3.3.1. Общая технология изделий из стекла. Свойства стекол

Основным сырьем для изготовления стекла является чистый кварцевый песок (72 – 75 %), известняк (СаСО₃), доломит (СаСО₃; MgСО₃), кальцинированная сода (Na₂CO₃), сульфат натрия и полевой шпат. Для придания специальных свойств – повышенной термостойкости, прочности, химической стойкости, светорассеивания, цвета – в состав вводят добавки.

Производство стекла включает следующие технологические процессы:

• подготовку сырьевых материалов, включающую их очистку, дробление, помол до определенного размера и сушку;

• дозирование компонентов и приготовление рабочей увлажненной (для исключения пылеотделения) смеси – шихты;

• подачу шихты в стекловаренные печи, где происходит ее расплавление сначала с образованием непрозрачного расплава, а затем при подъеме температуры до максимальной 1400 – 1500 ^оС – перемешивания и удаления газообразных продуктов, прозрачной стекломассы;

• охлаждение стеклорасплава на 200 – 300 ^оС для повышения вязкости;

• формовку изделий и их охлаждение по определенному режиму.

Одна из основных особенностей стекла – способность стекломассы поддаваться разнообразным способам формования. Ее можно заливать в форму, штамповать, прокатывать между вальцами, прессовать, выдувать изделия сложной конфигурации, вытягивать в листы, трубки и нити. Отформованные изделия охлаждают в специальных печах и камерах. Если охлаждать медленно (отжиг), то возникающие при формовке остаточные напряжения ослабевают до нормы, что обеспечивает длительную и надежную эксплуатацию стеклянных изделий. Если повторно нагреть полученное изделие, а затем резко охладить, то можно получить равномерно распределенные остаточные напряжения сжатия во внешних слоях и растяжения во внутренних. Такой режим охлаждения называют закалкой. Его применение обеспечивает стеклу повышенную механическую прочность при ударе (в 5 – 7 раз) и изгибе, термостойкость (в 3 – 5 раз) и твердость (с 5 до 7 по шкале Мооса). При разрушении закаленного стекла образуются мелкие осколки с тупыми нережущими краями. Если в исходную шихту ввести некоторые добавки (оксиды металлов или соединения фтора), то при повторном нагревании полученных изделий в стекле начинается процесс кристаллизации. Добавки, представляющие собой кристаллические вещества, играют роль катализаторов. В результате образуется сложная структура, содержащая 90 – 95 % беспорядочно ориентированных микрокристаллов (размером менее 1 мк), остальное – стекловидная фаза. По свойствам стеклокристаллические материалы (ситаллы) занимают промежуточное положение между стеклом и керамикой. Они прочнее стекла, тверже высокоуглеродистой стали, легче алюминия, химически и термически устойчивы, обладают хорошими диэлектрическими свойствами, по коэффициенту расширения некоторые из ситаллов близки к кварцевому стеклу. Если в качестве исходного сырья используют шлаки черной металлургии, то получают шлакоситаллы с аналогичными свойствами [20].

Строительное стекло представляет собой биостойкий невозгораемый жесткий материал, обладающий высокой стойкостью к действию влаги, солнечной радиации и отрицательных температур. Свойства стекол зависят от химического состава. Так, их плотность изменяется в пределах 2200 – 8000 кг/м³, прочность при сжатии составляет 100 – 700 МПа, при растяжении 30 – 80 МПа. Стекло обладает низкой термической устойчивостью (перепад температуры составляет не более 80 ^оС) и прочностью на удар. С увеличением толщины изделия сопротивление удару, тепло- и звукозащитные свойства возрастают. По электрическим свойствам стекла относятся к диэлектрикам. Силикатные строительные стекла отличаются высокой химической стойкостью за исключением действия плавиковой и фосфорной кислот. Этот материал обладает уникальными оптическими свойствами: светопропусканием, которое достигает 92 %, светопреломлением, отражением и рассеиванием света.