5.4 Декорирование стекла

Для декорирования стекол применяются самые различные технологии: прозрачное и матовое травление, декорирование и роспись прозрачными и глухими термоотверждающимися красками, пескоструйная обработка, витражи и витражные имитации, фацетирование и малирование и другие.

Технология малирования представляет собой термическую обработку уже готового листового стекла, что позволяет придавать ему (разогрев до определенной температуры размягчения) требуемую форму, а затем, путем медленного остывания, сохранить ее в готовом изделии. Такая технология используется как для изготовления стеклянных вставок, так и в более сложных вариантах, для полукруглых дверей сантехнического оборудования (душевых кабин, ванн) и саун.

Пескоструйная обработка - это традиционная технология декорирования стекол, основанная на механической обработке поверхности стекла воздушной струей с частичками абразива. Получаемый при этом матовый рисунок может иметь различную зернистость и глубину обработки.

Химическое травление и матирование. Этот процесс основан на свойствах паров плавиковой кислоты взаимодействовать со стеклом, образуя нерастворимые соли. В зависимости от режима обработки, травление позволяет получить на незащищенных кислотостойкой мастикой местах как равномерно матовый, так и прозрачный, с различной глубиной обработки, рисунок. Данный процесс очень трудоемок и длителен, поэтому, как правило, используется только для декорирования дорогостоящих высокохудожественных изделий. 

Фацетирование - это специальная обработка кромки стекла. Фацетированные вставки, как правило, применяются в дорогостоящих деревянных дверях, наиболее ценной считается обработка так называемого фигурного фацета красивых криволинейных поверхностей с высокой точностью.

Технология витража основана на наборе рисунка из кусков окрашенного в массе стекла. Стекло, применяемое для витражей, бывает рифленое, достаточно грубой формы; специальное листовое цветное и гладкое тонированное, обработанное фацетированием. Стекло соединяется в единое целое полосой из мягкого металла, имеющего специальное сечение.

Существуют и другие методы декорирования поверхности стекла. При необходимости получения цветного рисунка на стекле применяют, как правило, метод шелкографии, при котором используются специальные термоотверждаемые краски. В качестве недорогих методов декорирования используют роспись стекла, при которой не требуется последующая термическая обработка, а также декорирование прозрачными и непрозрачными пленками, имитирующими различные методы дорогой традиционной обработки (например, витражи и матированное стекло).

Декоративные краски для стекла позволяют создавать различные текстуры поверхностей: эффекты «травленого» стекла, пескоструйной обработки, металлической текстуры и др. Применение негативных либо позитивных трафаретов позволяет получать на поверхности стекла рисунки или их комбинации.

Нанесение водорастворимых красок на стекло - несложный технологический процесс, позволяющий использовать их в мелкосерийном производстве. Краски можно наносить как на горизонтальные, так и на вертикальные поверхности. Такие покрытия устойчивы к химическим и механическим воздействиям, влагостойки; пригодны для эксплуатации в условиях открытой атмосферы промышленной зоны умеренного климата; при дальнейшей обработке стекла (фацет, резка, гравировка) покрытие не нарушается.

12. Сырье для производства стекла

Основные компоненты строительных стекол - SiO₂; А1₂Оз; Na₂O; CaO; MgO - образуются в стекломассе при нагреве и последующем плавлении так называемых главных сырьевых материалов.

Главные сырьевые материалы вводят в стекольную шихту, как правило, в виде природных соединений.

Кремнезем SiO ₂ -основной стеклообразующий оксид, вводят в шихту в виде кварцевого песка или молотых песчаников и кварцитов с минимальным содержанием примесей (железа, хрома, титана), снижающих светопропускание стекла.

Глинозем А1₂О₃ поступает в стекольную шихту в составе полевых шпатов, каолина, а для высокосортных стекол - в виде чистого оксида алюминия. Увеличение содержания SiO₂и А1₂О₃повышает тугоплавкость и химическую стойкость стекла.

Оксиды натрия Na₂O и калия К₂Ообразуются в результате разложения при варке стекла введенных в шихту соответственно соды или сульфата натрия и поташа или калиевой селитры. Оксид натрия ускоряет процесс стеклообразования, понижая температуру плавления и облегчая осветление массы, но повышает коэффициент теплового расширения и уменьшает химическую стойкость стекла. Оксид калия снижает склонность стекла к кристаллизации, придает ему блеск и улучшает светопропускание.

Оксиды кальция СаО и магния MgOв стекольную шихту вводят в виде мела, мрамора, известняка, доломита. Эти оксиды повышают химическую стойкость стекла, а оксид магния также снижает склонность стекла к кристаллизации. В специальные стекла (например, оптическое, лабораторное) вводят оксиды свинца, бария и цинка.

Вспомогательные сырьевые материалы (осветлители, глушители, красители и др.) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств.

Осветлители (сульфаты натрия и аммония и др.) способствуют удалению из стекломассы газовых пузырьков.

Глушители (соединения фтора, фосфора и др.) делают стекло непрозрачным.

К красителям относят соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый), марганца (фиолетовый), железа (коричневые и сине-зеленые тона) и др.

Технология производства стекла

Стекло известно уже несколько тысячелетий. Первые упоминания о стекле связываются с находками, найденными в древнем Египте в 7 000 годах до нашей эры - стеклянными бусами и амулетами. А первые стекольные заводы начали появляться только в ХVIII веке.

Технология получения листового стекла в основном базируется на двух способах: Фурко и Флоат.

В 1902 году Эмиль Фурко разработал метод машинной вытяжки стекла. При этом способе стекло вытягивается из стекловаренной печи в виде непрерывной ленты через прокатные валки, поступает в шахту охлаждения, где режется на отдельные листы. На сегодняшний день в Европе метод Фурко практически не применяется, его вытеснил более совершенный Флоат-метод.

Флоат-метод был разработан в 1959 году. При этом процессе, стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг. Преимуществами этого метода по сравнению со всеми предыдущими является:

• стабильная толщина стекла

• высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки

• отсутствие оптических дефектов в стекле

• высокая производительность.

Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 5000-6000 мм х 3210 мм, а толщина листа может быть от 2 мм до 25 мм.

В массе выпускаемого стекла в последнее время значительно возрастает доля функционального (с особыми свойствами) и декоративного стекла. Связано это с тем, что обычное стекло, применяемое в архитектуре, не отвечает современным требованием. В настоящее время к нему предъявляются чрезвычайно высокие требования по теплосбережению, механической прочности, спектральному диапазону пропускаемого излучения и т.д.

Флоат-метод позволяет придавать стеклу некоторые необходимые свойства на стадии его производства. Ассортимент выпускаемого в настоящее время стекла очень широк. Некоторые сорта стекла выпускаются под собственными именами. Для того, чтобы сориентироваться в этом многообразии и сделать правильный выбор необходимо четко представлять, в каких условиях будет эксплуатироваться то или иное стекло. Так, например, использование тонированного в массе стекла, с коэффициентом пропускания меньше чем 50 % в качестве облицовочного фасадного остекления не рекомендуется. Поскольку в жаркий солнечный день панели из него могут нагреваться до температуры 80-90 оС и выше, что создает большие температурные напряжения, которые могут привести к разрушению панели со всеми вытекающими отсюда последствиями. В этом случае необходимо применение специальных закаленных, армированных и ламинированных стекол.

В России наблюдается повсеместное увлечение тонированным (имеющим различную окраску стеклом) остеклением. В Европе от данной моды отказались. Это связано со многими причинами. Одна из них отмечалась выше, вторая заключается в том, что сильно отличающиеся от природного спектральный состав освещения пагубно влияет на самочувствие людей. При большой степени остекления, люди, находящиеся внутри помещения, теряют чувство времени, и у них ухудшается зрение.

Итак, выбор стекла должен определяться не только эстетическими соображениями, но и оптико-энергетическими характеристиками остекления и его биологическим воздействием.

Чтобы грамотно применять современные виды строительного стекла, необходимо понимать, что такое солнечное излучение. Рассмотрим основные составляющие солнечного излучения:

1. Ультрафиолетовые лучи (длина волны 280-380 нм);

2. Видимый свет (длина волны 380-780 нм);

3. Короткие волны (длина волны 780-2480 нм);

4. Длинные волны (длина волны 2480 и более).

Световые лучи частично отражаются стеклом, частично поглощаются и часть из них, попадает внутрь помещения, для чего, собственно и, существует остекление. Коэффициент светопропускания стекла от 88 % (для обычного полированного стекла) до 19% (специального).

Прямая солнечная энергия (короткие волны) - это невидимая часть спектра, она также частично отражается стеклом (особенно темным, окрашенным), а часть ее проходит внутрь помещения. Солнечный фактор (СФ) состоит из энергии прямого прохождения I и поглощенной стеклом энергии II, которое оно передает внутрь.

Косвенная солнечная энергия (длинные волны) передается тремя путями:

• Теплопроводность

• Конвекция

• Тепловое излучение

• 2/3 потери тепла через стекло происходит за счет теплового излучения и 1/3 за счет теплопроводности и конвекции.

Придавая стеклу определенные свойства (создавая различные виды стекол), можно влиять на проникновение в помещение того или иного вида световой энергии.

13.Типы и виды керамики: структура, свойства, отличительные признаки, применение

Керамика - это неорганический минеральный материал, полу­чаемый из отформованного минерального сырья путем спекания при высоких температурах (1200…2500 °С). Структура керамики состоит из кристаллической, стекловидной (аморфной) и газовой фазы.

Криc­таллическая фаза является основой керамики, ее количество соc­тавляет до 100 %. Она представляет собой различные химические соединения и твердые растворы. Стекловидная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла. Ее количество составляет до 40 %. Она снижает качество керамики. Газовая фаза представляет собой газы, находящиеся в порах керамики.

Классификация, состав керамических материалов

Керамические материалы – изделия, изготовляемые из смеси порошкообразных веществ – глинистых веществ и минеральных добавок различными способами и подвергаемые в технологический период обязательной термической обработке при высоких температурах (обжиг) для упрочнения и получения камневидного состояния. Различия в составах масс и свойствах определили разнообразные области их применения.

По назначении керамические изделия делят на:

· бытовые (посуда и художественно-декоративные изделия);

· архитектурно-строительные (кирпич, черепица, облицовочные материалы);

· технические (огнеупоры, кислотоупоры, радиофарфор и др.).

Основные оксиды, используемые для произ­водства керамики - А₁₂О₃, ZnО₂, МgО, СаО, ВеО. Керамики обладает высокой прочностью при сжатии и низкой при растяжении. Главный недостаток керами­ки, как и стекла - высокая хрупкость.

Керамику классифицируют по характеру строения, степени спекания (плотности) черепка, типам, видам и разновидностям, наличию глазури.

По характеру строения керамику подразделяют на:

· грубую;

· тонкую.

Изделия грубой керамики (гончарные изделия, кирпич, черепица) имеют пористый крупнозернистый черепок неоднородной структуры, окрашенный естественными примесями в желтовато-коричневые цвета.

Тонкокерамические изделия отличаются тонкозернистым белым или светлоокрашенным, спекшимся или мелкопористым черепком однородной структуры.

По степени спекания (плотности) черепка различают керамические изделия:

· плотные, спекшиеся с водопоглощением менее 5% – фарфор, тонкокаменные изделия, полуфарфор, плитки для пола, канализационные трубы, кислотоупорные кирпич и плитки, дорожный кирпич, санитарный фарфор;

· пористые с водопоглощением более 5% – фаянс, майолика, гончарные изделия, кирпич обыкновенный, черепица, дренажные трубы.

По температуре плавления керамические изделия и исходные глины делят на:

· легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350оС);

· тугоплавкие (с температурой плавления 1350-1580оС);

· огнеупорные (с температурой плавления выше 1580оС).

По составу и свойствам керамические изделия делят на типы, виды и разновидности. Основные типы керамики:

· фарфор;

· тонкокаменные изделия;

· полуфарфор;

· фаянс;

· майолика;

· гончарная керамика.

Тип керамики определяется характером используемых материалов, их обработкой, особенно тонкостью помола, составом масс и глазурей, температурой и длительностью обжига. В состав масс всех типов керамики входят:

· пластичные глинистые вещества (глина и каолин);

· отощающие материалы (кварц, кварцевый песок, кремень, шамот, золы ТЭС);

· выгорающие добавки (древесные опилки, торф, антрацит, каменный и бурый уголь, топливные шлаки и др.) создают пористость после их выгорания при обжиге изделий;

· плавни или флюсы (полевой шпат, пегматит, мел, доломит, перлит, костяная зола, руды с содержанием оксидов железа и др.) в процессе обжига взаимодействуют с глинистым веществом с образованием более легкоплавких соединений, чем чистое глинистое вещество.

При нагревании глинистой массы (или сырца), подготовленной определённым образом к термической обработке, до температур 110-250оС происходит испарение из различных глинообразующих минералов и пор изделия свободной и адсорбированной воды. В диапазоне температур 250-900оС происходит дегидратация – эндотермический процесс, сопровождающийся небольшой усадкой обжигаемого сырья.

При дальнейшем нагревании дегидратированные соединения распадаются на первичные оксиды (глинозем, кремнезем и др.), в интервале температур 900-1250оС возникают в состоянии твёрдых фаз новые алюмосиликаты – неустойчивый силлиманит Al2O3·SiO2, кристаллический муллит 3Al2O3·2SiO2. С повышением температуры содержание муллита возрастает, что сопровождается экзотермическим эффектом и усадкой с уплотнением расплава. Чем больше образуется новых соединений природного муллита, тем выше стойкость изделия к высоким температурам.

Типичная технология производства строительной керамики предусматривает обжиг изделий в печах до температуры спекания, при которой расплав заполняет поры и капилляры сырца, смачивая поверхность твёрдых частиц керамической смеси.

Достоинства керамических материалов – сравнительно высокая прочность, малая деформативность, высокая химическая стойкость, долговечность; керамика обладает комплексом высоких качественных показателей.

Недостатки – хрупкость (более свойственна строительной керамике); прочность керамики уступает прочности идеальных кристаллов.

Для получения технической (специальной) керамики используют порошки в виде чистых оксидов – оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления (до 2500-3000оС и выше), которые можно применять в реактивной технике, радиотехнической керамике.

При обжиге отформованных изделий в результате сложных физико-химических превращений и взаимодействий компонентов масс и глазурей формируется их структура. Структура черепка неоднородная состоит из кристаллической, стекловидной и газовой фаз.

Кристаллическая фаза образуется при разложении и преобразовании глинистых веществ и других компонентов массы. Она включает кристаллы муллита – 3Аl2Оз • 2SiO2 остатки измененного глинистого вещества, оплавленные зерна кварца. Кристаллическая фаза и особенно муллит придают черепку прочность, термическую и химическую устойчивость.

Стекловидная фаза возникает за счет расплавления плавней и частично других компонентов. Она соединяет частицы массы, заполняет поры, повышая плотность черепка; в количестве до 45-50% увеличивает прочность изделий, при большом содержании – вызывает хрупкость изделий, снижает их термостойкость. Стекловидная фаза способствует уменьшению: водопоглощения, обусловливает просвечиваемость черепка.

Газовая фаза (открытые и замкнутые поры) оказывает неблагоприятное влияние на физико-химические свойства изделий:

снижает прочность, термическую и химическую устойчивость, вызывает водопоглощение и водопроницаемость черепка.

Различие между отдельными типами керамики обусловлено спецификой их внутренней структуры, т.е. составом и соотношением отдельных фаз, составом и структурой глазури.