Ориентировочные составы существующих стекол (в %)

Окислы	Оконное стекло	Сортовое выдувное стекло	Сортовое прессовое стекло	Ламповое. стекло	Бутылочное темное стекло
SiO,	71,5	74-75,5	73-75	73-74	68-72
А120з	1,6-1,8	0,5-0,6	0,8-1,0	1,0-1,5	4,5-7,0
Fe203	0,2	до 0,03	0,1	0,3-0,4	2,0-3,0
CaO	8,5	7,0-9,0	6,0-7,0	12,5-13,0	11,0 -13,0
MgO	3,5	-	2,0-3,0	-	0,8 - 1,5
Na20	15,0	10- 10,5	15,0-16,0	11,5-12,5	10,0-11,0
К20	-	5,0-5,5	-	-	-

В натриеизвестковых и калиеизвестковых стеклах содержится одновалентных окислов: от 15 до 17%, двухвалентных: 8,5—9,5% и кремнезема: от 73 до 76%.

Хрустальные стекла содержат: РЬО — 23—28% (бывает до 38%); Si0₂ — тяжелый хрусталь содержит от 50 до 58%, легкий > 59%.

Для придания стеклу комплекса необходимых свойств в качестве стеклообразователя (Si0₂) добавляют другие окислы (модификаторы, К₂0, СаО, РЬО, окислы титана и магния), см. табл. 4.1.

Кроме всем известных видов стекол наша промышленность производит пеностекло, ячеистый материал, получаемый спеканием тонкоизмельченного стеклянного порошка и порообразователя (кокс, мел и др.). Пеностекло обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, малой плотностью, легко поддается механической обработке и склеиванию. Применяется для теплоизоляции, как плавучий матери

ал. Из пеностекла с открытыми порами изготавливают фильтры для кислот и щелочей.

Аморфно-кристаллическая структура материалов

Керамика, ее классификация состав и строение.

Керамикой называют изделия и материалы, полученные спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов металлов и других неорганических соединений (карбидов, боридов, нитридов, силицидов и др.).

По структуре различают грубую керамику (строительная, шамотный.кирпич и др.), тонкую с однородной мелкозернистой структурой (фарфор, пьезо- и сегнетокерамика, керме-ты и др.), пористую с мелкозернистой структурой (фаянс, терракота, майолика и др.), высокопористую (теплоизоляционные керамические материалы).

По применению керамику подразделяют на строительную (кирпич, черепица, облицовочные плитки и др.), бытовую и санитарно-техническую (посуда, художественные изделия, умывальники), химически стойкую (трубы, детали химической аппаратуры), электротехническую, радиотехническую, - теплоизоляционную (керамзит, пенокерамика и др.), огнеупоры.

Материалы, применяемые для керамического производства принято разделять на основные и вспомогательные.

К основным материалам относят: материалы, идущие для составления керамических масс, глазурей и, кроме того, для изготовления керамических, не выгорающих в огне красок.

К вспомогательным материалам относятся: материалы, используемые для изготовления гипсовых форм, капселей и пр.

Основным сырьем служат пластичные и малопластичные глинистые материалы, отощающие материалы, плавни, а также различные минеральные окрашивающие соединения (окись кобальта, окись хрома, окись железа и т.п.). К пластичным и не пластичным материалам относятся глина и коалин.

Краткая характеристика основных материалов.

Глина — пластичная осадочная горная порода, состоящая в основном из глинистых минералов (каолинит, монтморил

лонит, гидрослюда и др.). Разновидности глины выделяют по преобладанию того или иного глинистого минерала. Главные компоненты (с величиной частиц менее 0,01 мм): SiO_s (30— 70%), А1₂0,₃ (10—40%) и Н_аО (5—10%).

Каолин — глина белого цвета, состоящая из минерала каолинита. Образуется при разрушении (выветривании) гранитов, гнейсов и других горных пород, содержащих полевые шпаты.

Полевые шпаты — группа самых распространенных породообразующих минералов подкласса каркасных силикатов; около 50% массы земной коры. Изоморфные смеси алюмосиликатов К, Na, Са, Ва. Белые, розовые, серые и др. Твердость 6—6,5; плотность 2,6—2,8 г/см³. Различают полевые шпаты: кальциево-натриевые — плагиоклазы; щелочные (кали-ево-натриевые) — ортоклаз, микроклин, санидин и др. и калиево-бариевые.

Кварц (Si0₂) — один из самых распространенных породообразующих минералов; по структуре — каркасный силикат. Кристаллические модификации: гексагональная (устойчив выше 573 °С) и тригональная (устойчив ниже 573 "С). Часты двойники, образует зерна, зернистые кристаллы, агрегаты и сплошные массы. Цвет разнообразный: бесцветный кварц — горный хрусталь, фиолетовый — аметист, дымчатый — раухтопаз, черный — морион, золотистый — цитрин и др. Твердость 7; плотность 2,65 г/см³. Пьезоэлектрик. Кварцевые пески и кварциты используются в керамической и стекольной промышленности.

Важнейшие физико-механические и химические свойства керамики, определяющие потребительную ценность изделий,* обусловлены особенностями ее состава, структуры и строения.

Состав фарфора. Классический состав массы твердого фарфора включают: 50% глинистых веществ (в основном каолина), 25% полевого шпата; 25% кварца. Для мягкого полевошпатового фарфора содержание глинистых компонентов уменьшают на 5—8%, увеличивая количество вводимого по

левого шпата. Мягкий костяной фарфор имеет в массе вместо полевого шпата 43—50% костяной муки. Глазурь для фарфора во всех случаях тугоплавкая, полевошпатовая.

Фаянс. Фаянс характеризуется большим содержанием глинистых веществ (50—55%) и кварца (40—'50%) и невысо-; ким содержанием (5—10%) полевого шпата. В качестве гли-J нистых веществ в фаянсовых массах применяют не каолин,! а беложгущуюся глину.

Полуфарфор. Полуфарфор по составу близок к фарфор ровым массам и отличается от них уменьшенным содержание ем (9—10%) полевого шпата. j

Майолика. Ее составы более специфичны. Полевой шпат| здесь не применяется. Для масс характерно высокое содержа-; ние (до 63—68%) легкоплавких глин, 15—20% мела, 5—17%>j кварцевого песка, кварцевых отходов и т.п. материалов. Май^ оликовые глазури представляют собой цветные легкоплавкие, в отдельных случаях — свинецсодержащие стекла.

Компоненты керамических масс в результате сложного: физико-химического взаимодействия при обжиге образуют керамический черепок. Одновременно с этим протекают про-; цессы плавления глазурной шихты и образования на поверх-! ности черепка слоя глазурного стекла. Свойства керамики] разных типов определяются структурой обожженного черепка⁵ и глазури, количественным соотношением составляющих их фаз.

Структура обожженной керамики. Керамический чере-^ пок представляет собой сложную гетерогенную систему, состоящую из стекловидной, кристолической и газовой фаз.

Стекловидная фаза образуется при плавлении полевого шпа-_; та (частично кварца и др. компонентов) и состоит из 70—80% Si0₂, 8—16% А1₂0₃, 8—12% K₂0+Na₂0. Содержание его в фарфоре колеблется: до 85% в мягком, до 60% в твердом. Стекловидная фаза соединяет в одно целое структурные составляющие фарфорового черепка, в то же время она несколько снижает термическую стойкость и механичес-; кую прочность фарфора. Одной из причин этого является;

напряжения, возникающие на границах стекловидной и кристаллической фаз.

Кристаллическая фаза образуется в результате сложных преобразований глинистых компонентов массы и кварца. Ее характер и количественное соотношение составляющих неодинаковы у разных типов керамики. Кристаллическая фаза фарфора состоит в основном из муллита и зерен непрореаги-ровавшего кварца. Кристаллов муллита (3Al₂0₃-2Si0₂) в фарфоре немного — 2,5—5%. Зарождение их происходит при t=1200°C, при этом образуется первичный мелкий, субмикроскопический муллит. Значительно большее значение имеет вторичный муллит, имеющий вид игольчатых кристаллов длиной 2—6 мкм, образующихся при более высоких температурах. Кристаллы вторичного муллита в черепке фарфора существенно повышают его механическую и термическую стойкость. Причиной этого являются модификационные превращения зерна кварца при нагревании и охлаждении. Образующиеся при этом напряжения прямо пропорциональны общей поверхности зерен остаточного кварца.

У фаянса, полуфарфора, майолики кристаллическая фаза является преобладающей. Однако кристаллы муллита здесь мелки, а в Майолике вообще не образуются. Основу кристаллической фазы этих типов керамики образуют глинистое вещество, измененное в процессе обжига, и кварц.

Газовая фаза заполняет все поры керамического черепка. Причиной ее образования в основном является воздух, заключенный в порах, а также газообразные продукты разложения сырьевых материалов. Газовая фаза в черепке фарфора составляет 2—5% его объема. Поры равномерно распределены ⁴в черепке, имеют округлую форму, преобладающий размер их 10—15 мкм. Вследствие замкнутого характера пор водопоглощением фарфорового черепка значительно меньше его общей пористости. Фаянс, полуфарфор, майолика характеризуются значительно большей пористостью. Поры у этих типов керамики преимущественно незамкнутые, менее однородные по величине и характеру распределения в

черепке, чем у фарфора. Поры в керамическом черепке сни, жают его механическую, термическую и химическую устой' чивость, а у фарфора также и просвечиваемость.