Szkło krzemianowe: produkcja i zastosowanie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 14:01

Szkło jest jednym z najpopularniejszych materiałów potrzebnych w różnych sferach życia. Znajduje zastosowanie w pracach budowlanych i wykończeniowych, powstają z niego dzieła sztuki użytkowej i wysokiej, wykorzystywane w przemyśle kosmicznym. To jeden z dostępnych, prostych w składzie materiałów. Najczęstszym rodzajem, z którym najczęściej spotykamy się i używamy produktów z niego, jest szkło krzemianowe.

Co to jest?

Najstarszym kawałkiem szkła są koraliki znalezione podczas wykopalisk w Egipcie, naukowcy uważają, że znalezisko ma ponad pięć tysięcy lat. Od tego czasu skład szkła niewiele się zmienił. Głównym składnikiem materiału jest piasek kwarcowy (Si0_{2) - krzemian. Dodaje się do niego sodę, potaż, wapień i kilka innych pierwiastków.}

W przemyśle, w celu uzyskania masy szklanej, tlenki substancji podstawowych są mieszane i stapiane w piecu. Temperatura topnienia zależy od dodatków zmieniających właściwości szkła. Powstałą masę formuje się na kilka sposobów: wykonując taflę szkła, nadając jej różne kształty (talerze, abażury do żyrandoli, szkło do zegarów itp.), wykonując półfabrykaty do późniejszej obróbki elementów przez dmuchawy do szkła i wiele więcej.

BLomonosov M. V., Kitaygorodsky N. I. wnieśli znaczący wkład w rozwój szklarstwa, Mendelejew D. I. i inni interesowali się praktyczną stroną problemu. Łatwo jest zdefiniować materiał "szkło krzemianowe". Co to jest? Materiał o strukturze amorficzno-krystalicznej, otrzymywany przez stopienie mieszanych tlenków, a następnie schłodzenie.

Produkcja szkła

Głównym elementem do produkcji szkła jest piasek kwarcowy, do którego w proporcjach dodaje się co najmniej pięć składników. W zależności od dalszego przeznaczenia otrzymanego materiału, do receptury głównej wprowadzane są dodatki: utleniacze, środki wyciszające, odbarwiacze, barwniki, przyspieszacze i tak dalej. Jako barwniki stosowane są tlenki metali. Na przykład miedź zabarwi masę szkła na czerwono, żelazo nada niebieski lub żółty odcień, tlenki kob altu nada niebieski kolor, a koloidalne srebro nada żółty odcień.

Przygotowana sucha mieszanka jest ładowana do pieca do topienia szkła, gdzie surowiec topi się w temperaturze 1200-1600°C, proces trwa od 12 do 96 godzin. Produkcja szkła kończy się procesem szybkiego chłodzenia, tylko pod tym warunkiem masa szklana uzyska wszystkie wymagane właściwości: przezroczystość, odporność mechaniczną oraz dodatkowe właściwości nadane w procesie mieszania tlenków.

Rodzaje szkła krzemianowego

Produkcja materiałów jest procesem energochłonnym i zajmuje się nią przemysł krzemianowy. Produkcja szkła w przemyśle odbywa się wpiece tunelowe z ciągłym utrzymywaniem zadanej temperatury. Sucha mieszanka jest ładowana z jednego końca pieca, gotowy materiał jest rozładowywany na wyjściu.

Ze względu na szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, szkło krzemianowe można podzielić na typy:

• Kwarc bez zanieczyszczeń tlenkami sodu, potasu jest szkłem niezawierającym zasad. Posiada wysoką odporność na ciepło i doskonałe właściwości elektryczne. Z niedociągnięć - trudne do przetworzenia.
• Soda, potas, sodowo-potasowy - szkło alkaliczne. Najpopularniejszy rodzaj materiału nadający się do ogólnego użytku. Służy do produkcji szkła do akwarium, szyb okiennych, naczyń i nie tylko.
• Alkaliczne z dużą zawartością tlenków metali ciężkich. Na przykład dodatek ołowiu jest niezbędny do uzyskania kryształowego szkła optycznego.

Zastosowanie uniwersalne

Szkło krzemianowe posiada szereg właściwości, które pozwalają na szerokie zastosowanie. Każdą z jego cech można ulepszyć, w związku z czym otwierają się dodatkowe możliwości. Na przykład szkło pokryte amalgamatem służy jako lustro i może być również używane jako panel słoneczny pod pewnymi warunkami.

Właściwości higieniczne i praktyczne wyrobów szklanych są niezaprzeczalne. Materiał nie posiada porowatości, co oznacza, że nie namnażają się w nim bakterie chorobotwórcze, jest łatwy w utrzymaniu czystości, odporny na wszelkie produkty spożywcze. Naczynia żaroodporne z niego są wielozadaniowe: można upiec w wysokiej temperaturze w piekarniku lub włożyćzamrażarka bez uszkodzeń.

Warstwa i grubość

Materiał ma różną grubość, co decyduje o jego możliwościach. Blacha o grubości 2 mm, odpowiednia do okien. Szkło do akwarium jest używane co najmniej 5 mm, w zależności od objętości wody wlewanej do pojemnika. Jednak akwaryści coraz częściej dochodzą do wniosku, że zastosowanie analogu akrylowego jest znacznie wygodniejsze, zwłaszcza jeśli wymagana jest pojemność 500 litrów lub więcej.

Zastosowanie materiału laminowanego (triplex) rozszerza możliwości: tkanina sklejona folią polimerową jest praktycznie niezniszczalna, jest bezpieczna, ponieważ nie kruszy się. Praktycznie niemożliwe jest rozbicie młotkiem dwóch szkieł krzemianowych o grubości 10 mm warstwą folii. Triplex służy do wykonywania przeźroczystych mostów, okładzin elewacji budynków, ogrodzeń basenów itp.

Właściwości

Wykorzystanie materiałów na bazie krzemianów znajduje swoje miejsce w budownictwie. Służą nie tylko do produkcji okien, ale także jako dodatkowa ochrona i spoiwo. Tak więc bloki fundamentowe są traktowane płynnym szkłem, co czyni je odpornymi na wilgoć, grzyby, wahania temperatury itp.

Zakrzywiony półprzezroczysty lub matowy materiał jest używany w życiu codziennym, z którego są wykonane drzwi meblowe, kabiny prysznicowe, fasady budynków itp.

Szkło krzemianowe ma następujące właściwości:

• Przejrzystość.
• Odblaskowe.
• Zrównoważony.
• Odporny na ciepło.
• Odporny na agresywne środowiska chemiczne.
• Odporny na agresywne środowisko naturalne.
• Wytrzymałość.
• Niska przewodność cieplna.

Dodatkowe właściwości, takie jak odporność na naprężenia i uszkodzenia mechaniczne, nadaje materiałowi poprzez hartowanie. Istotą procesu jest szybkie nagrzewanie i samo szybkie schłodzenie w krótkim czasie. Siła wzrasta 4-5 razy. Służy do wykonywania szkieł zegarkowych, skrzydeł drzwiowych, mebli, przegród wewnętrznych.

Produkcja produktów

Wyroby ze szkła krzemianowego i artykuły gospodarstwa domowego są produkowane na kilka głównych sposobów:

• Naciśnięcie. Lepką masę wlewa się do nieruchomej formy, po czym za pomocą ruchomej części formy (wykrojnika) ustawia się określone parametry. Forma na wewnętrznej powierzchni może mieć wzór, który jest przenoszony na zewnętrzną część produktu podczas procesu tłoczenia.
• Dmuchanie. Różni się mechaniczną i ręczną. Grubość ścianki produktu waha się od 1 mm do 10 mm. W ten sposób powstają wazony, butelki, kieliszki do wina, kieliszki. Dmuchanie ręczne to sztuka. Mistrzowie dmuchania szkła tworzą niepowtarzalne dzieła, łącząc transparentne i kolorowe masy, w tym metal, surowce naturalne, złoto itd. w korpusie dzieła. Nie ma identycznych wyrobów dmuchanych ręcznie.
• Przesyłanie. Wykorzystywany jest głównie do wyrobu figurek, figurek. W przemyśle, przez odlewanie, optyczneszkło.
• Wielostopniowa artykulacja. Stosowane są części produkowane w dwóch technologiach: rozdmuchu i prasowania. Na przykład szklany pojemnik jest dmuchany, a nóżka jest wciskana, gotowe części są łączone.

Zabieg dekoracyjny

Szkło krzemianowe jest płodnym materiałem do wielu rodzajów dekoracji. Rozróżnij projekt na gorąco i na zimno.

Gorące potrawy obejmują:

• Barwienie luzem tlenkami metali.
• Mieszanie masy o różnych kolorach z dalszym kształtowaniem (szkło weneckie z plamami).
• Trzaskanie. Masę formuje się w produkt, gwałtownie schładza, w wyniku czego pojawiają się pęknięcia powierzchniowe, a produkt topi się w celu jego utrwalenia.
• Utrwalanie.
• Formowanie na gorąco kordów, nici z późniejszym dodatkiem do produktu.
• Tworzenie dodatkowego kształtu krawędzi podczas wdmuchiwania. Osiągnięte przy użyciu narzędzi.

Formy dekorów na zimno:

• Mechaniczne: szlifowanie, grawerowanie, cięcie diamentami, piaskowanie.
• Chemiczne: wytrawianie kwasem fluorowodorowym.
• Zastosowane: malowanie, rysowanie kalkomanii, sitodruk, metalizacja, natryskiwanie plazmowe, malowanie farbami połyskującymi.

Inne rodzaje szkła

Nowoczesne technologie umożliwiły nadanie szkłu krzemianowemu dodatkowych właściwości. Spośród nich najbardziej interesujące i poszukiwane są:

Inteligentne szkło: rodzaj materiału, który się zmieniaich właściwości pod wpływem warunków zewnętrznych. Na przykład pod wpływem prądu elektrycznego produkt staje się matowy, po odłączeniu obwodu powraca do stanu przezroczystego.

Włókno szklane (włókno szklane): otrzymywane przez ciągnienie materiału w cienkie (mierzone w mikronach) nitki. Tworzą dość elastyczny materiał. Wykorzystywany do produkcji światłowodów, materiałów izolacyjnych itp.

Szkło klarowane: zwykłe szkło krzemianowe ma zielonkawy lub szarawy odcień, który jest wyraźnie widoczny, gdy patrzy się przez nacięcie. W rezultacie płótno okazuje się lekko zabarwione. Aby uniknąć tego efektu, podczas procesu produkcyjnego dodawane są rozjaśniacze, aby zneutralizować niepożądany kolor. Od zwykłego materiału różni się zwiększoną przepuszczalnością światła, przenoszeniem kolorów bez zmiany koloru.