Классификация стекол по назначению общие характеристики. Классификация изделий из стекла. Далее подробнее остановимся на имеющейся на данный момент классификации стекол

Все твердые тела в природе находятся либо в кристаллическом, либо в аморфном (стекловидном) состоянии.

Кристаллические тела имеют правильную геометрическую решетку, которая образована частицами (ионами или атомами), расположенными в строго повторяющемся порядке. В отличие от кристаллических тел стекловидные вещества не имеют такой решетки. Составляющие стекло частицы расположены геометрически правильно, только в относительной близости друг от друга, а при некотором удалении этот порядок нарушается. Иными словами можно сказать, что в стекле отсутствует правильный порядок в расположении элементарных геометрических ячеек. Поэтому иногда кристаллические тела характеризуют как материалы, имеющие дальний порядок, а стекло как материал, имеющий только ближний порядок.

Стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от химического состава и температурной области затвердевания и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости свойствами твердых тел; процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обязательно обратимым.

Существует также целый ряд других отличительных признаков, присущих стеклам. Например, для кристаллических тел характерна постоянная для каждого вещества температура плавления. Стекла же размягчаются в широком интервале температур. Свойства кристаллических тел при их затвердевании в процессе кристаллизации изменяются скачками, т. е. внезапно, в то время как свойства стекол при их затвердевании изменяются постепенно.

Стекла подразделяются на природные и искусственные.

К природным относят стекла, образованные в процессе деятельности вулканов (извержение магм), например обсидиановое стекло.

К искусственным относят все стекла, создаваемые в результате труда человека.

Искусственные стекла в свою очередь бывают органические и неорганические.

Органические стекла (пластмассы) получают на основе продуктов органического происхождения, в основном смол. Из-за недостаточно высокой прозрачности, малой долговечности, низкой химической устойчивости органическое стекло не нашло широкого распространения.

Неорганическое стекло получают из неорганических материалов. В зависимости от стеклообразующего окисла, на основе которого изготовляют стекло, выделяют следующие виды стекла:
силикатное, получаемое на основе двуокиси кремния SiO 2 ;
боратное - на основе окиси бора B 2 O 3 ;
боросиликатное - на основе B 2 O 3 и SiO 2 ;
фосфатное - на основе фосфорного ангидрида Р 2 О 5 .

Наряду с перечисленными в состав стекол входят окислы натрия (Na 2 O), калия (K 2 O), кальция (СаО), магния (MgO), алюминия (Al 2 O 3), бария (BaО), свинца (PbО), цинка (ZnO), марганца (MnO), меди (CuO).

В зависимости от назначения промышленное стекло подразделяется на строительное, техническое, электровакуумное, оптическое, химико-лабораторное, тарное, сортовое.

В группу строительного стекла входят листовое оконное (ГОСТ 111-65) и витринное, неполированное, полированное (ГОСТ 7132-61) и листовое армированное (ГОСТ 7481-67), узорчатое (ГОСТ 6629-74), конструктивно-строительные элементы (стеклянные пустотельные блоки, профилированное стекло), архитектурно-художественное стекло (листовое цветное стекло, стеклянная мозаика и облицовочная плитка). Все эти стекла - силикатные. Примерные составы промышленных стекол приведены в таблице 1.

Таблица 1. Примерные химические составы промышленных стекол

Стекло	SiO 2	Аl 2 O 3	СаО	MgO	Na 2 O	K 2 O	B 2 O 3	BaО	F	PbО
Оконное Полированное Тарное Сортовое Химико-лабораторное Электровакуумное Оптическое Хрустальное	71,6 73,2 73,7 74,5 68,7 71,9 53,5 57,5	1,5 1,3 0,2 0,5 3,8 - 8,8 0,5	7,8 7,8 9,1 6,5 8,4 5,5 - -	4,0 3,8 1,75 2,0 0,8 3,5 - -	15,1 13,9 15,2 14,0 9,7 16,l - -	- - - 2,0 6,1 1,0 16,2 15,5	- - - - 2,5 - 16,2 1,0	- - - - - 2,0 ZnO 1,0	- - - - - - 5,3 -	- - - - - - - 24

В зависимости от видов стекла к ним предъявляют различные технические требования, которые, формулируются в ГОСТах (государственных стандартах).

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.

) 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, разлетаясь на мелкие кусочки, ассоциируется для нас с разбившимся кристаллом. Величайшее заблуждение, даже более того: всё, что может кристаллизоваться, стеклом быть не может. При его производстве нужный состав расплавляют, а потом дают очень быстро остыть, минуя точку кристаллизации. То есть получают затвердевшее аморфное (вязкое) вещество, твёрдую жидкость. Значит, стекло надо рассматривать, как переохлаждённую жидкость с высочайшей вязкостью. К примеру, даже из металла можно получить стекло, охлаждая его со скоростью 100000 - 1000000 К/с, правда, оно не прозрачно, но здесь дело том, что силикатное стекло весь свет пропускает, а железное ― весь отражает.

Состав стекла

Стекло делают также из органических веществ (т.н. оргстекло), но промышленное стекло, используемое в строительстве, производят, в основном, из кварцевого песка SiO 2 . К нему добавляется мел СаСО3 или известь СаО, а также сода Na2CO3. Взятые в нужных пропорциях, они перемешиваются и отправляются в печь При температурах в диапазоне 1100-1600 °С полученная масса плавится, из неё улетучивается СО 2 . Далее ей дают медленно остыть. Но стекло мягчеет и плавится при 500-600°С, значит, при этой же температуре при остывании оно может начать кристаллизоваться, и тогда это будет уже не стекло. Поэтому, начиная с температуры чуть выше указанной, производят быстрое остывание стекломассы. Она твердеет, но остаётся аморфной. Это уже стекло, имеющее состав Na 2 O СаО 6SiO 2 .

Классификация строительного стекла

Классификаций, учитывающих определённые параметры стекла множество, поэтому лучше перечислить не отдельные виды стекла, а способы классификации. Итак, строительные стёкла классифицируются по:

• - форме готового стекла. Оно может быть плоским, профильным, листовым, может представлять собой стеклоблоки или стекловолокно;
• - способу производства. Существует тянутое, прокатное и прессованное, пеностекло и стекловата имеют непохожую на остальные технологию производства;
• - целям применения. Всем известно оконное, а ведь есть ещё и полированное, закалённое, в виде плиток и т.д.;
• - свойствам. Оно может быть светотехническим, армированным, цветным, пуленепробиваемым, шумоизоляционным, теплоизоляционным.

Свойства стекла

Естественно, свойства стекла будут зависеть от его состава. Например, химическая стойкость зависит от наличия в стекле щелочных окислов. Стоит заменить одновалентные натриевые окислы окислами с большей валентностью, как она повышается.

Ранее ценились только оптические свойства, о других мало задумывались, считалось, что стекло только и предназначено для того, чтобы пропускать свет. Конечно, после бычьего пузыря в оконце это был верх прогресса. Из оптических свойств, кроме прозрачности, ещё можно назвать отражение, светопреломление, рассеивание. Все эти характеристики можно менять, изменяя химический состав или цвет стекла. К примеру, силикатное стекло не пропускает ультрафиолет, а кварцевое ― свободно.

Из других свойств стекла стоит отметить хрупкость, борьба с которой и породила создание противоударных и пуленепробиваемых стёкол. Теплопроводность стекла довольно высока. Что касается электропроводности, то само стекло плохо проводит электрический ток, хорошо проводит поверхностная плёнка, впитывающая влагу.

Стекло прекрасно противостоит воде, щелочам и кислотам, правда, не любит фосфорную и плавиковую кислоты. Оно режется, шлифуется, обтачивается и полируется специальными инструментами с содержанием алмаза. Дело в том, что по шкале Мооса твёрдость стекла 5-7, у алмаза ― все 10. При температурах около 1000°С стекло можно формовать, вытягивать в трубки и листы, делать волокна, сваривать, выдувать.

Еще о стеклах и изделиях из стекла:

-

-

-

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).