Стекло

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

БЕЛГОРОДСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСТИТЕТ

(НИУ «БелГУ»)

ФАКУЛЬТЕТ БИЗНЕСА  И СЕРВИСА

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ И СФЕРЫ УСЛУГ

РЕФЕРАТ

на тему: «Стекло»

                                                                                      Выполнила:           

                                                                                      студентка гр. 170965

                                                                                     Черничкина Дарья

                                                                                                                         Проверила:

                                                                                      д., к. ф.-м. н.

                                                                                      Ткаченко Галина Ивановна

Белгород, 2011

Содержание

Введение……………………………………………….…..….……..….…………3

1. Стекло. Свойства стекла.... .……......……….….…….…………….……….…4

1.1. Физические свойства  стекла............................................................................5

1.2. Механические свойства  стекла.......................................................................6

2. Виды стекла.…………………………………………….…….…..….…………8

3. Технология получения стекла......………….….……..…….…….………..…11

4. Стекло в строительстве и производстве..…..…..…..…..….……….………..14

4.1. Применение листового  стекла.......................................................................14

4.2. Стекло со специальными  свойствами...........................................................17

4.3. Теплоизоляционные и звукоизоляционные стекломатериалы..................21

Заключение……………………………………….…….……………………..….24

Список литературы……….…….……..…..……………………………………..25

Введение

Стекло является самым  широко применяемым материалом в  быту, строительстве, на транспорте благодаря  своим уникальным качествам: прозрачности, твердости, химической устойчивости к  активным химическим реагентам, относительной  дешевизне производства. Без него невозможно изготовить оптические приборы, телевизоры, космические корабли  и др. Несмотря на успехи в создании новых материалов широкого назначения, неорганические стекла после камня, бетона, металла прочно занимают одно из главных мест среди используемых в практике.

Человеку с древнейших времен известны природные стекла (янтарь, стекла вулканического происхождения), а вырабатывать стекла он научился несколько тысяч лет назад. Производство стекла совершенствовалось на протяжении веков, но долгое время этот процесс определяло искусство мастеров, опыт которых передавался из поколения в поколение. В настоящее время наряду с ручным трудом в стеклоделии применяются механизированные методы формования стеклоизделий, которые обеспечивают массовый выпуск продукции. В народном хозяйстве ориентировочно можно выделить следующие основные области применения стекла: строительная промышленность, производство стеклотары, стеклоаппаратов, химической посуды; электровакуумная промышленность, использование стекла в качестве декоративного материала, оптическая промышленность и приборостроение.

1. Стекло. Свойства стекла

Стекло получают в результате охлаждения расплава сырьевых материалов (кислотные, щелочные, щелочеземельные стеклообразующие окислы, кремнезём, борный ангидрит, глинозём, окись титана, окись натрия, кальция, калия, бария, свинца, цинка, лития), а также вспомогательных материалов, придающих необходимые свойства стеклу и ускоряющих варку (красители, обесцвечиватели, окислители, восстановители, глушители, осветлители, ускорители). Для облицовки и ограждений выпускают стекло листовое: оконное, теплопоглощающее и контрастное матовое, матово-узорчатое, "мороз", узорчатое, витринное, армированное, закалённое, цветное; облицовочное: марблит, эмалированная плитка, мозаика; стеклоизделия: стеклопакеты, стеклоблоки, плитки, стеклопрофилит.

Широкая употребительность  стекла обусловлена неповторимым и  своеобразным сочетанием физических и  химических свойств, не свойственным никакому другому материалу. Например, без  стекла, вероятно, не существовало бы обычного электрического освещения в том  виде, в каком мы его знаем. Не было найдено никакого другого материала  для колбы электрической лампы, который объединял бы в себе такие  важные качества, как прозрачность, теплостойкость, механическая прочность, хорошая свариваемость с металлами  и дешевизна. Аналогично, прецизионные оптические элементы микроскопов, телескопов, фотоаппаратов, кино- и видеокамер и  дальномеров в отсутствие стекла, вероятно, не из чего было бы изготовить. Все указанные выше свойства в конечном счете связаны с тем фактом, что стекла являются аморфными, а не кристаллическими материалами.

При комнатной температуре  стекло представляет собой твердый  хрупкий материал и обычно остается таковым при повышении температуры  вплоть до 400^оС. Однако при дальнейшем нагреве стекло постепенно размягчается, вначале почти незаметно, пока, наконец, не становится вязкой жидкостью. Процесс перехода стекла из твердого состояния в жидкое не характеризуется сколько-нибудь определенной температурой плавления. При правильном охлаждении жидкого стекла этот процесс происходит в обратном направлении также без кристаллизации (деаморфизации).

1.1. Физические свойства стекла.

Плотность обычных натрий-калий-силикатных стекол, в том числе и оконных, колеблется в приделах 2500-2600 кг/м³. При повышении температуры от 20 до 1300^оС плотность большинства стёкол уменьшается на 6-12%, то есть на 100^оС плотность уменьшается на 15кг/м³. Предел прочности обычных отожженных стекол при сжатии составляет 500-2000МПа, оконное стекло 900-1000МПа.

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. Стекло наряду с  алмазом и кварцем относится  к идеально хрупким материалам. 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. 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, включая лазерные, телевизионной, кино- и фототехники и так далее. Для строительного листового стекла, оконного, витринного необходимо учитывать, что коэффициент светопропускания прямо зависит от отражающей способности поверхности стекла и от его поглощающей способности. Теоретически даже идеальное, не поглощающее свет стекло не может пропускать света более 92%.

Оптические свойства стекла: показатель преломления способность  стекла преломлять падающий на него свет. Для производства керамических красителей очень важен показатель преломления. От него зависит, насколько сильно будет отражать свет керамическое изделие и как будет выглядеть.

1.2. Механические свойства  стекла

Упругость – свойство твердого тела восстанавливать свою первоначальную форму после прекращения действия нагрузки. Упругость характеризуют такие величины как модуль нормальной упругости, который определяет величину напряжений, возникающих под влиянием нагрузки при растяжении (сжатии).

Внутреннее трение. Стеклообразные системы, обладают способностью поглощать механические, в частности, звуковые и ультразвуковые колебания. Затухание колебаний зависит от состава неоднородностей в стекле.

Термические свойства силикатных систем являются важнейшими свойствами как при изучении так и при изготовлении керамических и стеклянных изделий.

Удельная теплоемкость: - определяются количеством тепла Q, требуемым  для нагревания единицы массы  стекла на 1^оС.

Химическая устойчивость- устойчивость по отношению к различным  агрессивным средам - одно из очень  важных свойств стекол важно для медицины.

Закаленные стекла разрушаются  в 1,5-2 раза быстрее, чем стекла хорошо отожженные.

В современном строительстве  для оконных , дверных и других проемов применяются специальные стекла с солнце и теплозащитными свойствами.

 Для этих стекол  важно спектральных характер  светового потока, прошедшего через  осветление, оценка цветового тона. На основе этих характеристик  осуществляется выбор определенного  вида стекла, а также определение  теплотехнических и светотехнических  свойств, их влияние на условия  работы, дизайн зданий и сооружений. 

2. Виды стекла

Стекла делят на органические и неорганические.

Неорганические стекла подразделяются на несколько типов: элементарные, оксидные, галогенидные, халькогенидные и смешанные.

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 до -11^оС дает каучукоподобный прозрачный продукт, нерастворимый в сероуглероде.

Оксидные стекла.

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.

 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.

Боратные стекла.

Стеклообразный борный ангидрит легко получается путем простого плавления борной кислоты при 1200-1300^оС. Благодаря отличным электроизоляционным качествам и сравнительной легкоплавкости боратные стекла широко применяются в электротехнике. Некоторые боратные стекла представляют интерес для оптотехники.

Стекло органическое - это  техническое название на основе органических полимеров: поликрилатов, полистирола, поликарбонатов, сополимеров винилхлорида в соединении с метилметакрилатом. Дальнейшая обработка: переработка, литьё под давлением. Прозрачная бесцветная пластическая масса, образующаяся при полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты. Легко поддается механической обработке. 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 - содержит не менее 99% SiO (кварца). Кварцевое стекло выплавляют при температуре более 1700°С из самых чистых разновидностей кристаллического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или чистых кварцевых песков. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи, имеет очень высокую температуру плавления, благодаря небольшому коэффициенту расширения выдерживает резкое изменение температур, стойкое по отношению к воде и кислотам. Кварцевое стекло применяют для изготовления лабораторной посуды, оптических приборов, изоляционных материалов, ртутных ламп, применяемых в медицине и др.

Стекло растворимое - смесь силикатов натрия и калия (или только натрия), водные растворы которых называются жидким стеклом. Растворимое стекло применяют для изготовления кислотоупорных цементов и бетонов, для пропитки тканей, изготовления огнезащитных красок, силикагеля, для укрепления слабых грунтов и др.

Стекло химико-лабораторное - стекло, обладающее высокой химической и термической стойкостью. Для повышения этих свойств в состав стекла вводят оксиды цинка и бора.

Стекловолокно - искусственное  волокно, которое широко применяется в химической промышленности для фильтрации горячих кислых и щелочных растворов, очистки горячего воздуха и газов; материалы из стекловолокна применяются в строительстве и при коррозионно-стойких трубопроводов, при изготовлении электроизоляции и др.

3. Технология получения стекла

Технология получения  стекла состоит из двух производственных циклов.

Цикл технологии стекломассы  включает операции:

- подготовки сырых материалов;

- смешивания их в определённых соотношениях, в соответствии с заданным химическим составом стекла в однородную шихту;

- варки шихты в стекловаренных печах для получения однородной жидкой стекломассы.

Цикл технологии получения  стеклянных изделий складывается из операций:

- доведения стекломассы до температуры (и вязкости);

- формования изделий;

- постеленного охлаждения изделий с целью ликвидации возникающих в процессе формования напряжений;

- термической, механической или химической (в отдельности либо во взаимном сочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств.

Стекловарение ведётся при температурах 1400-1600°С. В нём различают три стадии.

Первая стадия - варка, когда  происходит химическое взаимодействие и образование вязкой массы. Варка  стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и  прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и в  значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени  точности. Автоматически регулируются: давление, соотношение газообразного  или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры.

Другой способ варки этого  стекла – сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом стержне, разогретом электрическим током до 1800°С.

Процесс варки стекла некоторых  видов, например оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Прозрачное кварцевое  стекло изготовляется из горного  хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемых под вакуумом до 1900-2000°С индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрического тока. В конце варки в печь впускают воздух под давлением.

Вторая стадия - осветление, происходит удаление пузырьков, а также  растворение еще оставшихся нерастворёнными  зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в течение  нескольких часов при наиболее высокой  температуре.

Третья стадия - охлаждение стекломассы, когда она охлаждается  до такой температуры при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять из неё те или иные изделия.

Формование стеклянных изделий. Метод прессования служат ручных и машинных прессов пружинные  формы или эксцентриковые прессы.

Метод выдувания – специфический метод формования. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки».

Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое стекло. Этот метод заключается в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, изготовляется листовое стекло, различных видов.

Отливка стеклянных изделий  в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических  приборов.

Способ центробежного  литья метод по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в  быстро вращающиеся формы.

Моллирование - способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков из оптического стекла и получаем крупную стеклянную скульптуру.

Отжиг отформованных, еще  горячих изделий служит для предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напряжении.

Закалка стекла - операция, обратная отжигу. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочны. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, самолётов. Чтобы закалить стекло, его разогревают до 600-650^°С, затем быстро остужают.

Горячая обработка стекла включает отколку, отопку, огневую полировку  и другие операции. К холодной обработке  стекла относятся его резка, сверление, шлифовка и полировка. Старинным  способом украшения посуды является живопись по стеклу. Серебрение, а также  алюминирование широко применяются в производстве зеркал. 

4. Стекло в строительстве и производстве

4.1. Применение листового  стекла

Стекло занимает большое  место среди строительных материалов, на сегодняшний день в архитектуре  имеются здания в которых 80% площади фасада и более составляет стекло. Стекломатериалы широко применяются для остекления различных проемов, в ограждающих конструкциях, отделке и декорирования здании.

Несмотря на то, что стекло как искусственный материал используется человеком свыше 6 тыс. лет, машинный способ вертикального вытягивания  листового стекла был изобретен  бельгийским инженером Э. Фурко лишь в 1902 г., а в 1913 г. этот способ был реализован в промышленности.

Наибольшее количество стекла (свыше 50%) в мире вырабатывается в  виде листового стекла.

Листовым стеклом называются изделия из стекла, вырабатываемые в виде плоских листов, толщина  которых мала по отношению к длине  и ширине. В соответствии с разными  способами выработки листовое стекло бывает тянутое, прокатное и полированное. Ассортимент листового стекла, разнообразен и служит для остекления оконных и дверных проемов, фонарей верхнего света и витрин, а также является исходным материалом для стеклопакетов, стевита и стемалита.