Тема 15. Скло

Скло – аморфна речовина, яка утворюється при швидкому охолодженні силікатного розплаву. Склад силікатного скла можна записати в вигляді формули Ме2О*RO*6SiO2, де група Ме2О є окислами лужних металів (Na2О, K2О, Li2О); RO – окисли лужноземельних металів ( CaO, BaO), а також окиси свинцю, цинку та інших металів.

Структура скла характеризується неупорядкованим розміщенням атомів і молекул під час склоутворюючого твердіння.

До складу скла входять склоутворюючі компоненти. Це – оксиди кремнію (SiO2), бору (В2O3), фосфору (Р2О5), титану (ТіО2), які утворюють  кристалічний каркас. Модифікуючи оксиди (Na2О, K2О, Li2О, MgO, CaO, BaO) визначають фізико-хімічні властивості скломаси. Також до складу скла додають оксиди алюмінію, заліза, свинцю, титану, берилію, які суттєво впливають на технічні характеристики скла.

Сировиною для одержання скла є кварцовий пісок, борна кислота, бура, крейда, вапняк, мармур, доломіт, сода, поташ, з яких одержують основні склоутворюючі матеріали – окиси  SiO2, В2O3, Р2О5, які здатні самостійно утворювати скло. Та окиси лужноземельних металів, які утворюють скло тільки з згаданими вище сполуками.

В якості допоміжних матеріалів для одержання скла використовують освітлюючи, окислюючи речовини, барвники, відновники.

Скломасу варять в ваннах або спеціальних печах. Листове скло одержують прокаткою, побутовий посуд – пресуванням.

Для зменшення внутрішніх напружень та запобігання крихкості скляних виробів, їх піддають відпалу (нагрівають до температури 500...6000С і потім повільно охолоджують).

Для надання склу високої міцності його загартовують: нагрівають до температури 520-6200С і швидко обдувають стиснутим повітрям.

Вироби з скла піддають хімічній обробці – наносять на поверхню малюнки з допомогою плавикової кислоти, сірчаної чи інших активних кислот, які розчиняють скло.

Механічній обробці скляні вироби піддають  з метою нанесення малюнків, шліфування тощо. З цією метою використовують абразивні матеріали.

Скло класифікують за такими ознаками:

- за складом склоутворюючих речовин;

- за вмістом модифікаторів;

- за призначенням.

Залежно від хімічної природи скло утворюючої речовини скло поділяють на: силікатні (SiO2), алюмосилікатні (Al2O3 - SiO2), бороалюмосилікатні (Al2O3 – В2О3 - SiO2).

За вмістом модифікаторів скло буває: лужним (містить окиси N2O, K2O), мало лужним, не лужним та кварцове.

За призначенням скло поділяють на технічне (оптичне, електротехнічне, хіміко-лабораторне, трубне тощо), будівельне (віконне, армоване, склоблоки) та побутове (склотара, посуд, дзеркала тощо).

Фізико-технічні та механічні властивості скла

Звичайне скло має густину – 2,3 т/м3, оптичне скло, яке містить окиси свинцю та барію має густину 8 т/м3.

Теплопровідність скла дуже мала. Коефіцієнт теплопровідності становить 0,7-15 Вт/(м*К), коефіцієнт лінійного розширення – 5,6*10-7с-1 (кварцове скло) та 90*10-7с-1 (будівельне).

Скло здатне взаємодіяти з різними речовинами, нанесеними на його поверхню. Волога, розчини кислот, нейтральні або кислі розчини солей утворюють на поверхнях скла шар, що складається з продуктів їх хімічного руйнування. Однак цей шар запобігає руйнуванню поверхні скла.

Розчини лугів, соди, поташу, фосфатів та фтористоводневої кислоти інтенсивно руйнують скло.

Електропровідність скла дуже мала, тому його відносять до діелектриків. Кварцове, боросилікатне скло є добрими ізоляторами. Важливими фізичними властивостями цього скла є розсіювання, заломлення, відбивання, поглинання, світло пропускання променів світла. Ці властивості зумовлюють широке застосування скла в різних галузях народного господарства та побуті. Найбільш поширеним є загартоване скло – сталініт. Його виготовляють у вигляді плоских або гнутих листів різної конфігурації із звичайного промислового скла.

Сталініт використовують для скління автомобілів, для виготовлення оглядових стекол, різних панорам, що застосовують у машинобудуванні, приладобудуванні та в хімічній промисловості.

Зміцнюють скло також хімічним методом за рахунок поліпшення стану його поверхні, тобто за допомогою різних хімічних реагентів усувають поверхневі дефекти розчиненням поверхневого шару на глибину 50-150 мкм. Міцність скла після такої обробки збільшується в 4-5 разів.

Кварцове скло складається з двоокису кремнію, домішки складають близько 0,05%. Механічна міцність скла при нагріванні до 12000С зростає і при цій температурі стає на 50-60% вищою за міцність скла при звичайній температурі. Кварцове скло має коефіцієнт термічного розширення в 10-20 разів менший, ніж у звичайного промислового скла та високу термічну стійкість. Нагріте до 10000С воно витримує різке охолодження.

Безосколкове скло складається з кількох шарів звичайного промислового скла, які склеєні прозорим еластичним і пружним шаром органічного полімеру. Таке скло одержало назву “Триплекс”.

Виготовляють його склеюванням двох листів звичайного скла при температурі 1000С полімерними прокладками.

При руйнуванні безосколкового скла під дією ударів або сильних коливань осколки скла утримуються на місці завдяки еластичній полімерній прокладці. Застосовують його головним чином на транспорті.

Електропровідне скло. Для виготовлення відповідальних ізоляторів застосовують кварцове скло, однак воно дороге. Широко використовують електроізолятори, виготовлені із звичайного мало лужного скла, загартованого або відпаленого.

Електропровідне скло застосовують для скління різних засобів транспорту як обігрівач. З скла з електропровідним покриттям виготовляють посуд, прилади, апарати, призначенні для кіп`ятіння рідин.

Піноскло застосовують для ізоляції машин , установок, будов, споруд. Виготовляють піноскло з промислового скла, в яке додають від 0,2 до 3% газоутворювачів (вапняк,  крейда, вугілля, кокс або сажа). Скляний порошок, змішаний з газо утворювачами, спікають при температурі 700-9000С. Піноскло не гниє, не горить, витримує нагрівання до 10000С, є легшим за воду. Тому використовується як плавучий матеріал.

Скляне волокно виробляють з розплавленого скла протягуванням крізь спеціальні філь’єри та обробки скломаси потоками стисненого повітря, перегрітої пари або розжарених газів.

З скляного волокна виготовляють скляну вату, мати, плити, рулонні матеріали, склотканину, електроізоляційні тканини, фільтри, звукоізоляційні та світлотехнічні тканини, тканини для захисних від корозії покриттів.

Скловолокно використовують для виготовлення щіток для шліфування та полірування різних матеріалів.