Плавленные материалы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Реферат по материаловедению:

Плавленые материалы

Выполнил:

ст. гр. ПГС-10-2

Петрова Е.А.

Проверил:

преп. Кулешов Т.К.

Иркутск 2012

Содержание

Химический состав стекла и его свойства

Понятие о получении стекла

Виды листового стекла

Изделия из стекла

Ситаллы

Химический состав стекла и его свойства

"Стеклом называют все 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". Это определение стекла, данное комиссией по терминологии при Академии наук СССР, охватывает наиболее характерные свойства, присущие любой стекловидной системе.

Для стекловидного состояния характерно наличие небольших участков правильной упорядоченной структуры, отсутствие правильной пространственной решетки, изотропность свойств, отсутствие определенной температуры плавления.

Строительное стекло содержит (%): 75-80% SiO2, 10-15% CaO, Около 15% Na2O.

Химическая стойкость стекла зависит от его состава, более стойкими из силикатных стекол являются такие, в которых содержится мало щелочных окислов. При замене Na2O на двух-, трех- и четырехвалентные окислы химическая стойкость стекла повышается.

Основными оптическими свойствами стекла является: светопропускаемость (прозрачность), светопреломление, отражение, рассеивание и др. Обычные силикатные стекла хорошо пропускают всю видимую часть спектра и практически не пропускают ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Изменяя химический состав стекла и его окраску, можно регулировать светопропускание стекла. Показатель преломления строительного стекла (1,46-1,53) определяет светопропускание при разных углах падения света. Так, при изменении угла падения света с 0° (перпендикулярно плоскости стекла) до 75° светопропускание стекла уменьшается с 92 до 50%.

Плотность обычного стекла 2500кг/м³, наибольшую плотность имеют стекла с повышенным содержанием окиси свинца (тяжелые флинты) - до 6000 кг/м³. Модуль упругости стекол изменяется от 48000 до 83000 МПа, для кварцевого стекла - 71400 МПа. Присутствие окислов CaO и B2O3 (до 12%) повышает модуль упругости.

Стекло обладает высокой прочностью на сжатие 700-1000 МПа и малой прочностью при - 35-85 МПа. Прочность закаленного стекла в 3-4, иногда в 10-15 раз больше, чем отожженного.

Твердость обычных силикатных стекол 5-7 по шкале Мооса. Кварцевое стекло, а также боросиликатные малощелочные стекла обладают большой твердостью.

Стекло плохо сопротивляется удару, т.е. оно хрупко: прочность при ударном изгибе составляет около 0,2 МПа. У закаленных образцов стекла она в 5-7 раз выше, чем у отожженных. Присутствие в стекле борного ангидрида, окиси магния увеличивает сопротивление стекла удару.

Теплоемкость стекол определяется их химическим составом. При комнатной температуре значения теплоемкости находятся в пределах от 0,63 до 1,05 кДж/(кг·°С).

На термическое расширение стекол также влияет химический состав. Наиболее низкий коэффициент температурного расширения у кварцевого стекла - 5,8 · 10-7 1/°С, у обычных строительных стекол - 9 · 10-6 -15 · 10-6 1/°С.

Теплопроводность обычного стекла при температуре до 100°С составляет 0,4-0,82 Вт/(м · °С). наибольшую теплопроводность имеет кварцевое стекло - 1,340 Вт/(м · °С). малой теплопроводностью обладают стекла, содержащие большое количество щелочных окислов. Боросиликатные стекла имеют высокую термостойкость, наиболее термостойко кварцевое стекло.

Электропроводность стекол изменяется с изменением температуры. Наибольшее влияние на электропроводность оказывает содержание в них окиси лития; чем больше ее в составе стекла, тем выше электропроводность. Понижают электропроводность стекла окислы двухвалентных металлов (больше всего BaO), а также SiO2 и B2O3. следует учитывать поверхностную проводимость стекла, которую обусловливает пленка, образующаяся на поверхности стекла в результате гидролиза силикатов. Эта пленка поглощает значительное количество влаги и вызывает повышенную активность стекла.

Стекло поддается механической обработке: его можно пилить циркулярными пилами с алмазной набивкой, обтачивать победитовыми резцами, резать алмазом, шлифовать, полировать. В пластичном состоянии, при температуре 800-1000°С, стекло поддается формованию. Его можно выдувать, вытягивать в листы, трубки, волокна, можно сваривать.

Понятие о получении стекла

Для изготовления стекла основным сырьем служат: кварцевый песок, известняк, сода, или сульфат натрия. Варка строительного силикатного стекла производится в стекловаренных печах при температуре до 1500°С.

В процессе стекловарения при 800°-900°С протекает стадия силикатообразования. К концу следующей стадии стеклообразования - 1150°-1200°С масса становится прозрачной, но в ней еще содержатся много газовых пузырей. Где газация заканчивается при 1400°-1500°С, к ее концу стекломасса освобождается от газовых включений, свилей и становиться однородной. Для достижения нужной для формования рабочей вязкости температура массы снижается на 200°-300°С.

Вязкость стекломассы зависит от химического состава: окислы SiO2, Al2O3, ZrO2 повышают вязкость, Na2O, CaO, L2O, наоборот, ее понижают.

Переход от жидкого состояния в стеклообразное является обратимым явлением. При длительном нахождении на воздухе и нагревании некоторых стекал обычные для них аморфная структура может переходить в кристаллическую; это явление называют расстекловыванием.

Виды листового стекла

Листовое стекло используют для остекления оконных и дверных проемов, витрин, наружной и внутренней отделки зданий. На ряду с обычными промышленностью вырабатываются специальные виды листового стекла: теплопоглощающая, увиолевое, армированное, закаленное, декоративно-художественное и др. листовое оконное стекло вырабатывают трех сортов и в зависимости от толщины - шести размеров: 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. С увеличением толщины стекла несколько снижается светопропускание. Сорт листового стекла определяется в зависимости от наличия дефектов, к которым относятся: плотность - неровности на поверхности; свиль - узкие нитевидные полоски; пузыри - газовые включения и др.

Витринное стекло изготовляют полированным и неполированным. Размеры витринного стекла достигают 3,5х4,5 м при толщине 5-12 мм. В строительстве применяют также стекла обладающие повышенной прочностью. К ним относятся закаленное и армированное стекло. При получении стекла с заданными специальными свойствами в процессе производства в него добавляют различные окислы металлов или наносят на стекло покрытия в виде тонкой пленки металла, окислов или краски. Добавки и покрытия предают стеклу способность отражать свет ил поглощать тепло, могут повысить электропроводность стекла или сообщить ему декоративные свойства.

Отражающее стекло используют для уменьшения нагрева солнечными лучами и регулирования освещенности. Эти свойства достигаются путем покрытия, наносимого на стекло в вакуумной камере и образующего с ним единое целое. Стекло выпускают двух типов "под золото" и "под серебро". Стекло, покрытое хромом, имеет снаружи серебристый оттенок, причем в дневное время оно изнутри прозрачно. В сочетании с обычным стеклом может использоваться для изготовления стеклопакетов.

Стекло для облицовочных панелей в виде горизонтальных конструктивных элементов располагают между рядами окон многоэтажного здания. На внутреннюю поверхность толстого полированного стекла наносят при нагревании непрозрачное покрытие из керамической эмали различного цвета, составляющее единое целое со стеклом. Покрытие защищается со стороны помещения тонким слоем алюминия, наносимым в вакууме.

Закаленное стекло получают путем нагрева стекла до температуры закалки (540°-650°С) и последующего быстрого равномерного охлаждения. Этим добиваются однородного распределения внутренних напряжений в стекле. Прочность при ударе и предел прочности при изгибе закаленного стекла в несколько раз выше, чем у обычного. Листовое закаленное стекло находит применение для остекления витрин, изготовления стеклянных дверей, балконных и лестничных ограждений.

Армированное стекло. Стекло армируют металлической сеткой из отожженной хромированной или никелированной стальной проволоки. Будучи запрессованное в стекло, металлическая сетка служит каркасом, удерживающая мелкие осколки стекла при повреждении. Армированное стекло выпускают плоским и волнистым. Волнистое армированное стекло используют в кровельных конструкциях.

Увиолевое стекло получают из шихты с минимальными примесями окислов железа, титана, хрома. Увиолевое стекло пропускает 25-75% ультрафиолетовых лучей, т.е. гораздо больше, чем обычное оконное стекло, поэтому его используют для остекления оранжерей, а также оконных проемов в детских учреждениях и лечебницах.

Прозрачное электропроводящее покрытие наносят на стекло в основном с целью обогрева стекла и предотвращения запотевания. Электропроводящая пленка (толщиной 0,1мкм) может быть получено напылением солей металлического серебра и нагревом стекла до температуры 500°-700°С. После покрытия пленки тонким слоем люминофора стекло можно использовать в качестве светящегося элемента (с голубым, желтым, зеленым свечением). Кроме того, в качестве источника тепла используют стеклопакеты с внутренним слоем из электропроводящего стекла.

Теплопоглощающее (теплозащитное) стекло по своему составу отличается от обычных стекал с содержанием окислов железа, кобальта и никеля, благодаря чему приобретают слабый сине-зеленый оттенок. Теплопоглощающее стекло задерживает 70-75% инфракрасных лучей, т.е. в 2-3 раза больше, чем обычное оконное стекло. Интенсивное поглощение лучистой энергии приводит к сильному нагреванию и значительным температурным деформациям стекла. Поэтому при остеклении следует предусматривать достаточный зазор между рамой и стеклом.

При двойном остеклении теплозащитное стекло помещают с внешней стороны, чтобы оно охлаждалось наружным воздухом, а обычное секло - изнутри.

Стекло, устойчивое к радиоактивным излучениям, получают из шихты специального состава. Для поглощения рентгеновских и гама лучей используют оптические стекла с высоким содержанием свинца и бора. Чтобы улучшить устойчивость стекла к излучениям, в шихту добавляют 0,25-1,5% окиси церия.

Защитные свойства стекла можно приближенно оценивать по их плотности. Например, тяжелое свинцовое стекло с объемной массой 6200 кг/м³, содержащее 80% окиси свинца, по своей защитной способности в отношении гама излучения эквивалентно стали. Стекла, поглощающие медленные нейтроны, должны содержать один из следующих окислов: окись бора, окись лития, окись кадмия и др. Стекло, устойчивое к действию радиоактивных излучений, применяют при сооружении атомных электростанций (например, для устройства защитных смотровых окон) и предприятий по изготовлению изотопов.

Термостойкое стекло (боросиликатное) содержат окись рубидия, окись лития и др. термостойкие стекла имеют коэффициент линейного температурного расширения около 2-4 · 10-6°С-1, т.е. в 2-3 раза меньше, чем обычное стекло. Изделия из таких стекал выдерживают перепады температур до 200°С. Их используют для изготовления термостойких деталей оборудования (например, водомерных трубок).

Облицовочное стекло используют для достижения большой архитектурно-художественной выразительности зданий. Цветные плиты марблит изготовляют из обычного ("глушенного") стекла с полированной лицевой поверхностью. Иногда текстура стекла имеет по-разному окрашенные зоны и прожилки, как у мрамора. Из отходов листового оконного стекла получают эмалированные плитки размером 150х150 и 150х175 мм.

В сборном строительстве для облицовки наружных стеновых панелей из легкого и тяжелого бетона начали применять в ковровую стеклянную малайку. Ее набирают из мелких квадратных плиток (чаще всего 20х20 мм), изготовляемых путем переработки цветной глушенной стекломассы.

Изделия из стекла

Пустотелые стеклянные блоки обладают хорошей стекло рассеивающей способностью, а выполненные из них световые проемы и перегородки имеют хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства. Блоки состоят из двух отпрессованных половинок, которые свариваются между собой. Наиболее распространенные виды стеклянных блоков имеют на внутренней стороне рифления, придающие блокам светорассеивающую способность. Светопропускание - не менее 65%, светорассеивание - около 25%, коэффициент теплопроводности - 0,4 Вт/(м · °С).

Помимо обычных изготовляют цветные, двухкамерные (теплозащитные) и светонаправленные блоки.

Стеклобетонные конструкции представляют собой бетонную обойму, внутри которой на растворе уложены стеклянные блоки. Эти конструкции несгораемы и препятствуют распространению огня. В промышленном строительстве стеклянные блоки применяют для устройства окон. В жилых и общественных зданиях пустотелые стеклянные блоки используют для заполнения наружных световых проемов, остекления лестничных клеток, а также для устройства светопрозрачных перекрытий и перегородок.

Стеклопакеты в индустриальном строительстве находят все большее применение. Они состоят из двух или трех листов стекла, между которыми образуется геометрически замкнутая воздушная полость. Стекло пакетное остекление обладает хорошей тепло- и звукозащитной способностью, оно не запотевает и не нуждается в протирке внутренних поверхностей. В зависимости от назначения стеклопакеты могут быть выполнены с применением оконного, закаленного, отражающего или других видов стекла.

Стеклянные трубы в ряде случаев (например, в условиях химической агрессии) могут оказаться эффективнее металлических. Они обладают высокой химической стойкостью, гладкой поверхностью, прозрачны и гигиеничны. Благодаря этим высоким качествам их широко используют в пищевой и химической промышленности. Основными недостатками стеклянных труб следует считать хрупкость, т.е. слабое сопротивление изгибу и ударам, а также невысокую термостойкость (около 40°С). в последнее время на основе боросиликатных стекол получены термостойкие трубы с малым тепловым расширением.