Стекло. Его состав, применение

 

1. Сырьевые материалы стекла

Смесь, или шихта, из которой приготавливается стекло, содержит некоторые главные  материалы: кремнезем (песок) почти  всегда; соду (оксид натрия) и известь (оксид кальция) обычно; часто поташ, оксид свинца, борный ангидрид и  другие соединения. Шихта также содержит стеклянные осколки, остающиеся от предыдущей варки, и, в зависимости от обстоятельств, окислители, обесцвечиватели и красители либо глушители. После того как эти материалы тщательно перемешаны друг с другом в требуемых соотношениях, расплавлены при высокой температуре, а расплав охлажден достаточно быстро, чтобы воспрепятствовать образованию кристаллического вещества, получается целевой материал - стекло. Хотя песок внешне не похож на стекло, большинство распространенных стекол содержат от 60 до 80 мас.% песка, и этот материал как бы образует остов, относительно которого протекает процесс стеклообразования. Стеклообразующий песок - это кварц, наиболее распространенная форма кремнезема. Он подобен песку с морского пляжа, из которого, однако, удалено большинство посторонних примесей. Оксид натрия Na2O обычно вводится в шихту в виде кальцинированной соды (карбоната натрия), однако иногда используется бикарбонат или нитрат натрия. Все эти соединения натрия разлагаются до Na2O при высоких температурах. Калий применяется в форме карбоната или нитрата. Известь добавляется в виде карбоната кальция (известняка, кальцита, осажденной извести) либо иногда в виде негашеной (CaO) или гашеной (Ca(OH)2) извести. Главные источники монооксида бора для производства стекла - бура и борный ангидрид. Оксид свинца обычно вводится в шихту в виде свинцового сурика или свинцового глета.

2. Технические свойства стекла

Обычное стекло имеет плотность  – 2,3 т/м3, оптическое стекло, содержащее окись свинца и бария имеет  плотность 8 т/м3. Теплопроводность стекла очень мала. Коэффициент теплопроводности составляет 0,7-15 Вт / (м * К), коэффициент линейного расширения – 5,6 * 10-7с-1 (кварцевое стекло) и 90 * 10-7с-1 (строительное). Стекло способно взаимодействовать с различными веществами, нанесенными на его поверхность. Влага, растворы кислот, нейтральные или кислые растворы солей образуют на поверхностях стекла слой, состоящий из продуктов химического разрушения. Однако этот слой предотвращает разрушение поверхности стекла. Растворы щелочей, соды, поташа, фосфатов и фтористоводородной кислоты интенсивно разрушают стекло.

Электропроводность стекла очень  мала, поэтому его относят к диэлектриков. Кварцевое, боросиликатное стекло являются хорошими изоляторами. Важными физическими свойствами этого стекла является рассеяние, преломление, отражение, поглощение, пропускания лучей света. Эти свойства обуславливают широкое применение стекла в различных отраслях народного хозяйства и быту. Наиболее распространенным является закаленное стекло – сталинит. Его изготавливают в виде плоских или гнутых листов различной конфигурации из обычного промышленного стекла.

 

3. Листовое стекло — 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.

Стекло твердых размеров — стекло, изготовленное и поставленное по спецификации потребителя. Стекло свободных размеров — стекло, изготовленное и поставленное в заводском ассортименте размеров.

Классификация, основные параметры и размеры

4.1 Стекло должно изготавливаться  в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной в установленном порядке.

4.2 Стекло в соответствии с его оптическими искажениями и нормируемыми пороками подразделяют на марки М0-М7.

4.3 Стекло в зависимости от категории размеров подразделяют на: 
 • стекло твердых размеров (ТР); 
 • стекло свободных размеров (СВР).

 

Тонкое стекло имеет толщину  до 1,8 мм; в строительстве не применяется. Оконное стекло изготовляют толщиной 2, 3 и 4 мм; всё стекла в наших квартирах  имеют практически толщину в  этих пределах. От размеров стекла зависит  выбор его толщины и соответственно его прочность (3.53). Толстым стеклом  называют любое стекло толщиной более 4 мм; оно применяется в витринах магазинов или в качестве оконного стекла больших размеров в высотных зданиях. В качестве крышки стола  или полки в витрине следует  применять стекло толщиной 4,5; 5,5 или 6,5 мм. Определяющими параметрами  являются размер стекла, расстояние между опорными точками и ровная плоскость опорной поверхности.

Зеркальное стекло - это шлифованное  и полированное с обеих сторон литое и листовое стекло. В отличие  от толстого стекла оно не имеет  полос, которые не являются изъяном  стекла, но тем не менее очень мешают. Зеркальное стекло применяют для особенно ответственного остекления, а также для изготовления зеркал.

К цветным стеклам относятся  стекла, которые, несмотря на окраску, все еще более или менее  прозрачны. Наиболее эффектное применение цветное стекло находит в застеклении  витражей. Даже неспециалист сможет создать  художественное оформление из этих стекол. В разд. 3.4.3 даются более подробные указания.

Шлифованное стекло применяют на ночном или туалетном столике или  в качестве полки; оно должно иметь  притуплённые углы и кромки. Чтобы  заменить такое стекло, целесообразно  сделать точный замер с возможными закруглениями (3.55). Для этого кусок  белой бумаги нужно положить на закругление  и обжать его край карандашом.

 

 

 

К листовому строительному стеклу относят стекло: оконное, витринное, цветное листовое, армированное листовое, узорчатое, солнцезащитное, закаленное и др

 

Безопасное стекло применяется  в зданиях и сооружениях. Это:

 

-стекла фасадов;

-стекла для светопрозрачных перекрытий;

-окна, кровельные и стеклянные двери;

-остекление балконов;

-перильные остекления;

-теплицы и оранжереи;

-дверные и промежуточные стены;

-стеклянные дверцы и полки для мебели;

-душевые стенки и кабины;

-стекла для телефонных будок;

-панорамные лифты и стекла для лифтов;

-стекла для киосков;

-остекление спортивных помещений;

-остекление подводных построек;

-стекла с обогревом;

-особые безопасные стекла.

 

4. Изделия из стекла

В горячем состоянии стекло пластично  и легко поддается всевозможным способам формования: выдуванию, прессованию, лепке, вытягиванию и т.п.

При варке оно хорошо воспринимает разнообразные окраски - от насыщенных до легких, чуть заметных. Причем при выработке можно соединять стекла разных цветов, достигая этим неожиданных и разнообразных декоративных эффектов.

Стекло поддается глушению, т.е. может стать непрозрачным. Степень  заглушения бывает различной. Слегка глушёное стекло в соединении с цветом может создать целый ряд опаловых изделий, необычайно красивых, не требующих никакой дополнительной декоративной отделки. Особый интерес представляют декоративные стекла, окрашенные сульфидом цинка.

В холодном состоянии стекло хорошо поддается механической обработке. Несмотря на многовековое применение стекла и постоянное освоение его  многогранных свойств, оно таит в  себе еще много неизвестных возможностей, которые постепенно раскрываются технологами  и художниками.

Основным недостатком стекла является его хрупкость и большая чувствительность к резкой смене температур. Эти  отрицательные свойства с успехом  преодолеваются: сейчас уже научились  варить термостойкое стекло, из которого изготовляют лабораторную и другую посуду. Получено техническое стекло с повышенной прочностью путем закалки  и травления плавиковой кислотой. Появился новый вид стеклокристаллических  материалов, так называемый ситалл. Он тверже стали, легче алюминия и в несколько раз прочнее обычного стекла. Ситаллы находят широкое применение в строительстве, химической промышленности, радиоэлектронике и перспективны в изготовлении бытовой жаропрочной посуды.

На протяжении последних десятилетий  стекло активно входит в интерьеры  больших общественных сооружений - театров, гостиниц, аэропортов, вокзалов, домов культуры, научных учреждений, лечебно-оздоровительных и спортивных заведений, предприятий общественного  питания. Характер современной архитектуры, просторы остекленных помещений  располагают к созданию значительных по тематике монументальных произведений, а также новых видов архитектурно -декоративных композиций с применением стекла.

 

5. Ситаллы — стеклокристаллические материалы, получающиеся путем направленной кристаллизации стекла, т. е. структура ситаллов— вид кристаллов, их размер и количество —регулируются в процессе производства. Особенность структуры ситаллов характеризуется тем, что между весьма мелкими кристаллами (несколько мкм) равномерно распределена стекловидная фаза (прослойкой около 1 мкм), количество которой в хорошо закристаллизованных материалах составляет 5... 10 %. Структура ситаллов, обеспечивая сохранение положительных свойств стекла, придает им повышенную механическую прочность, термическую и химическую стойкость, диэлектрические свойства, уменьшает хрупкость.

Ситаллы получают из того же сырья, что  и стекло, с добавлением специальных  добавок (например, соединений лития), но к чистоте сырья предъявляются  очень высокие требования. В качестве катализаторов кристаллизации используют фториды и фосфаты щелочных и щелочноземельных металлов.

Ситаллы применяют главным образом  в специальных отраслях техники (например, в радиоэлектронике). В  промышленном и гражданском строительстве  они могут найти применение в  виде конструктивного отделочного  материала.

 

Шлакоситаллы получают из огненно-жидких шлаков, в которые вводят добавки, корректирующие их химический состав, и катализаторы кристаллизации (модификаторы TiO2, CaF2, P2O5 и др.). Шлакоситаллы при плотности 2500...2650 кг/м3 имеют высокую прочность (при сжатии до 650 МПа, при изгибе до 120 МПа), низкое водопоглощение (близко к нулю). Особенно ценные качества шлакоситаллов— высокая химическая и термическая стойкость, морозостойкость и малая истираемость. Шлакоситаллы можно использовать для футеровки строительных конструкций и аппаратов, подверженных химической агрессии и абразивному износу (облицовка гидротехнических сооружений, полы и аппараты химических производств), а также труб и других изделий.