какие стекла используют в промышленности

Стекло: что такое, виды, технология производства, свойства, назначение

Стекло – это материал, по некоторым свойствам не имеющий аналогов. До сих пор для его производства используются натуральные ингредиенты, повторная переработка испорченного изделия может происходить неоднократно без потери качества и почти без отходов.

Определение

Стекло может находиться в нескольких агрегатных состояниях на разных этапах производства. И все же, стекло – что такое и из чего его делают?

Согласно научному определению, стеклом является всякое аморфное тело, полученное методом расплава, которое при увеличении вязкости приобретает свойства твердого тела. При этом процесс перехода из одного состояния в другое является обратимым.

История материала

В повседневной жизни мы ежедневно используем стекло. Что такое и из чего его делают – это редко задаваемые в современности вопросы, настолько нам привычен материал. Ученые считают, что стекло впервые было получено случайно, проследить зарождение технологии невозможно. Первые изделия датируются примерно 2540 годом до нашей эры. В древней рецептуре присутствовали три компонента – сода, песок и глинозем. В дальнейшем научились улучшать свойства материала, добавляя к основным ингредиентам мел, доломит и другие составляющие. Весь состав, из которого варится стекло, называется шихта.

Цветное стекло начали получать, используя природные пигменты – окиси хрома, оксид никеля, кобальтовые добавки. Первое формованное изделие было получено в 1-м веке нашей эры римскими мастерами. Они же изобрели листовое стекло. Технология производства стекла в листах состояла в выдувании огромного, в человеческий рост цилиндрического пузыря из горячей массы. Пока она не остыла, ее разрезали вдоль длинной части и раскладывали на поддонах для выравнивания. Такая техника была распространена повсеместно до начала 20-го века. В России стекольное производство было открыто в 17-м веке и располагалось в селе Духанине, мастерами в то время были только иностранцы.

Состав

Для множества целей используется стекло. Что такое стекло, мы уяснили, а что представляют собой его основные ингредиенты? Состав исходных ингредиентов за весь период практики изготовления материала практически не изменился. Три основных компонента составляют основу (шихту) – это кремнезем или кварцевый песок, сода (оксид натрия) и оксид кальция, известный под названием известь. Составляющие соединяются в определенных пропорциях и плавятся в печи при температуре от 300 до 2500 °С. В состав шихты, в зависимости от желаемых свойств, добавляются поташ, борный ангидрид, битое стекло предыдущих варок или сырье вторичной переработки.

Технология

В зависимости от используемых компонентов в составе шихты, разделяют виды стекла:

Виды оконных стекол

Оконное стекло самый востребованный вид материала. Оно пропускает солнечный свет, осуществляет теплоизоляцию зимой и летом, препятствует проникновению шума, эстетически оформляет оконный проем и выполняет еще множество функций. На сегодняшний день существует широкий выбор видов стекла, каждый из которых отвечает определенным требованиям:

Безопасные стекла

Одним из отрицательных качеств стекла является его хрупкость, существуют технологии упрочнения материала. Самые распространенные виды:

Автостекло

Стекла для автомобилей обладают повышенными прочностными характеристиками, отвечающими требованиям безопасности. На сегодняшний день при производстве используются две технологии – ламинация (триплекс) и закаливание (сталинит):

Современные разработки

Свойства стекла многообразны, их до сих пор продолжают изучать в научных институтах, а умельцы находят новые способы применения и изобретают новые виды. В 1940 году стеклоделы представили миру пеностекло. Его качествами является:

Сферой применения стали изоляционные материалы для опасных производств, холодильных камер и пр.

Для солнечных батарей используют стекло с проводящим покрытием из тонкого слоя оксида металлов. Панели с покрытием работают при температурах около 350 °С. Кроме того, такое стекло монтируют в кабины самолетов, чтобы избежать наледи и сохранить тепло внутри кабины.

Важным достижением современности стала возможность производства стеклокерамики. Материал изготавливается по технологии обычного стекла, но на последнем этапе охлаждения процесс замедляется, и происходит кристаллизация в массе материала. Катализаторами служат специальные добавки, которые никак не влияют на внешнее состояние стекла, но образуют мелкие кристаллы. Материал без деформации выдерживает высокие температуры и более устойчив ко всем видам повреждений. Используется в ракетостроении, бытовой технике, лабораториях, частях двигателя и во многих других областях.

Источник

Стекло. Виды и применение. Свойства и производство. Особенности

Стекло – группа материалов имеющих различную химическую структуру, общим показателем для которых является свойство переходить при охлаждении из жидкого состояния в твердое без образования кристаллической решетки.

Технология производства

Существует много разновидностей стекла, технология производства которых отличается. В общем ее можно описать как варку. Материал в зависимости от применяемого сырья расплавляется и выдерживается при температуре 1200-1600°С на протяжении от 12 до 96 ч. За этот период времени используемая сырьевая масса поддается химическим изменениям. В материале происходит множество химических реакций, в конце которых он приобретает свойства стекла.

Сформированная при варке масса в горячем состоянии является жидкой. В вязком состоянии она используется для формирования различных изделий, которые при застывании становятся твердыми.

Стекло варится в шамотных горшках вместимостью до 1,5 тонны. В одну печь помещают от нескольких до 10-20 горшков. Также на некоторых производствах применяются ванные печи, которые работают в режиме непрерывной варки стекла до 5 лет, после чего меняются или поддаются ремонту.

Стекольная масса нуждается в соблюдении строгого температурного режима при остывании. Если изделие остынет быстрее допустимой скорости, то оно треснет. В связи с этим на производстве этому уделяется особое внимание.

Свойства стекла

Материал сочетает в себе ценные качества, такие как:

При всех достоинствах, у стекла имеется и недостаток – хрупкость. В отличие от металлов и прочих материалов при механическом воздействии оно не деформируется, а разлетается на осколки. Осколки могут иметь острые кромки, что несет опасность.

Материал имеет достаточно большую массу. По этому показателю он практически приравнивается ко многим видам металлов. При этом зачастую стекла гораздо тверже, и могут поцарапаться только алмазным инструментом или изделиями с твердыми напайками.

Виды стекла по сырьевому составу

Для изготовления стекла может использоваться различное сырье. От него зависят свойства и внешний вид материала. Различают следующие разновидности стекла:

Существуют и другие разновидности стекол, которые однако не нашли промышленной популярности. Они больше подходят для узкоспециализированных задач. К примеру, такой редкой разновидностью является урановое стекло, которое раньше использовалось для изготовления ваз, чаш и прочей посуды.

Кварцевое стекло

Материал является самым простым в плане сложности химического состава. По сути это просто сваренный кварцевый песок. Хотя изделие и простое в плане состава, но сложное в изготовлении. Это связано с высокой температурой плавки песка. С расплавленной кварцевой массой сложно работать, формируя необходимые изделия, что делает материал не распространенным.

В частности из него делают химические стаканы, колбы для ртутных ламп. Для менее ответственных изделий его применение нерационально. Важным качеством кварцевого стекла является высокая температурная устойчивость. Оно не меняет свою форму при нагреве до температуры +1000°С. Материал хорошо переносит резкие перепады температуры. При неравномерном сильном разогреве или охлаждении поверхности он может давать трещины.

Натриево-силикатные

Материал получается в результате совместной варки оксида кремния и оксида натрия. Последний компонент это обычная сода, которая действует как флюс. Плавка и варка стекла выполняется при температуре +900°С. Главная особенность таких стекол в том, что они растворяются в воде. Однако, несмотря на это они получили широкое распространение в промышленности.

Известковые

Это стекло является практически натриево-силикатным, в которое добавлена известь. Включение последнего компонента делает материал устойчивым к растворению в воде. Именно этот тип стекла широко использовали в древности благодаря сравнительной легкости его производства.

Известковые стека производят и в наше время, но немного по усовершенствованной технологии. В него добавляют оксид алюминия, оксид магния и прочие компоненты, позволяющие повысить качество готового изделия. Зачастую оконные стекла сделаны именно из этого материала, как и большинство зеркал. Массовая доля всего производимого в мире стекла является известковым.

Свинцовые

Несмотря на название, в состав этого стекла помимо свинца также включены сода, кремнезем и еще несколько оксидов. Этот материал является очень эффективным электрическим изолятором. Благодаря этому его используют при изготовлении микросхем, изоляторов для конденсаторов.

Эта разновидность стекла отличается повышенным блеском. Подавляющее число так называемых хрустальных изделий являются свинцовыми стеклами. Это дорогой материал с высокими декоративными качествами.

Боросиликатные

В став боросиликатного стекла включен оксид бора. За счет этого материал отличается высокой устойчивостью к температурному воздействию как минимум в 2 раза выше, чем у обычных видов стекла. Его часто называют пирекс. Это его торговое название, которое было присвоено производителем, разработавшим его рецептуру. Высокая стойкость материала к термоудару делают боросиликатное стекло популярным при производстве посуды. Из него делают тарелки, кастрюли, чашки и т.д.

Виды стекол применяемых в остеклении

Помимо различия по сырью, также осуществляется классификация стекла на виды и по другим критериям. Они бывают:

Ламинированные

Ламинированное стекло также называют триплекс. Это листовой материал, состоящий из нескольких слоев обычного стекла, между которыми располагается пленка или полимер. Наличие последних делает материал более крепким и безопасным. При разбивании он не разлетается на мелкие осколки. В связи с этим его используют для изготовления лобовых стекол для автомобилей.

В целом материал имеет массу достоинств. Его сложнее разбить, он лучше останавливает ультрафиолет. За счет пленки при взгляде на него с внешней стороны создается эффект поляризации, снижающий просматривание.

Закаленные

Эти стекла поддаются термической или химической обработки. За счет этого они становятся более крепкими и твердыми. Их очень сложно разбить или поцарапать. Их используют для изготовления триплекса, стеклопакетов для окон. В случае разбивания, что бывает редко, закаленное стекло разлетается на мелкие не острые безопасные осколки.

Армированные

Эти стекла содержат внутри металлическую сетку. Она выступает в качестве армирующего слоя. За счет нее обеспечивается высокая ударопрочность. В случае разбивания осколки стекла удерживаются на сетке. Это позволяет ему по-прежнему выполнять свою функцию, хотя и менее эффективно.

Стекло считается эффективным для удержания распространения огня и дыма. Его часто используют для остекления хозяйственных построек, СТО, гаражей, автомоек. За счет сетки внутри окна разбиваются с меньшей вероятностью, чем обычные стекла. Армированное изделие хорошо пропускает свет, но искажает изображение. По этой причине оно совершенно непригодно для установки в окна домов, административных и офисных зданий.

Энергосберегающие

Это низкоэмиссионные виды стекла. Они наделены весьма важным качеством – отражают обратно тепловые лучи при воздействии с одной стороны. Их применяют для сборки стеклопакетов для окон. За счет них тепло помещения при попадании на остекление не проходит наружу. При этом свет и тепло от солнечных лучей проникают внутрь помещения без проблем.

Эффект энергосбережения может достигаться напылением на стекла специального состава или путем приклеивания пленки. Нужно отметить, что энергосберегающее остекление может дополнительно работать и в обратную сторону, препятствовать проникать солнечного тепла внутрь помещения.

Солнцезащитное

Изделие этого типа работает на отражение солнечного тепла. Оно используется для изготовления стеклопакетов. Оно размещается отражающей стороной на улицу, за счет чего внешнее тепло не проникает в помещение. Стоимость такого стекла может существенно отличаться. Самые дорогие способны отражать солнечное тепло, при этом пропускать внутрь практически весь свет. За счет этого в помещение поступает нормальное дневное освещение.

Окрашенные в массе

Такое стекло является менее прозрачным. За счет этого оно поглощает часть света и тепла. Чаще всего при его изготовлении используются цветные пигменты: зеленые, коричневые, бронзовые, серые.

За счет поглощения тепла поверхность стекла сильно разогревается. Установлено, что у стекол с поглощением света на 50% температура поверхности днем может дойти до +90°С. Касание к ним в такие моменты вызывает ожог на коже. Использование таких стекол на окнах также нежелательно и по причине пагубного влияния на человека. Тусклый свет через такое окно приводит к нарушению ориентированию во времени, порчи зрения.

Окрашенные

Такие стекла изначально являются прозрачными. Для снижения пропускной способности они могут окрашиваться с одной из сторон. Как следствие сквозь них может проникать меньше света. Кроме этого отдельные виды красок дают возможность сохранить отличную прозрачность с одной стороны и зеркальный эффект с другой.

Источник

Сферы и области применения стекла

Трудно представить более универсальный материл чем стекло. Его научились производить много столетий назад и по сей день стекло остается востребованным материалом в разных сферах и отраслях деятельности человека. Его популярность обуславливается значительным списком свойств и качеств. В этой статье мы поговорим об этих свойствах, а также ответим на вопрос: «В каких сферах и областях применяют стекло?».

Свойства стекла

С развитием современных технологий стало возможным придавать стеклу дополнительных свойств за счет изменения химического состава. Помимо тех свойств, которые имело стекло изначально (твердость, вязкость, хрупкость, химическую нейтральность, прозрачность), ему стали присущи и другие модифицированные качества (стойкость к высоким температурам, прочность, способность проводить электрический ток). Это позволило использовать разные виды стекла в самых различных сферах.

Виды стекла

В состав стекла входит кварцевый песок, известняк, доломит, но для улучшения его свойств добавляют и другие вещества (оксид алюминия и бора). Так получают различные виды стекла – строительное, тарное, техническое, сортовое. В строительстве используют листовое стекло, которое бывает узорчатым, закаленным, термостойким, ударопрочным, армированным.

Различные применения стекла

Стекло на протяжении многих столетий производилось специально обученными мастерами, которые передавали свое ремесло от отца к сыну. Но со временем процесс механизировали и это позволило выпускать стеклянные изделия массово.

На данный момент стекло широко применяют в строительной сфере, в оптической промышленности, медицине, машиностроении, приборостроении, интерьере, современной архитектуре, электротехнике и в быту.

Стекло активно применяется для производства стеклянной тары – банок и бутылок для пищевой промышленности, флаконы для парфюмерной, сосуды для химической, емкости и ампулы для фармацевтической. Стеклотару можно повторно использовать в быту, но её основным минусом является хрупкость.

Стекло проявило себя и в интерьере. Отличным решением для изменения интерьера дома или квартиры может стать создание стеклянных дверей, перегородок и мебели. Различная обработка, современные технологии и добавление в состав стекла красителей позволяет создать изделие различной структуры, форм и цветов.

Стеклоэмали – это разноцветные слои из стекла, которые применяются как защитные покрытия для химической аппаратуры, посуды, сантехники и даже ювелирных изделий.

Также с помощью стекла стало возможным создание сверхтонких оптических приборов различного назначения. К таки приборам относят микроскопы, фотоаппаратуру, телескопы и, конечно же, очки.

Применение стекла в строительстве

В последнее время все больше стекла идет на производство листов для остекления. Такие листы используются для отделки фасадов разных зданий. Для этой цели применяют различные виды стекла и типы фасадного остекления. Архитекторы отдают предпочтение тонированному, прозрачному и полупрозрачному стеклу. Они обладают повышенной механической прочностью и поэтому такое стекло практически нельзя разбить.

На этом сферы и области применения стекла не заканчиваются. Стекловолокно – это уникальный строительный материал. Полученное при переработке стекла, стекловолокно является ударопрочным, огнестойким, экологичным, оно не гниет и не деформируется, а также обладает высокими теплоизоляционными и звукопоглощающими характеристиками. Из стекловолокна производят стеклоткани, стеклянную вату, армированное и пластиковое стекловолокно, стеклофибру, стеклообои, стекловолоконные сетки. Эти материалы применяют в строительстве в качестве утеплителей и связующих элементов.

Источник

Из чего делают стекло?

Стекло представляет собой неорганический прочный, хрупкий, непроницаемый для природных элементов, прозрачный или полупрозрачный материал, который используется во многих областях нашей повседневной жизни. Талантливые стекольщики и дизайнеры Eraglass работают со стеклом каждый день, и его уникальные качества воспринимаются ими как должное. Вот несколько интересных фактов об этом материале.

Состав стекла

Стекло изготавливается из натурального сырья, которое плавится при очень высокой температуре. Основной ингредиент стекла – это песок, но, технически, главным составляющим является компонент песка – кварц, он же диоксид кремния (SiO2), кремнезем или кварцевый песок.

Кварц соединяется с другими ингредиентами, которые могут различаться. Это такие элементы, как:

Стекло производится путем охлаждения расплавленных при температуре от +300 до +2500 °C компонентов, с достаточной скоростью, чтобы предотвратить образование видимых кристаллов. Одного песка достаточно для изготовления стекла, однако температура, необходимая для его плавления, будет намного выше. По этой причине сода добавляется в качестве модификатора. Известняк делает его более прочным. Оптимальный состав: около 75 % кремнезема, 10 % извести и 15 % соды.

Силикатное стекло

Композиции стекла разработаны таким образом, чтобы проявлять его различные физические, химические и оптические свойства. Разнообразие применения требует определенных типов стекла и производственных процессов. В промышленном производстве обычно используют несколько составов. Мы кратко остановимся на силикатном стекле.

Силикатное стекло – это обычное стекло, которое встречается повсеместно. Список изделий практически бесконечен: от посуды, объектов декора, очков, лабораторных сосудов, ламп накаливания, окон и до сотни других предметов, которые мы прямо или косвенно используем в нашей повседневной жизни.

Промышленное стекло делится на строительное, техническое, электровакуумное, тарное, лабораторное, безопасное, оптическое, сортовое.

Структура стекла

Стекло может быть сформировано естественным путем; например, в вулканах или когда молния попадает на песчаный пляж, и оно производилось людьми в течение тысяч лет. Таким образом, может быть удивительно, что наше понимание точной структуры стекла не является полным даже после столь длительного времени. Очень часто стекло обозначается как аморфное. Это слово пришло из греческого языка и означает «без формы». Таким образом, у нас есть грубое представление о том, что стекло как-то бесформенно.

Строение стекла еще окончательно не установлено. Есть расхождения даже между основной его массой и поверхностным слоем. Это связано с тем, что различные стекла имеют разный состав. Помимо этого на его структуру влияет технологический процесс.

Расположение атомов в стекле

Слева: кристаллическая форма, справа: аморфная форма.

Стекло имеет какой-то оттенок мистики – вероятно, из-за своего странного химического и физического поведения. Оно достаточно надежно, чтобы защитить нас, но может разбиться на тысячи осколков. Оно сделано из непрозрачного песка, но полностью прозрачно. И, пожалуй, самое поразительное – оно выглядит и ведет себя как твердое тело, но на самом деле это замаскированная форма странной жидкости. В результате его можно наливать, выдувать, прессовать и формовать.

Химия стекла

Химический состав стекла диктует его физические свойства и характеристики. В зависимости от основного компонента они бывают: оксидными, фторидными, сульфидными…

Оксидные

Являются одними из немногих твердых тел, которые пропускают свет в видимой области спектра. Существуют различные типы оксидного стекла. Название зависит от содержания различных окислов.

Среди оксидных стекол фосфатные и силикатные стекла являются двумя наиболее важными материалами, и они широко используются. По сравнению с силикатными стеклами фосфатные ограничены в применении, поскольку у них ниже температура стеклования. А силикатные обладают превосходной химической стойкостью.

Германатные — ближайшие аналоги силикатных. Высокая цена и небольшая химическая стойкость существенно ограничивают их применение. Имеют хорошее преломление и светопропускание. Используются для оптических приборов.

Боросиликатное стекло содержит не менее 5% оксида бора. Оно устойчиво к экстремальным температурам, а также к химической коррозии.

Эти свойства делают боросиликат идеальным для лабораторного употребления. Многие линзы для микроскопов и телескопов изготовлены из боросиликатного стекла.

Фторидные

Фторидные стекла и оптические волокна используются для изготовления поливолоконных систем передачи информации. Они имеют обширный диапазон спектрального пропускания, значительную радиационную стойкость и чувствительность. Кроме того, фторидные волокна можно использовать для направленной передачи световых волн в таких средах, как лазеры, что требуется для медицинских применений (в офтальмологии и стоматологии).

Сульфидные

Сульфидное (сульфидно-цинковое) стекло, получается при добавлении в стеклянную массу окиси железа и сульфида цинка, которые придают материалу разнообразные оттенки. Широко используется в изготовлении элементов декора, сувенирной продукции и посуды.

Источник