Стекло и стеклокерамические материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургское государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Колледж строительной индустрии и городского хозяйства»

Реферат на тему:

«Стекло и стеклокерамические материалы»

Выполнил студент: Рыжаков Тихон

Группа: 9С-21

Преподаватель: Погодина Т.М.

2015

Оглавление

Общие сведения

Сырьевые материалы

Свойства строительных стёкол

Материалы и изделия из стекла

Облицовочные изделия из стекла

Изделия из шлаковых растворов и каменное литьё

Стеклокерамические материалы

Общие сведения

шихта стекло литье плавление

Стекло -- вещество и материал получаемый плавлением сырья (шихты). Температура варки стёкол, от +300 до +2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и других). Это - аморфное вещество, которое не обладает в твердом состоянии свойствами кристаллического вещества . Стекло является самым широко применяемым материалом в быту, строительстве, на транспорте благодаря своим уникальным качествам: прозрачности, твердости, химической устойчивости к активным химическим реагентам, относительной дешевизне производства. Без него невозможно изготовить оптические приборы, телевизоры, космические корабли и др. Несмотря на успехи в создании новых материалов широкого назначения, неорганические стекла после камня, бетона, металла прочно занимают одно из главных мест среди используемых в практике.

Стеклокерамика (силикаты)- стеклокерамические материалы на основе стекла, отличающиеся от последнего кристаллической структурой, подобной керамической, но с более мелкими ( от долей до 1 - 2 мкм) кристаллами и более плотной их упаковкой, исключающей какую-либо пористость материала. Стеклокерамика обладает свойствами, во многом схожими с литым стеклом. Наряду с низкой плотностью, высоким сопротивлением коррозии в морской воде она имеет высокие прочностные характеристики которые не падают с погружением, а наоборот, как у стекла увеличиваются с повышением давления до определенного предела. Стеклокерамика бывает непрозрачной или иногда бывает прозрачной. Изделия из стеклокерамики обладают гораздо лучшими механическими, электрическими и теплостойкими свойствами, чем обычное стекло.

Сырьевые материалы

Основные.

Основными компонентами, образующими стекло, являются: кварцевый песок (69-74 %); сода (12-16 %); известняк и доломит (5-12 %) также стекло содержит незначительное количество примесей, в частности окиси железа, окислов натрия, калия, кальция и алюминия. Сода Na2C03 -- основной материал для введения в стекло окиси натрия; она должна содержать не менее 95% углекислого натрия. Температура плавления соды 850° С. При нагреве смеси чистого песка и соды образуется прозрачная стеклообразная масса, которая растворяется в воде и называется «растворимое стекло»: Si02 + 2 NaOH -> Na2Si03 + H20.

Используя вместо соды поташ К2СО3, получают калиевое стекло, которое применяют для изготовления хрустальных изделий, а также оптических и цветных стекол. Изестняк СаС03. Благодаря окиси кальция СаО стекло, полученное из смеси песка и соды, становится нерастворимым в воде. Для введения в стекломассу СаО используют известняк или доломит CaC03-MgC03.

Вспомогательные.

Глинозем Аl203 повышает механическую прочность, а также термическую и химическую стойкость стекла. Борный ангидрид В203 повышает скорость стекловарения, улучшает осветление и уменьшает склонность к кристаллизации. Окись свинца РbО, введенная в стекло, повышает его показатель преломления; ее применяют, главным образом, при изготовлении оптического стекла и хрусталя. Окись цинка ZnO понижает температурный коэффициент линейного расширения стекла, вследствие чего повышается его термическая стойкость.

Сульфат натрия Na2SO4 способствует осветлению стекла. Варка сульфатной шихты сложнее, чем содовой, и проходит дольше.

Осветлителями являются аммонийные соли NH4NO3, NH4Cl, (NH4)2SO4 и их смеси, калиевая и натриевая селитра, трехокись мышьяка, карбонаты щелочных и щелочноземельных элементов, сульфат натрия, фтористые соединения. Они способствуют освобождению стекломассы от пузырей, т. е. ее осветлению. В процессе варки осветлители разлагаются с выделением газа; происходит соединение мелких пузырей в крупные, которые удаляются из стекломассы.

Обесцвечиватели применяют для устранения оттенков, появляющихся от примесей железа, хрома, ванадия, придающих зеленый и другие цветные оттенки. Применяют физический и химический способы обесцвечивания. При физическом обесцвечивании в стекломассу вводят красители, окраска которых нейтрализует нежелательные цвета. Химическое обесцвечивание заключается в окислении железа веществами, выделяющими кислород, который переводит интенсивно окрашенную закись железа в окись. Химические обесцвечиватели - селитра натриевая, калиевая, сульфаты, хлориды и фториды щелочных металлов, трехокись мышьяка, окись сурьмы.

Красители придают стеклу необходимый цвет. Применяют молекулярные и коллоидные красители. Молекулярные красители - окрашивают стекломассу, растворяясь в ней. К ним относятся главным образом окислы тяжелых металлов - марганца, кобальта, никеля, хрома, ванадия, железа, урана и др. Коллоидные красители - соединения золота, меди, селена, сурьмы и серебра; находятся в стекле в коллоиднодисперсном состоянии. Степень и цвет окраски стекла этими красителями зависят от температуры и продолжительности вторичного нагрева (наводки) стекла.

Производство стекла включает в основном следующие технологические операции: подготовку сырьевых материалов (сушка, измельчение); приготовление стекольной шихты (дозировку и смешение компонентов); варку стекломассы; выработку (формование) из нее материалов и изделий; термическую, механическую или химическую обработку изделий для улучшения свойств.

Варка стекломассы (стекловарение) --главнейшая и самая сложная операция всего стекольного производства, производится чаще всего в ванных печах непрерывного действия, представляющих собой бассейны, сложенные из огнеупорных материалов. При варке специальных стекол (оптических, цветных и т. п.) используют горшковые печи. При нагревании шихты до 1100... 1150 °С происходит образование силикатов (силикатообразование) сначала в твердом виде, а затем в расплаве. При дальнейшем повышении температуры в этом расплаве полностью растворяются наиболее тугоплавкие компоненты SiO2 и А12О3 -- образуется стекломасса. Эта стекломасса насыщена газовыми пузырьками и неоднородна по составу. Для осветления и гомогенизации (процесс смешивания различных веществ с целью получения смеси равномерной консистенции) стекломассы ее температуру повышают до 1500...1600 °С. При этом вязкость расплава снижается и соответственно облегчается удаление газовых включений и получение однородного расплава.

Стекловарение завершается охлаждением (студкой) стекломассы до температуры, при которой она приобретает вязкость, требуемую для выработки стеклоизделий принятым методом (вытягиванием, прокатом, прессованием, литьем, выдуванием и др.).

Закрепление формы изделия осуществляют быстрым охлаждением. При этом вследствие низкой теплопроводности стекла возникают большие перепады температур, вызывающие внутренние напряжения в стеклоизделии. Поэтому обязательная операция после формования -- отжиг, т. е. охлаждение изделий по специальному ступенчатому режиму: быстрое -- до начала затвердевания стекломассы, очень медленное -- в момент перехода стекла от пластического состояния к хрупкому (собственно отжиг) и вновь быстрое -- до нормальной температуры. Отжиг может производиться сразу при формировании изделий или после повторного нагрева до температуры начала размягчения.

Свойства строительных стёкол

К важнейшим свойствам стекла можно отнести плотность, прочность, твердость, хрупкость, теплопроводность, термическую устойчивость, оптические свойства.

Плотность -- это отношение массы тела к его объему. Она зависит от химического состава стекла и бывает от 2,2 до 7,5 г/см3. В некоторой степени плотность стекла зависит от температуры, с повышением которой плотность стекла уменьшается.

Прочность --способность материала выдерживать нагрузку на сжатие, растяжение и т. д. Предел прочности на сжатие колеблется от 500 до 2000МШ, на растяжение от 35 до 100 МПа.

Твердость -- способность стекла оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала. Твердость стекла по шкале Мооса равна 7. Некоторые виды стекол бывают твердостью 5--6 по шкале Мооса.

Теплопроводность -- это способность материала, в данном случае стекла, проводить тепло без перемещения вещества этого материала. У стекла коэффициент теплопроводности равен 0,0017--0,032 кал/(см-с-град). У оконных стекол эта цифра равна 0,0023. Как видно, коэффициент теплопроводности стекла весьма незначителен.

Тепловое расширение -- это увеличение линейных размеров тела при его нагревании. У стекла оно незначительное и равняется 88*107.

Термическая устойчивость -- способность стекла выдерживать резкие изменения температуры не разрушаясь. Термическая устойчивость играет большую роль в строительных работах, так как выстроенные различные сооружения могут иметь весьма большую разницу в температуре внутри и снаружи. Термостойкость оконных стекол равняется 80--90°С. Термостойкость стекла во многом зависит от его химического состава. Следует указать, что кварцевое стекло выдерживает резкий перепад температур, который достигает до 1000°С.

Оптические свойства подразумевают светопрозрачность, светопоглощение, отражение и преломление света. Светопоглощение стеклом света невелико. В оконном стекле оно равняется примерно 88%. Для получения стекол с высокой степенью прозрачности необходимо сырьевые материалы до минимума очищать от нежелательных примесей, окрашивающих стекло.

Материалы и изделия из стёкол

Листовое строительное стекло.

Листовое стекло является базовым продуктом стекольной промышленности - это бесцветное, прозрачное натрий-кальций-силикатное стекло, изготавливаемое методами флоат или вертикального вытягивания без какой-либо дополнительной обработки поверхностей, имеющее вид плоских прямоугольных листов, толщина которых мала по отношению к длине и ширине.

К группе листовых стекол строительного назначения относят:

Оконное листовое стекло выпускают в виде листов толщиной

2--6 мм, устанавливают в деревянные, металлические и пластмассовые переплеты световых проемов гражданских и промышленных зданий.

Полированное витринное стекло (стекло в виде крупноразмерных полированных и неполированных полотен толщиной 6--10 мм служит для остекления магазинов, ресторанов, кинотеатров, выставочных залов, вокзалов и т. п. Его устанавливают обычно в металлические переплеты).

-Теплоотражающее и теплопоглощающее стекло содержит в своем составе добавки, обеспечивающие преимущественное поглощение инфракрасных лучей солнечного спектра. Его применяют в зданиях, расположенных в районах с жарким климатом для уменьшения солнечной радиации.

-Закаленное стекло получают путем термической обработки стекла по заданному режиму. Этот вид стекла имеет предел прочности на изгиб в 5--8 раз, термостойкость в 2 раза и прочность на удар в 4--6 раз выше по сравнению с обычным стеклом. В строительстве толстое закаленное стекло употребляют для устройства дверей, перегородок, кровельных покрытий и др. При разрушении закаленного стекла образуются мелкие осколки с тупыми краями, что позволяет значительно сократить риск травмирования людей.

-Армированное стекло (в армированное стекло запрессовывается отожженная, хромированная или никелированная стальная проволока, которая служит каркасом, удерживающим мелкие осколки стекла при его повреждении).

-Узорчатое, цветное получают прокатом бесцветной или цветной расплавленной стекломассы. Эта разновидность листового стекла характеризуется декоративностью и светорассеивающей способностью. Его используют в качестве элемента архитектурного оформления, а также для остекления оконных проемов, перегородок и дверей в тех случаях, когда требуется отсутствие сквозной видимости или рассеянный свет.

Листовое стекло используется для производства стеклопакетов, автомобильных стекол, зеркал, витрин, витражей, стеклянных дверей и стеклянной мебели.

Технология получения листового стекла в основном базируется на двух основных методах : Фурко и Флоат.

На сегодняшний день метод Фурко практически не применяется, его вытеснил более современный и более совершенный метод производства стекла - Флоат.

Флоат - метод был разработан в 1959 году фирмой "Пилкингтон". Данная технология производства листового стекла подразумевает, что в процессе производства стекло в расплавленном виде выливается на поверхность расплавленного олова, что позволяет получить стекло с очень ровной плоскостью. После того, как жидкое стекло равномерно распределится по поверхности олова, его постепенно охлаждают до полного отвердевания. Затем полученная стеклянная лента нарезается на листы нужного размера и упаковывается в тару.

Светопропускающие изделия из стекла.

-Стеклопакеты изготавливают из герметически соединенных двух и более листов. Между стеклами оставляют воздушную прослойку толщиной от 9 до 20 мм. Стеклопакеты имеют повышенные теплоизоляционные и звукоизолирующие свойства. Их применяют для остекления зданий.

-Профильное стекло изготавливают коробчатого и швеллерного сечений. Может быть бесцветным и цветным, неармированным и армированным, с гладкой, узорчатой или рифленой поверхностью

Коробчатое стекло выпускают шириной 244 и 294, высотой 50 и толщиной 5,5 мм, швеллерное имеет ширину 244 и 294, высоту соответственно 35 и 50 и толщину 5,5 мм. Применяют профильное стекло для устройства ненесущих стен, перегородок, прозрачных кровель.

-Стеклянные блоки получают из двух прессованных полублоков, сваренных по периметру. Их выпускают квадратной и прямоугольной формы. Квадратные имеют размеры 194х194x98 или 244x244x98, прямоугольные -- 294x194x98 мм. Могут быть неокрашенными и цветными. Достоинство блоков -- низкий коэффициент теплопроводности, составляющий 0,46 Вт/(м·°С). Их применяют для устройства светопрозрачных ограждений зданий, остекления лифтовых шахт, в архитектурно-декоративных целях.

-Дверные полотна изготавливают из закаленного бесцветного витринного стекла. Поверхность может быть полированная, неполированная, кованая, узорчатая, может покрываться цветными керамическими красками, оплавленными при закалке. Размеры полотен -- 2600x1040, 2400x900 и толщиной 10, 15 и 20 мм. Имеют высокую прочность. Полотна из стекла толщиной 10 мм выдерживают, не разрушаясь, удар стального шара массой 800 г, брошенного с высоты 1,5 м, а при толщине 15-20 мм -- с высоты 2,5 м.

-Многослойные стекла (триплекс) состоят из двух и более листов оконного или витринного стекла, склеенных по всей поверхности прозрачными органическими пленками из поливинилбутераля, пластифицированного дибутилсебацината и др. При разрушении стекла осколки остаются на пленке, что повышает его безопасность. Многослойные стекла применяют для дверных полотен, перегородок, витрин. Изделия из трех, четырех листов упрочненных стекол, склеенных утолщенной пленкой, могут быть пуленепробиваемыми.

Облицовочные изделия из стекла

Коврово-мозаичные плитки применяют для облицовки бетонных панелей, размер плиток -- 21x21 мм, толщина --4,5 мм. Комплект, состоящий из плотной бумаги с наклеенными на нее мозаичными плитками, называется ковром.

Облицовочные плитки вырабатывают трех видов: прокатные и прессованные, заглушённого в массе и эмалированные нанесением тонкого слоя эмали на бесцветное листовое стекло.

Облицовочные плитки, полученные способом проката, должны иметь размер 150x150+1,5 мм при толщине 5...7 ± 1 мм. Они предназначаются для облицовки стеновых панелей кирпичных стен жилых, общественных и промышленных зданий.

Прессованные облицовочные плитки выпускают квадратные размерами от 100x100 до 200x200 мм, толщиной 6...7 мм и прямоугольные размером от 50x125 до 75x150 мм. Тыльная сторона плиток должна иметь шероховатость.

Эмалированные облицовочные плитки должны иметь размеры 150x150, 100x100 и 150x75 мм при толщине 3...9 мм с отклонением линейных размеров ±1 мм и по толщине ±0,5 мм. Эмалированные плитки предназначаются для внутренней облицовки стен. Их выпускают на заводах листового стекла. Для эмалирования применяют боросиликатную титановую эмаль, заглушённую диоксидом титана TiO2.

Изделия из шлаковых растворов и каменное литьё

Литые каменные изделия изготовляют из расплавленных горных пород или шлаков литьем в формы с последующей термической обработкой. По однородности структуры и техническим свойствам литые изделия превосходят многие природные каменные материалы. Сырьем для получения каменного литья служат магматические горные породы, чаще базальты и диабазы. Очень эффективно использование для этих целей металлургических шлаков. Плавленые изделия из такого сырья имеют темный цвет. Для получения светлого каменного литья используют осадочные горные породы, главным образом карбонатные (доломит, мел, мрамор), и кварцевый песок.

Технология каменных литых изделий включает подготовку сырьевых материалов (дробление, помол, перемешивание), плавление, отливку изделий, кристаллизацию и отжиг. Плавление диабаза и базальта чаще всего производят в ванных печах или вагранках при температуре 1400...1500 °С, а при изготовлении светлого каменного литья -- в электрических печах. При охлаждении отливок ниже 1300°С начинается процесс кристаллизации, вслед за которым следует отжиг -- медленное охлаждение изделий. В процессе отжига снимаются внутренние напряжения, которые возникли в начальной стадии охлаждения и кристаллизации массы.

Литые каменные изделия из шлаков экономически выгоднее изготовлять, используя огненно-жидкие шлаки, поскольку в этом случае не требуется дополнительной затраты топлива на расплавление сырья. Пористость литых каменных изделий не превышает 2 %; все поры замкнутые и поэтому материал практически не поглощает воду, обладает высокой морозостойкостью и большой прочностью: при сжатии -- до 400 МПа, при изгибе -- до 65 МПа и малой истираемостью (в 3...5 раз меньшей, чем у гранита, базальта, диабаза). Им свойственны высокие диэлектрические показатели, термостойкость и химическая стойкость.

В строительстве литые каменные изделия используют в особо тяжелых условиях эксплуатации (полы промышленных предприятий, плитки и другие изделия для облицовки ответственных частей зданий и антикоррозионных покрытий, камни и плиты для дорог, трубы и облицовка химической аппаратуры и мельниц).

Стоимость каменного литья, особенно светлого сравнительно высока, но с учетом долговечности их применение экономически выгодно.

Стеклокерамические материалы

Ситаллы.

Ситаллы - стеклокристаллические материалы, получаемые путем направленной частичной кристаллизации стекол. Ситаллы сохраняют в себе многие положительные свойства стекла, в том числе и его технологичность, но лишены его недостатков: хрупкости, низкой термостойкости.

Шлакоситаллы.

Шлакоситаллы представляют собой стеклокристаллические материалы, получаемые из расплавов шлаковых стекломасс путем направленной гетерогенной кристаллизации. Шлакоситалл отличается повышенными механическими, термическими и химическими (химическая стойкость) свойствами по сравнению с другими стекломатериалами. Он обладает более высокой прочностью на сжатие, чем каменное литье, керамика, природные камни и может конкурировать с чугуном, алюминием и сталью. Прочность шлакоситалла на изгиб выше, чем стекла, фарфора, каменного литья и приближается к прочности чугуна. Кроме того, шлакоситалл отличается абразивной стойкостью, морозо- и химической стойкостью. Сочетание перечисленных свойств предопределяет перспективность широкого применения шлакоситалла и изделий из него в строительстве для наружной облицовки цоколей зданий, стеновых панелей жилых домов, промышленных и общественных зданий; для внутренней защитно-декоративной облицовки стен, перегородок промышленных зданий и сооружений.

Источники

1. http://www.hydroisol.ru/

2. http://birems.ru/

3. http://www.hydroisol.ru

4. http://www.bibliotekar.ru/

5. http://chem21.info/

6. http://sammas.ru/

Размещено на Allbest.ru