидами. Стек­ла получают названия по виду стеклообразующего оксида: силикатные, боратные, фосфатные, германатные и т.д. Практическое значение име­ют стекла простых и сложных составов, принадлежащие к силикатным, боратным, боросиликатным, фосфатным, германатным, алюминатным, молибдатным, вольфраматным и другим системам.

Промышленные составы стекол содержат, как правило, не менее 5 компонентов, а специальные и оптические стекла могут содержать более 10 компонентов.

Важнейшее достоинство стекольной технологии состоит в том, что она позволяет получать в твердом состоянии вещества с нестехиометрическим соотношением компонентов, которые не существуют в кристалличе­ском состоянии. Более того, свойства стекол удается плавно регулиро­вать в нужном направлении путем постепенного изменения состава.

Стекла, полученные на основе нитратных, сульфатных и карбонат­ных соединений, в настоящее время представляют научный интерес, но практического применения пока не имеют.

Традиционная технология получения стекол включает переохлажде­ние расплава до твердого состояния без кристаллизации. На этом спо­собе основана мировая промышленная технология производства стекла.

Создание технических устройств, позволяющих отводить тепло с бо­лее высокой скоростью, расширяет число веществ, которые удается по­лучить в стеклообразном состоянии путем охлаждения расплава. Сверх­высокие скорости переохлаждения порядка нескольких миллионов гра­дусов в 1 с позволяют фиксировать в стеклообразном состоянии сплавы металлов (например, в системе Fe-Mi-В-Р).

Промышленное значение приобретают способы получения стекол пу­тем вакуумного испарения, конденсации из паровой фазы, плазменного напыления. В этих случаях стекло удается получить из газовой фазы, минуя расплавленное состояние.

Облучение кристаллов частицами высоких энергий или воздействие на них ударной волны приводит к неупорядоченному смещению частиц из положений равновесия и, таким образом, к аморфизации структуры, в результате чего твердые кристаллические вещества могут быть пере­ведены в стеклообразное состояние, минуя стадию плавления.

Неорганические стекла классифицируются по виду стеклообразующего вещества, виду модификаторов, технологии изготовления и назначению.

По виду стеклообразующего вещества неорганические стекла делятся на силикатные (SiO 2), алюмосиликатные (А1 2 0 3 –SiO 2), боросиликатные (В 2 0 3 –SiO 2), алюмоборосиликатные (А1 2 0 3 –В 2 0 5 –SiO 2), алюмофосфатные (А1 2 0 3 –Р 2 0 5), халъкогенидные (например, Аs 31 Gе 30 Sе 21 Те 180), галогенидные и другие стекла.

По виду модификаторов различают щелочные, бесщелочные и кварце­вые неорганические стекла. Прочность щелочных стекол под действием влаги уменьшается вдвое, так как вода выщелачивает стекло. При этом, образуются щелочные растворы, которые расклинивают стекло, вызы­вая появление микротрещин в поверхностном слое.

По технологии изготовления неорганическое стекло может быть по­лучено выдуванием, литьем, штамповкой, вытягиванием в листы, трубки, волокна и др. Стекло выпускается промышленностью в виде готовых изделий, заготовок и отдельных деталей.

По назначению неорганические стекла делятся на техническое, строи­тельное и бытовое (стеклотара, посудное, бытовое и др.).

Техническое стекло по области применения делится на электротехническое, транспортное; оптическое, светотехническое, тер­мостойкое, тугоплавкое, легкоплавкое, химико-лабораторное и др.

Электротехническое стекло. Высокие значения удельного электросопротивления, большая электрическая прочность (16–50 кВ/мм), низкие зна­чения диэлектрических потерь (tgδ=0,0018–0,0175) и сравнительно высокая диэлектрическая проницаемость (ε=3,5–16), которая повышается при увели­чении концентрации РbО или ВаО. При нагреве в интервале температур 200–400 °С удельное электросопротивление уменьша­ется в 10 8 –10 10 раз, что связано с увеличе­нием подвижности щелочных ионов, и стекло теряет свои изолирующие свой­ства. Оксиды тяжелых металлов – свинца и бария уменьшают подвижность ионов и снижают потери.

При впаивании металла в стекло, при сва­ривании стекол разного состава в стекле появляются термические напряжения из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения. Если температур­ные коэффициенты обоих материалов близки, то спаи стекла с материалом назы­ваются согласованными спаями, а если раз­личны – несогласованными спаями.

Как диэлектрик используют для колб ос­ветительных ламп и радиоламп, в элект­ровакуумных устройствах, для изоляторов, для герметизации интегральных схем. Так, в виде тонкой (до 3–4 мкм) пленки стек­ло используют в качестве прочной, нетрескающейся и теплостойкой изоляции на металлических проводах и термопарах. Халькогенидное стекло используется для герметизации полупроводниковых при­боров. Электропроводящие (полупровод­никовые) стекла: халькогенидные и ок­сидные ванадиевые – находят широкое применение в качестве термисторов, фо­тосопротивлений.

Электротехнические стекла в зависимости от величины температурного коэффици­ента линейного расширения разделяются на платиновые (С89-2), молибденовые (С49-1) и вольфрамовые (С38-1). Каждая группа стекол используется для согласо­ванных спаев с Мо, W и сплавами Fe-N. В марке электротехнического стекла ука­зывается значение температурного коэф­фициента линейного расширения.

Транспортное стекло. В машиностроении эффективно применя­ется как конструкционный материал при условии нейтрализации хрупкости, что достигается его закалкой, как правило, в воздушном потоке.

Специфическими свойствами стекол явля­ются их оптические свойства: светопрозрачность, отражение, рассеяние, поглоще­ние и преломление света. Коэффициент преломления таких стекол составляет 1,47–1,96, коэффициент рассеяния нахо­дится в интервале 20–71.

Разновидностями транспортного стекла яв­ляются триплексы и термопан, применяе­мые для остекления в транспортных сред­ствах, скафандрах.

Триплексы – композиционный материал, получаемый из двух листов закаленного силикатного (или органического) стекла толщиной 2–3 мм, склеенных прозрачной эластичной полимерной (обычно из поливинилбутираля) пленкой. При разруше­нии триплекса образовавшиеся неострые осколки удерживаются на полимерной пленке.

Термопан – трехслойное стекло, состоящее из двух листов закаленных стекол и воз­душного промежутка между ними. Эта воздушная прослойка обеспечивает тепло­изоляцию.

Оптическое и светотехническое стекло. Оптические свойства стекол зависят от их окраски, которая определяется химиче­ским составом стекол, а также от состоя­ния поверхности изделий. Оптические изделия должны иметь изотропную, сво­бодную от напряжений структуру, кото­рую получают отжигом, и гладкие полиро­ванные поверхности.

Обычное неокрашенное листовое стекло пропускает до 90%, отражает примерно 8%и поглощает около 1% видимого и частично инфракрасного света; ультра­фиолетовое излучение поглощается почти полностью. Кварцевое стекло является прозрачным для ультрафиолетового из­лучения. Светорассеивающие стекла со­держат в своем составе фтор. Стекло с большим содержанием РbО поглощает рентгеновские лучи.

Оптические стекла, применяемые в оп­тических приборах и инструментах, под­разделяют на кроны, отличающиеся ма­лым преломлением (n д =1,50), и флинты (n д =1,67) – с высоким содержанием ок­сида свинца.

Термостойкое и тугоплавкое стекло.

«Пирекс» – термостойкое стекло на осно­ве SiO 2 (80,5%) с повышенным содер­жанием В 2 0 3 (12%), Na 2 0 (4%), а также оксидами алюминия, калия и магния.

«Мазда» – тугоплавкое стекло на основе SiO 2 (57,6%) с оксидами алюминия (25%), кальция (7,4%), магния (8%) и калия. «Пирекс» и «Мазда» используются для из­готовления изделий, использующихся при повышенных температурах эксплуатации: оболочки термометров, смотровые стекла и др.

Легкоплавкое стекло. Эти стекла изготовляют на основе РbО (70%) с добавлением В 2 О 3 (20%) или В 2 0 3 (68,8%) с добавлением ZnО (28,6%) и Na 2 O (2,6%); используются для изготовления эмалей, глазури и припоев для спаи­вания стекла.

Строительное стекло выпускают следующих видов: листо­вое, облицовочное и изделия и конструкции из стекла.

Листовое стекло изготавливают из стеклянной массы, в состав которой входят 71–73% SiO 2 , 13,5–15% Na 2 O, до 10% СаО, до 4% МgО и до 2% А1 2 0 3 . Масса 1 м 2 листового стекла 2–5 кг. Светопропускание – не ме­нее 87%.

Листовое стекло вырабатывают трех сортов и в зависимости от толщины шести размеров (марок): 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Сорт листового стекла опреде­ляется наличием дефектов, к которым относятся: полосность – неровность на поверхности; свиль – узкие нитевидные полоски; пузыри – газовые включения и др. Ширина листов стекла 250–1600 мм, длина 250–2200 мм.

Промышленностью вырабатываются также специальные виды листового стекла: витринное (полированное), теплопоглощающее, увиолевое (пропускаю­щее 25–75% ультрафиолетовых лучей), закаленное, архитектурно-строи­тельное и др.

Листовое стекло – основной вид стекла, используемый для остекления оконных и дверных проемов, витрин, наружной и внутренней отделки зданий.

Облицовочное стекло применяют для отделки фасадов и внутренних помещений здания. К потребительским свойствам такого стекла относятся высокая декоративность (яркие цвета, блестящая поверхность), большая атмосферостойкость и долговечность. К группе облицовочных стекол отно­сятся:

стемалит – листовой строительный материл из закаленного полирован­ного (толщиной 6–12 мм) стекла, покрытого с внутренней стороны непроз­рачной (глухой) керамической краской. Покрытие защищается со стороны помещения тонким слоем алюминия, нанесенным в вакууме. Применяется для внутренней и наружной облицовки зданий;

марблит – листовой строительный материал толщиной 12 мм из цвет­ного глушеного стекла с полированной лицевой поверхностью и рифленой тыльной, может имитировать мрамор;

стеклянная эмалированная плитка – изготавливается из отходов листо­вого стекла (стеклянная эмаль), наплавляемых на поверхность стекла, наре­занного на требуемые размеры (150x150, 150x70 мм при толщине 3–5 мм);

стеклянная мозаика – ковровая мозаика в виде мелких квадратных пли­ток (20x20 или 25x25 мм) из непрозрачного (глушеного) цветного стекла, выложенных в однотонные или мозаичные ковры;

смальта – кубики или пластинки толщиной 10 мм из цветной глушеной стекломассы, полученные отливкой или прессованием; применяется для изготовления мозаик.

Изделия и конструкции из стекла. К наиболее распростра­ненным изделиям и конструкциям из стекла в строительной промышлен­ности относятся:

стеклоблоки – полые блоки из двух отформованных половинок, сваренных между собой. Светопропускание–не менее 65%, светорассеяние–около 25% (светорассеяние повышают рифлением внутренней стороны блоков), теплопроводность – 0,4 Вт/(м·К). Применяются для заполнения световых проемов в наружных стенах и устройства светопрозрачных покрытий и пе­регородок;

стеклопакеты – два-три листа стекла, соединенных по периметру ме­таллической рамкой (обоймой), между которыми создана герметически замкнутая воздушная полость. Применяются для остекления зданий;

стеклопрофилит – крупногабаритные строительные панели из про­фильного стекла, изготовляемые методом непрерывного проката коробча­того, таврового, швеллерного и полукруглого профилей. Стеклопрофилит может быть армированным и неармированным, бесцветным и цветным. Применяется для устройства светопрозрачных ограждений зданий и соору­жений.

Стекловолокно – волокнистый материал, получаемый из расплавлен­ной стекломассы. Наиболее широко применяются бесщелочное алюмо-боросиликатное Е-стекло, а также высокопрочное стекло на основе ок­сидов: SiO 2 , А1 2 0 3 , МgO. Диаметр стекловолокна колеблется от 0,1 до 300 мкм. Форма сечения может быть в виде крута, квадрата, прямо­угольника, треугольника, шестиугольника. Выпускаются и полые во­локна. По длине волокно делится на штапельное (от 0,05 до 2–3 м) и непрерывное. Плотность стекловолокна 2400–2600 кг/м 3 . Прочность элементарных стеклянных волокон в несколько десятков раз выше объем­ных образцов стекла: прочность на растяжение достигает 1500–3000 МПа для непре­рывных волокон диаметром 6–10 мкм. Стеклово­локно имеет высокие тепло-, электро- и звукоизоляционные свойства, оно термо- и химически стойко, негорюче, не гниет.

Поверхность стеклянных волокон при транспортировке и различных видах переработки замасливают для предотвращения истирания, так как от состояния поверхности волокон зависит их прочность. Из стеклово­локна изготавливают стекловату, ткани и сетки, а также нетканые ма­териалы в виде жгутов и холстов, стекломатов.

Стекловата – материал из стеклянных волокон, диаметр которых для изготовления теплоизоляционных изделий не должен превышать 21 мкм. Структура ваты должна быть рыхлой – количество прядей, состоящих из параллельно расположенных волокон, не более 20% по массе. Плотность в рыхлом состоянии не должна быть более 130 кг/м 3 . Теплопроводность – 0,05 Вт/(м·К) при 25 °С. Стеклянную вату из непрерывного волокна применяют для изготовления теплоизоляционных материалов и изделий при тем­пературах изолируемых поверхностей от -200 до +450°С.

Стекловата из супертонкого волокна имеет плотность 25 кг/м 3 , тепло­проводность 0,03 Вт/(м·К), температурах эксплуатации от -60 до +450°С, звукопоглощение 0,65–0,95 в диапазоне частот 400–2000 Гц. Стек­ловата из супертонкого волокна, а также изделия на ее основе используют­ся в строительстве в качестве звукоизоляционного материала.

Стекломаты (АСИМ, АТИМС, АТМ-3) – материалы, состоящие из стекловолокон, расположенных между двумя слоями стеклоткани или стеклосетки, простеганной стеклонитками. Они применяются при температу­рах 60–600°С в качестве армирующих элементов в композиционных мате­риалах.

Стеклорубероид и стекловойлок – рулонные материалы, получаемые путем двухстороннего нанесения битумного (битумно-резинового или битумно-полимерного) вяжущего вещества, соответственно, на стеклово-локнистый холст или стекловойлок и покрытия с одной или двух сторон сплошным слоем посыпки. Сочетание биостойкой основы и пропитки с повышенными физико-механическими свойствами позволяет достичь дол­говечности для стеклорубероида около 30 лет.

В зависимости от вида посыпки, предотвращающей слипание при хра­нении в рулонах, и назначения стеклорубероид выпускают следующих ма­рок: С-РК (с крупнозернистой посыпкой), С-РЧ (с чешуйчатой посыпкой) С-РМ (с пылевидной или мелкозернистой посыпкой). Применяют стекло­рубероид для верхнего и нижнего слоев кровельного ковра и для оклеенной гидроизоляции.

Гидростеклоизол – гидроизоляционный рулонный материал, предназна­ченный для гидроизоляции железобетонных обделок туннелей (марка Т), пролетных строений мостов, путепроводов и других инженерных сооружений (марка М).

Гидростеклоизол состоит из стеклоосновы (тканой или нетканой сет­чатки, дублированной стеклохолстом), покрытой с обеих сторон слоем би­тумной массы, в которую входят битум, минеральный наполнитель (около 20%) с молотым тальком, магнезитом, а также пластификатором. Отличается помимо высокой водонепроницаемости хорошими прочностными показа­телями при растяжении в продольном направлении. Он выдерживает раз­рывную нагрузку при высшей категории качества 735 Н. Теплостойкость – 60–65 °С, температура хрупкости – от -20 до -10°С.

Гидростеклоизол наклеивают без применения мастик – равномерным плавлением (например, используя пламя газовой горелки) его поверхности.

Пеностекло (ячеистое стекло) – ячеистый материал, получаемый спе­канием тонко измельченного стекольного порошка и порообразователя. Вырабатывают из стекольного боя либо используют те же сырьевые ма­териалы, что и для производства других видов стекла: кварцевый песок, известняк, соду и сульфат натрия. Порообразователями могут быть кокс и известняк, антрацит и мел, а также карбиды кальция и кремния, выделяющие при спекании углекислый газ, образующий поры.

Пеностекло имеет специфическое строение – в материале стенок крупных пор (0,25–0,5 мм) содержатся мельчайшие микропоры, что обусловливает малую теплопроводность (0,058–0,12 Вт/(м·К)) при доста­точно большой прочности, водостойкости и морозостойкости. Порис­тость различных видов пеностекла составляет 80–95%; плотность 150–250 кг/м 3 ; прочность 2–6 МПа. Обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Пеностекло – несгораемый матери­ал с высокой (до 600 °С) теплостойкостью. Легко обрабатывается (пи­лится, шлифуется); оно хорошо склеивается, например, с цементными материалами.

Щиты из пеностекла применяют для теплоизоляции ограждающих кон­струкций зданий (стен, перекрытий, кровель и др.), в конструкциях холо­дильников (изоляция поверхностей с температурой эксплуатации до 180 °С), для декоративной отделки интерьеров. Из пеностекла с открытыми порами изготовляют фильтры для кислот и щелочей.

Стеклопор получают путем фануляции и вспучивания жидкого стекла с минеральными добавками (мелом, молотым песком, золой ТЭС и др.). Вы­пускается трех марок: СЛ ρ 0 =15–40 кг/м 3 , λ=0,028–0,035 Вт/(м·К); Л ρ 0 =40–80 кг/м 3 , λ=0,032–0,04 Вт/(м·К); ρ 0 =80–120 кг/м 3 , λ=0,038–0,05Вт/(м·К).

В сочетании с различными связующими веществами стеклопор исполь­зуют для изготовления штучной, мастичной и заливочной теплоизоляции. Наиболее эффективно применение стеклопора в ненаполненных пенопластах, так как введение его в пенопласт позволяет снизить расход полимера и значительно повысить огнестойкость теплоизоляционных изделий.

Армированное стекло – конструкционное изделие, получаемое мето­дом непрерывного проката неорганического стекла с одновременным закатыванием внутрь листа металлической сетки из отожженной хро­мированной или никелированной стальной проволоки. Это стекло имеет предел прочности при сжатии 600 МПа, повышенную огнестой­кость, безосколочно при разрушении, светопропускаемость – более 60%. Может иметь гладкую, кованую или узорчатую поверхность, быть бесцветным или цветным.

Армированное стекло применяют для остекления фонарей верхнего света, оконных переплетов, устройства перегородок, лестничных мар­шей и др.

Ситаллы

Ситаллы(стеклокристаллические материалы) – искусственный ма­териал на основе неорганического стекла, получаемый путем полной или частично управляемой кристаллизации в них.

Термин «ситаллы» образован от слов: «стекло» и «кристаллы». По струк­туре и технологии получения ситаллы занимают промежуточное положение между обычным стеклом и керамикой. От неорганического стекла они от­личаются кристаллическим строением, а от керамических материалов – более мелкозернистой и однородной микрокристаллической структурой.

В состав ситаллов входят:

оксиды – Li 2 0, А1 2 О 3 , SiO 2 , Мg0, СаО и др.;

нуклеаторы (катализаторы кристаллизации) – соли светочувстви­тельных металлов –Аu, Аg, Сu, являющиеся коллоидными красителями и присутствующие в стекле в виде тонкодисперсных частиц. Нуклеаторы являются дополнительными центрами кристаллизации (рис. 13). Они должны иметь кристаллическую решетку, подобную вьщеляющимся из стекла кристаллическим фазам, и способствовать равномерной крис­таллизации всей массы;

глушители (плохо растворимые частицы) – фтористые и фосфат­ные соединения, ТiO 2 и др.

Структура ситаллов мелкокристаллическая, однородная, характери­зуется отсутствием пористости. Средний размер кристаллитов в ситаллах 1–2 мкм. Содержание кристаллической фазы – не менее 40–50%. Кристаллиты срастаются между собой или связаны прослойками оста­точного аморфного стекла. Количество стеклофазы не превышает не­скольких процентов. Беспорядочная ориентация кристаллитов приводит к отсутствию в ситаллах анизотропии.

Регулируя режимы термообработки, можно изменять степень крис­таллизации и размеры кристаллов, что отражается на свойствах изде­лия. Свойства ситаллов изотропны и в основном определяются фазовым составом и их структурой. Основными свойствами ситаллов являются:

Плотность 2400–2950 кг/м 3 ;

Температура размягчения 1250–1350 °С;

Низкая теплопроводность 2–7 Вт/(м·К);

Температурный коэффициент линейного расширения (7–300)·10 -7 °C -1 .

σсж=7–2000 МПа, σв=112–160 МПа, σизг=7–350 МПа;

Модуль Юнга 84–141 ГПа;

Хрупкость (при ударной вязкости 4,5–10,5 кДж/м 2);

Микротвердость – 7000– 10500 МПа;

Высокая износостойкость;

Термостойкость – 200–700°С (до 1100°С);

Диэлектрические свойства;

Химическая стойкость;

Газонепроницаемость и нулевое водопоглощение.

Рис. 13. Схема кристаллизации стекла при образовании ситаллов

с помощью нуклеаторов

По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными (глухими), прозрачными, а также окрашенными (темного, коричневого, серого, кремового и светлого цветов). Прочность их зависит от температуры: до 700–780 °С она снижается незначительно, а при более высоких темпера­турах быстро падает. Жаропрочность ситаллов составляет 800–1200 °С.

Причина особо ценных свойств ситаллов заключается в их исклю­чительной мелкозернистости и почти идеальной поликристаллической структуре. В них совершенно отсутствует всякая пористость. Усадка ма­териала при его переработке незначительна. Большая абразивная стой­кость делает их малочувствительными к поверхностным дефектам.

Детали из ситаллов соединяют друг с другом и другими материалами с помощью стеклокристаллического цемента с последующей термической об­работкой при 400–600°С, клеев и замазок на основе эпоксидной смолы и жидкого стекла, металлизацией с последующей пайкой.

Ситаллы классифицируют в зависимости от способа производства, от характера исходных материалов и по назначению.

Ситалловые изделия получают, как правило, путем плавления сте­кольной шихты специального состава, охлаждения расплава до пласти­ческого состояния и последующего формования методами стекольной или керамической технологии (вытягивание, выдувание, прокатка, прессование), а затем ситаллизацией. Такие изделия получают также порошковым методом спекания.

По характеру исходных материалов и свойств выделяют: петроситаллы, шлакоситалаы и технические ситаллы. Разновидностью ситаллов являются ситаллопласты – композиционные материалы, получаемые на базе пластических масс (фторопластов) и ситаллов.

Петроситаллы получают на основе габбро-норитовых, диабазовых и других горных пород, шлакоситаллы – из металлургических или топливных шлаков. Технические ситаллы изготавливают на основе искусственных композиций из различных химических соединений – оксидов, солей.

По назначению ситаллы делятся на конструкционные (строительные и машиностроительные), технические, радио-, электро- и фототехнические. На основе ситаллов получают различные клеи для склеивания металла, стекла, керамики. Наиболее широкое распространение в строительстве получили шлакоситаллы и пеношлакоситаллы.

Шлакоситаллы – ситаллы из огненно-жидких металлургических шлаков. Плотность – 600–2700 кг/м 3 ; σсж=250–550 МПа, σизг=65–130 МПа, модуль упругости Е= 11·10 4 МПа, рабочие температуры – до 750 °С, водопоглощение практическй равно нулю; высокие кислото- и щелочестойкость.

Изделия из шлакоситалла дешевы и отличаются высокой долговечностью. Эти изделия используются для лестничных ступеней, плиток полов, внутренних перегородок, как кровельный и стеновой материал, дл облицовки ответственных частей гидросооружений, а также в дорожном строительстве в качестве плит для тротуаров, дорожных покрытий. Листовой шлакоситалл (можно получать любого цвета) используется как декоративно-отделочный материал для наружной и внутренней облицовки сооружений. Шлакоситаллы могут быть получены любы цветов, а по долговечности они конкурируют с базальтами и гранитами.

Пеношлакоситалл – вспененный шлакоситалл с ячеистой структурой. Эффективный теплоизоляционный материал с незначительным водопогло щением и малой гигроскопичностью. Рабочие температуры – до 750 °С Пеношлакоситаллы используют для утепления стен и звукоизоляции помещений, а также для изоляции трубопроводов теплотрассы и промышленны печей.

В машиностроении ситаллы применяют для изготовления подшипников, деталей двигателей, труб, жаростойких покрытий, лопастей компрессоров, точных калибров металлорежущих станков, метрологических мер длины, фильер для вытягивания синтетического волокна, абразивов для шлифования; в химическом машиностроении – пар трения плунжеров, деталей химических насосов, реакторов, мешалок, запорных клапанов. Радио- и электротехнические ситаллы используются для изготовления подложек, оболочек, плато, сетчатых экранов, антенны обтекателей и др., а также как жаростойкие покрытия для зашиты металлов от действия высоких температур. Фототехнические ситаллы применяются для изготовления сетчатых экранов телевизоров, дорожных знаков, зеркал телескопов, для замены фото эмульсий диапозитивов, на шкалах приборов и др. Разрешающая способность и качество изображения у фотоситаллов выше, чем у обычных фотоэмульсий.

4.4. Вопросы по теме «Стекла»:

1. Какое строение имеет стекло? Что входит в состав стекла?

2. Как классифицируют стекло по химическому составу и назначению?

К атегория:

Шлифование и полирование стекла

Понятие о стекле и классификация изделий из стекла

Понятие о стекле. Твердые тела бывают кристаллические и аморфные (стекловидные). Кристаллические тела имеют геометрически правильную кристаллическую структуру, образуемую частицами (ионами или атомами) в строго повторяющемся по всему объему порядке (дальний порядок). Для них характерна постоянная температура плавления. Аморфные тела при повышении температуры постепенно размягчаются вплоть до образования расплава. Для них характерен ближний порядок, т. е. они имеют только небольшие участки правильной, упорядоченной структуры, которые несимметрично связаны между собой.

Стеклом называют аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от их химического состава и температурной области затвердевания и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым. По своей природе стекла - изотропные вещества, т. е. они имеют одинаковые физические свойства во всех направлениях, тогда как кристаллические тела - анизотропны, т. е. их свойства различны по разным направлениям.

Стекло - это прозрачный (бесцветный или окрашенный) хрупкий материал. По типу стеклообразующего компонента различают стекла силикатные (на основе ЭЮг), боратные (на основе В203), боросиликатные, алюмосиликатные, бороалюмо-силикатные, фосфатные (на основе Р2О5) и др.

Классификация изделий из стекла. Из стекла изготовляют различные изделия, которые классифицируют по различным признакам.

По назначению изделия из стекла подразделяются на технические, строительные и бытовые.

К техническому стеклу относятся оптическое, химико-лабораторное, медицинское, электротехническое, электродное, транспортное, приборное, защитное, тепло-, звуко- и электроизоляционное, светотехническое, кусковое, а также трубы, технические зеркала, фотостекло, стеклоткани и стеклопластики, фильтры, стеклоабразивы и различные стеклянные детали машин и установок. Это наиболее многочисленный класс изделий из стекла.

В класс строительного стекла входят изделия из стекла, используемые в строительстве: оконное, витринное, профильное, армированное, узорчатое, облицовочное, пеностекло, мозаика, стеклопакеты, стеклоблоки, витражи, архитектурные, различные строительные детали, строительные стеклопластики и декоративные отделочные стеклоткани.

Бытовое стекло - посудное и очковое, стеклотара, зеркала бытовые, эмали, глазури, украшения и имитации. К посудному стеклу относится сортовое стекло с художественной обработкой или без (стаканы, бокалы, рюмки, вазы, графины, салатники, сахарницы, пудреницы, термосы). Именно эти изделия чаще всего шлифуют и полируют.

По характеру поверхности изделия из стекла бывают с глянцевой или неглянцевой поверхностью. Глянцевая поверхность получается металлизацией, покрытием полупроводником или проводником, органической пленкой и кремнийорганиче-скими соединениями. Отдельную группу составляют изделия с гладкей, химически травленной поверхностью. Неглянцевая, свободная от покрытий поверхность бывает матированная сплошная или узорчатая, зернистая, «морозная».

По роду обработки изделия из стекла подразделяются на пять классов: первый - изделия, подвергнутые тепловой обработке, второй - изделия, поверхность которых имеет механическую (холодную) обработку; третий - с механической (холодной) обработкой краев изделий; четвертый - с химической обработкой; пятый - с поверхностными покрытиями.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к каждой группе изделий, разработаны многочисленные составы стекол. Для удобства составы стекол выражают в процентах по массе оксидов, входящих в данное стекло, например:
обычного Si02 -74,5; А1203 -0,5; СаО -6,5; MgO -2,0; Na20 -14,0; KjO - 2,0; хрустального Si02 -57,5; А1203 -0,5; К20-15,5; В203 - 1,5; ZnO-1,0; РЬО - 24,0 (в состав хрустальных стекол вводят до 24% РЬО , который улучшает блеск и колер стекла).