19.Определение и разновидности стекла. Основы произ-ва. С-ва.

Стекло- твердый, аморфный, прозрачный в той или иной области оптического диапазона материал, получаемый из переохлажденных жидких минеральных расплавов, содержащих стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия и др.) и оксиды металлов (лития, калия, магния, свинца и т. д.).

Основное сырье - чистый кварцевый песок, известняк, доломиты, сульфат натрия или кальцинированная сода. Д/улучшения строительно-технических свойств вводят оксиды бора (повышает термостойкость), алюминия (повышает прочность и хим.стойкость), фтора, цинка и др. Д/получения окрашенных стекол применяют перекись марганца, оксиды хрома, кобальта и др.

Производство стекла включает следующие технолог.операции: подготовку сырьевых мат-ов (обогащение, сушка, измельчение); приготовление шихты (смешивание компонентов и брикетирование); варку стекла в стекловаренных печах при 1400—1500°С; охлаждение стекломассы до t, при которой она приобретает оптимальную вязкость, формование изделий; термич, механ. или хим. обработку.

Метод выработки (формования) зависит от вида изделия. Д/получения строит.стекла используют вытяжку, прокат, прессование.

Стекло характ-ся высокой прочностью при сжатии (600—1200 МПа) и малой прочностью при растяжении (30—90 МПа), хрупко. Хар-ным св-ом стекла является высокая прозрачность и способность пропускать не менее 84 % лучей видимого спектра. Плотность стекол изменяется в пределах от 2,2 до 2,6 г/см3, плотность промышленных стекол порядка 2,5 г/см3.

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

Кристаллиты обладают во внутренней части сравнительно нормальной кристаллической решеткой, состоящей из групп тетраэдров SiO4, но по мере приближения к периферии их структура становится все менее упорядоченной, и прослойки между кристаллитами обладают уже аморфным строением. В силикатных стеклах катионы металла помещаются между отрицательно заряженными тетраэдрами SiO4, не нарушая структуры силикатного каркаса.

Стеклообразное состояние является менее устойчивым по сравнению с кристаллическим и обладает избыточным запасом внутренней энергии, поэтому возможен самопроизвольный переход лишь из стеклообразного состояния в кристаллическое, сопровождающийся выделением небольшого количества теплоты. Стекло обладает рядом специфических свойств: прозрачность, хрупкость, высокая стойкость к атмосферным воздействиям, чувствительность к резким изменениям t, непроницаемо д/воды и воздуха, обладает низкой э/проводностью.

Светопропускание измеряют коэф. пропускания. Светопропускание оконного стекла 90—92%, профильного 84—86%, стеклоблоков 82— 85%. Светопропускание зависит не только от вида стекла, но и от угла падения световых лучей. Поскольку, стекло поглощает всего лишь около 2% световых лучей, то основной причиной снижения светопропускания является отражение лучей. Оконное стекло обладает хорошим пропусканием в инфракрасной области спектра и плохо пропускает ультрафиолетовые лучи.

Плотность листового стекла - 2,5г/см3, армированного до 2,6 г/см3. Обладая значительной плотностью, хорошо проводит звук. Окно считается самым слабым конструктивным элементом стены здания в отношении воздействия внешней шумовой нагрузки. Усредненный коэф. звукоизоляции стеклопакетов зависит от расстояния между стеклами и от толщины стекла. Стремясь улучшить звукоизоляцию, используют стекла разной толщины.

Теплопроводность обычного стекла при t до 100°С составляет 0,4—0,82 Вт/(м*°С). Малой теплопроводностью обладают стекла, содержащие большое к-во щелочных оксидов. Пеностекло, являющееся теплоизоляционным материалом, имеет теплопроводность 0,045—0,058 Вт/(м °С). Теплоемкость стекол определяется химсоставом. При комнатной t их теплоемкость составляет 0,63—1,05 кДж/(кг*°С). На термическое расширение стекол также влияет химический состав. Наиболее низкий температурный коэф. линейного расширения кварцевого стекла .5,8*107ОС1 обычных строительных стекол (9*106 — 15*10 6)°С~1. Термостойкость стекла зависит от температурного коэф. линейного расширения.

На самом деле температурный градиент изменяется в зависимости от толщины материала и его теплопроводности. Поэтому термостойкость стекла зависит и от толщины изделий. Например, листовое стекло толщиной 2мм выдерживает перепад температур в 100°С, а с увеличе­нием толщины до 5 мм термостойкость понижается и со­ставляет всего 80 °С. Для повышения термостойкости прибегают к корректированию состава стекла (например, путем введения бора); при этом температурный коэф­фициент линейного расширения резко уменьшается. Наи­более термостойко кварцевое стекло.

Силикатное стекло обладает удельным электрическим сопротивлением (при нормальной температуре) от 1010 до 10" Омсм, пробивная напряженность 450 кВ/см.

Наибольшее влияние на электропроводность оказывает содержание в них оксида лития: чем больше его в составе стекла, тем выше электропроводность. Понижают электропроводность оксиды двухвалентных металлов (больше всего ВаО), а также SiO2 и В2О3. Следует учитывать поверхностную проводимость стекла, которую обусловливает пленка, образующаяся на поверхности стекла в р-тате гидролиза силикатов. Эта пленка поглощает значительное количество влаги и вызывает повышенную активность стекла.

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

Рзнообразные мех. свойства стекла позволяют выделить его среди др. конст-рукционных мат-ов и использовать эти св-ва при конструировании изд. из стекла.

Теоретическая прочность при растяжении, рассчитанная по структурной сетке, весьма велика и составляет для обычного оконного стекла 6500— 8000 МПа. Однако фактическая прочность оконного стекла при растяжении и изгибе значительно меньше теоретической вследствие микродефектов в структуре и на поверхности стекла и составляет всего 30—90 МПа.

Стекло обладает высокой прочностью на сжатие. (700—1000 МПа), иногда до 1250 МПа. Стекло плохо сопротивляется удару, т. е. оно хрупко; прочность при ударном изгибе составляет всего около 0,2 МПа. Твер­дость его равна 5—7 по шкале твердости.

У стекла отсутствуют пластические деформации, стекло подчиняется закону Гука вплоть до момента хрупкого разрушения. Модуль упругости 70000—75000 МПа, модуль сдвига 20 00.0—30 000 МПа, коэф. Пуассона 0,25.