Стекло - вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, - универсальный в практике человека. Все виды стёкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии - от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного - в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации, расплавов, получаемых плавления сырья (
Ø Ø Уже на ранней стадии изготовления стекла люди использовали приемы, которые, являются зачатками сегодняшней технологии. Это установлено в результате физико-химических исследований, археологических находок. Приемы включали цикл последовательных операций: подготовка сырьевых компонентов, получение шихты, варка стекломассы, охлаждение ее и формирование изделий, завершающиеся отжигом и соответствующей их обработкой (механической, термической, химической).
Ø Природное стекло, будучи одним из первых естественных материалов, который получил очень широкое применение в быту, и как орудие труда, и как часть разных видов оружия (ножи, наконечники стрел, копий и т. д.), - для изготовления украшений и других предметов обихода
Ø Долгое время первенство в открытии стеклоделия признавалось за Египтом, чему несомненным свидетельством считались глазурованные стеклом фаянсовые плитки внутренних облицовок пирамиды Джессера (XXVII век до н. э.); к ещё более раннему периоду (первой династии фараонов) относятся находки фаянсовых украшений, то есть стекло существовало в Египте уже 5 тысяч лет назад
Ø Значительный вклад в науку о стекле и разработку технологии его производства внесли Э. Г. Лаксман, С. П. Петухов, А. К. Чугунов, Д. И. Менделеев. В. У. Тищенко. Э. Г. Лаксман. Он создал новую технологию стеклоделия, Великий химик Менделеев – автор глубоких идей о строении и физикохимической природе стекла. Наиболее ценным оказалось представление Д. И. Менделеева о полимерном строении «кремнеземного стекла»
Ø Природное стекло – перлит, обсидиан. Первоначально получались непрозрачные стекла, с помощью которых имитировали поделочные камни (малахит, бирюзу и т. д.)
Ø Ø По агрегатному состоянию стекло занимает промежуточное положение между жидким и кристаллическим веществами. Упругие свойства делают стекло сходным с твердыми кристаллическими телами.
Ø Сырьем для производства обычного стекла служат чистый кварцевый песок, сода и известняк. Эти вещества тщательно перемешивают и подвергают сильному нагреванию (1500 С). Na 2 CO 3 + Si. O 2=Na 2 Si. O 3+ CO 2 Ca. CO 3+ Si. O 2= Ca. Si. O 3+ CO 2 Ø
Ø Химический состав оконного стекла отвечает формуле: Na 2 O*Ca. O*6 Si. O 2; Na 2 O 12, 9%, Сa. O- 11, 6%, Si. O 275, 5%. Однако на практике наблюдается отклонение от этого стандарта. Современное стекло получают на основе многокомпонентных систем. Самая распространенная система Na 2 O-Ca. O-Si. O 2 Mg. O-Al 2 O 3
Ø Процесс стекловарения условно разделяют на несколько стадий: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и охлаждение («студку»). На стадии силикатообразования происходит термическое разложение компонентов, с образованием силикатов. Стадия силикатообразования завершается при 1100 -1200 С. На стадии стеклообразования растворяются остатки шихты, и удаляется пена, расплав становится прозрачным; стадия протекает, при температуре 1150 -1200 С. На стадии осветления при температуре 1500 -1600 С уменьшается степень пересыщения стекломассы газами, в результате чего пузырьки больших размеров поднимаются на поверхность стекломассы, а малые растворяются в ней. Для ускорения осветления в шихту вводят осветлители. Одновременно с осветлением идет гомогенизация – усреднение стекломассы по составу. Неоднородность стекломассы обычно образуется в результате плохого перемешивания компонентов шихты.
Ø Ø Последняя стадия стекловарения - охлаждение стекломассы («студка») до вязкости, что соответствует температуре 700 -1000 С. Главное требование при «студке» - непрерывное медленное снижение температуры без изменения состава и давления газовой среды; при нарушении образуются мелкие пузыри.
Ø Ø Формирование изделий из стекломассы осуществляется механическим способом (прокаткой, прессованием, прессовыдуванием, выдуванием и так далее) на стеклоформующих машинах. После формования изделия подвергаются термической обработке (отжигу).
Ø Ø Из химических процессов стекловарения важнейшими являются реакции силикатообразования, протекающие для различных смесей при разных температурах и условиях. Они завершаются образованием силикатов натрия и кальция, а также сложных силикатов: Ca. Na 2(CO 3)+Si. O 2=Ca. Si. O 3+ Na 2 Si. O 3+2 CO 2 Ca. CO 3+ Si. O 2 =Ca. Si. O 3 + CO 2 Na 2 CO 3 + Si. O 2 = Na 2 Si. O 3+ CO 2
Ø Новейшими видами «технических» стекол являются лазерные, фотохромные, полупроводниковые, оптические и магнитоактивные и другие. 1965 г. – дата рождения фотохромных стекол.
Вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, - универсальный в практике человека. Температура варки стёкол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов. Прозрачность не является общим свойством для всех видов существующих как в природе, так и в практике стёкол. Стекло
Изготовление стекла происходит на основе флоатпроцесса: расплавленная стекломасса непрерывно подается из ванной печи на расплав олова. Находясь на нем, стекло формируется по толщине и ширине. Затем стекло поступает в печь отжига, где оно проходит процесс охлаждения. После отжига лента стекла разрезается по размерам для дальнейшей отгрузки. Сам процесс изготовления стекла - непрерывный. Благодаря использованию в составах различных химических соединений, стекла обладают различными свойствами, что позволяет создавать оптические эффекты (игра света в едва заметных гранях, создания эффекта оплывшего от времени стекла). Стекло бывает как бесцветным, так и цветным, а также матированным. Толщина стекла обычно находится в пределах от 4 до 6 мм. Изготовление
Сырьём для производства служат чистый кварцевый песок, сода и известняк. Эти вещества тщательно перемешивают и подвергают сильному нагреванию(1500 С) Сырьё
Выделяют пять функций стекла, согласно которым и классифицируют виды стекол. Это: теплоизоляция в зимнее время защита комнаты от перегрева в летнее время звукоизоляция обеспечение безопасности эстетическая функция Функции стекла
Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула - Si. O 2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения, образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка. Оптическое стекло - применяют для изготовления линз, призм, кювет и др. Кварцевое стекло
Стеклообразный борный ангидрит легко получается путем простого плавления борной кислоты при 1200 -1300 о. С. Благодаря отличным электроизоляционным качествам и сравнительной легкоплавкости боратные стекла широко применяются в электротехнике. Некоторые боратные стекла представляют интерес для оптотехники. Боратное стекло
Главнейшее значение в практике принадлежит классу силикатных стекол. С ними не могут сравниться по распространенности в быту и в технике никакие другие классы стекол. Решающие преимущества силикатных стекол обусловлены их дешевизной, экономической доступностью, высокой химической устойчивостью в наиболее распространенных химических реагентах и газовых средах, высокой твердостью, сравнительной простотой промышленного производства. Силикатное стекло
Применяется как листовое стекло в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в лабораториях, строительстве и архитектуре, приборостроении, остекления парников, куполов, окон, в медицине -протезы, линзы в оптике, труб в пищевой промышленности и др. Органическое стекло
Элементарными называются стекла, состоящие из атомов одного элемента. В стеклоподобном состоянии можно получить серу, селен, мышьяк, фосфор. Имеются сведения о возможности остеклования теллура и кислорода. При охлаждении 11 о. С дает каучукоподобный прозрачный продукт, нерастворимый в сероуглероде. Элементарное стело
При определении класса учитывается природа стеклообразующего оксида, входящего в состав стекла оксид бора, оксид кремния, оксид фосфора. Многие оксиды переходят в состояние стекла лишь в условиях скоростного охлаждения оксид мышьяка, оксид сурьмы, оксид ванадия, либо сами по себе не стеклуются оксид алюминия, оксид вольфрама, однако в комбинациях стеклообразующие свойства резко усиливаются. Оксидное стекло
Применяют для изготовления кислотоупорных цементов и бетонов, для пропитки тканей, изготовления огнезащитных красок, силика-геля, для укрепления слабых грунтов и др. Стекловолокно - искусственное волокно широко применяется в химической промышленности для фильтрации горячих кислых и щелочных растворов, очистки горячего воздуха и газов; матариалы из стекловолокна применяются в строительстве и при коррозионно-стойких трубопроводов, при изготовлении электроизоляции и др. Растворимое стекло
сосудах. В них засыпали вручную шихту, состоящую из кварцевого песка, соды, мела, доломита и других материалов. Шихта при высокой температуре превращалась в прозрачную массу. Из жидкой стекломассы стеклодувы выдували различные сосуды, бутылки, посуду или цилиндры, из которых затем получали листы стекла. Это был тяжелейший труд. В 30 гг. прошлого столетия в России появились первые ванные печи для промышленного производства стекла. Потребность в нем росла очень быстро. Стали делать стекло делательные заводы. И на каждом - одна или несколько ванных печей, выпускавших за сутки тонны стекла. Современные ванные печи - большие сооружения. Длина печи для производства оконного стекла - несколько десятков метров. Шихту в печь загружают непрерывно по 10-15т в час с помощью механических устройств. Печь вмещает более 2500 т стекломассы и дает в сутки 350т стекла и больше. Даже при высокой температуре стекломасса обладает большой вязкостью, в десятки тысяч раз большей, чем вода. Поэтому в ней надолго задерживаются пузырьки газов, выделяемых содой, мелом и другими компонентами шихты. Кроме того, сотни тонн вязкой стекломассы трудно перемешать и сделать однородной.
Подготовила:учитель биологии
и химии Коротаева Г.В.
История стекла (технологии)Долгое время первенство в открытии стеклоделия признавалось за Египтом, чему несомненным свидетельством считались глазурованные стеклом фаянсовые плитки внутренних облицовок пирамиды Джессера (середина III тысячелетия до н. э.); к ещё более раннему периоду (первой династии фараонов) относятся находки фаянсовых украшений, то есть стекло существовало в Египте уже 5 тысяч лет назад.
Развитие стеклодувной промышленностиС начала XIII в. стеклодувная промышленность Венеции развивалась чрезвычайно быстро. Торговцы завезли из Константинополя образцы восточного стекла, завладев тайнами ремесла, и уже вскоре венецианские стеклоделы не знали соперников ни в самой Италии, ни в Европе.
Власти города тщательно следили, чтобы секреты мастерства не проникли на пределы Венеции. Были изданы декреты, согласно которым запрещался вывоз из страны «сырых» материалов стеклоделия (материалов для приготовления стеклянной массы).
Мастерам и их семьям грозила тюрьма, и даже смерть за попытки покинуть Венецию. В отношении стекольщиков проводилась политика кнута и пряника. Им щедро раздавались награды, приписывали к привилегированным слоям общества. Мастер-стеклодел имел право выдать свою дочь замуж за самого богатого и родовитого венецианского вельможу, и такой брак считался равным. Но такие милости радовали далеко не каждого. Мастера убегали и основывали свои цеха..
Много стекольных мастерских появилось в городах Северной Италии - Падуе, Ферраре, Равенне, затем в Германии (Нюрнберге, Касселе, Кельне), во Франции (Невере). Это заставило правительство Венецианской республики еще более ужесточить политику в отношении стеклодувов. Преследования ужесточались после очередного технологического открытия, обеспечивающего венецианскому стеклу превосходство над продукцией конкурентов.
Технология производства стеклаВажнейший рабочий инструмент стеклодува, его выдувальная трубка - это полая металлическая трубка длиной 1-1,5 м, на одну треть обшитая деревом и снабжённая на конце латунным мундштуком. Пользуясь трубкой, стеклодув набирает из печи расплавленное стекло, выдувает его в форме шара и формует. Для этого ему нужны металлические ножницы для отрезания стеклянной массы и прикрепления её к трубке, длинные пинцетообразные клещи из металла для вытягивания и формования стеклянной массы, для образования тиснёных украшений и т. д., сечка для отсекания всего изделия от трубки и деревянная ложка (скалка, долок - в форме коклюшки) для разравнивания набранной стекломассы. Предварительно отформованное с помощью этих инструментов стекло («баночку») стеклодув вкладывает в форму из дерева или железа. Оставшийся от отшибания след (насадок, колпачок) приходится удалять шлифовкой.
Готовое изделие отшибают от трубки на вилы и несут в отжигательную печь. Отжиг изделия производится несколько часов при температуре около 500°С с тем, чтобы снять возникшие в нём напряжения. Неотожжённое изделие может из-за них рассыпаться при малейшем прикосновении, а иногда и самопризвольно. В демонстрационных целях это явление издавна эффектно показывается набатавских слёзках - застывших каплях из стекла.
Шлифовка и полировка стекла
Огранка стекла
Металлизация и окрашивание стекла
Стеклообразующие веществаК стеклообразующим веществам относятся:
Оксиды:SiO2;B2O3;P2O5;TeO2;GeO2
Фториды: AlF3 и др.
Виды стеколКварцевой стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула - SiO2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения (см. выше -кластофульгуриты), образующееся при попадании молниив залежи кварцевого песка (этот факт лежит в основе одной из исторических версий происхождения технологии).
Слайд №10
Основные промышленные виды стеклаРазличаются три главных вида стекла:
Содово-известковое стекло (1Na2O: 1CaO: 6SiO2)
Калийно-известковое стекло (1K2O: 1CaO: 6SiO2)
Калийно-свинцовое стекло (1K2O: 1PbO: 6SiO2)
Кальциево-натриевое стекло
«Содовое стекло» можно с лёгкостью плавить, оно мягкое и потому легко поддаётся обработке, а кроме того, чистое и светлое.
Калиево-кальциевое стекло
«Поташное стекло», в отличие от калиевого, более тугоплавкое, твёрдое и не такое пластичное и способное к формовке, но обладает сильным блеском. Оттого что раньше его получали непосредственно из золы, в которой много железа, стекло было зеленоватого цвета, и в XVI веке для его обесцвечивания начали применять перекись марганца. А так как именно лес давал сырьё для изготовления этого стекла, его называли ещё лесным стеклом. На килограмм поташа шла тонна древесины.
Слайд №11
Оптическое стекло - применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.
Химико-лабораторное стекло- стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью.
Слайд №12
Свинцовое стеклоСвинцовое стекло (или «хрусталь»), получается заменой окиси кальция окисью свинца. Оно довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжёлое, отличается сильным блеском и высоким коэффициентом светопреломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая игру света.
Слайд №13
Бросиликатное стеклоВключение оксида бора вместо щелочных составляющих шихты придаёт этому стеклу свойства тугоплавкости, стойкости к резким температурным скачкам и агрессивным средам. Изменение состава и ряд технологических особенностей, в свою очередь, сказывается на себестоимости - оно дороже обычного силикатного.
Слайд №14
Пористые стеклаПолучение пористых стёкол значительных размеров и толщины возможно только из стекла некоторых определённых составов. Пористые стёкла по объёму, соответствующему исходному - сравнительно небольшие, образуются из щелочно-боросиликатных стёкол, входящих в стёкла более сложного состава, и из двухкомпонентных боросиликатных стёкол, содержащих от 60 % SiO2.
Слайд 2
Слайд 3
Виды стекол
В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными фторидными, сульфидными и т. д. Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO2), соды (Na2CO3) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na2O*CaO*6SiO2. Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула - SiO2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения, образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка. Оптическое стекло - применяют для изготовления линз, призм, кювет и др. Химико-лабораторное стекло - стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью. ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО Кварцевое стекло
Слайд 4
Физические свойства Плотность обычных стекол колеблется в приделах 2500-2600 кг/м3 Твердость стекла зависит от химического состава. Стекла имеют различную твердость в пределах 4 000-10 000МПа. Наиболее твердым является кварцевое стекло, с увеличением содержания щелочных оксидов твердость стекол снижается. Хрупкость. Поскольку хрупкость четче всего проявляется при ударе, её характеризуют прочностью на удар. Прочность стекла на удар зависит от удельной вязкости. Теплопроводность. Наибольшую теплопроводность имеют кварцевые стекла. Обычное оконное стекло имеет 0,97Вт/(м. К). С повышением температуры теплопроводность увеличивается, теплопроводность зависит от химического состава стекла. Высокая прозрачность оксидных стекол сделала их незаменимыми для остекления зданий, зеркал и оптических приборов.Теоретически даже идеальное, не поглощающее свет стекло не может пропускать света более 92%.
Слайд 5
Общая классификация по химическому составу. Неорганические стекла подразделяются на несколько типов: элементарные, оксидные, галогенидные, халькогенидные и смешанные. 1)Элементарные (одноатомные) стекла. Элементарными называются стекла, состоящие из атомов одного элемента. В стеклоподобном состоянии можно получить серу, селен, мышьяк, фосфор. Имеются сведения о возможности остеклования теллура и кислорода. При охлаждении -11оС дает каучукоподобный прозрачный продукт, нерастворимый в сероуглероде. 2)Оксидные стекла. При определеии класса учитывается природа стеклообразующего оксида, входящего в состав стекла оксид бора, оксид кремния, оксид фосфора. Многие оксиды переходят в состояние стекла лишь в условиях скоростного охлаждения оксид мышьяка, оксид сурьмы, оксид ванадия, либо сами по себе не стеклуются оксид алюминия, оксид вольфрама, однако в комбинациях стеклообразующие свойства резко усиливаются.
Слайд 6
3) Силикатные стекла. Главнейшее значение в практике принадлежит классу силикатных стекол. С ними не могут сравниться по распространенности в быту и в технике никакие другие классы стекол. Решающие преимущества силикатных стекол обусловлены их дешевизной, экономической доступностью, высокой химической устойчивостью в наиболее распространенных химических реагентах и газовых средах, высокой твердостью, сравнительной простотой промышленного производства. 4) Боратные стекла. Стеклообразный борный ангидрит легко получается путем простого плавления борной кислоты при 1200-1300оС. Благодаря отличным электроизоляционным качествам и сравнительной легкоплавкости боратные стекла широко применяются в электротехнике. Некоторые боратные стекла представляют интерес для оптотехники.
Слайд 7
Применение Стекло органическое- Применяется как листовое стекло в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в лабораториях, строительстве и архитектуре, приборостроении, остекления парников, куполов, окон, в медицине -протезы, линзы в оптике, труб в пищевой промышленности и др. Кварцевое стекло - Применяют для изготовления лабораторной посуды, оптических приборов, изоляционных материалов, ртутных ламп, применяемых в медицине и др.