71

3.3. Материалы и изделия из стеклорасплавов

Стеклянные изделия люди изготавливают с древнейших времен. Почти 6 тысяч лет назад стекло делали в Египте и Месопотамии. В Риме первые стекольные мастерские были созданы в 1 веке до н.э. Римляне умели отливать стекло и изобрели стеклодувную трубку. Из Рима в VII – ХII вв. это ремесло распространилось в европейские страны. Наибольшего расцвета оно достигло в Венеции, которая была мировым центром стеклоделия до ХVI – XVII вв. Венецианские стеклянные изделия отличались разнообразием и имели большую художественную ценность.

В 1635 году в России около Воскресенска был построен первый стекольный завод, на котором выдували оконное стекло и различные стеклянные изделия. Большую исследовательскую работу по химии и технологии стекла вел М.В. Ломоносов. Он заложил научные основы стеклоделия в России, разработал свыше 2 тысяч составов цветной мозаики.

В основном стекло производилось ручным способом, это был тяжелый физический труд. В конце ХIХ – начале ХХ вв. был создан механизированный способ вытягивания листового стекла, построена первая ванная стекловаренная печь непрерывного действия.

В ХХ веке в производстве стекла широко стали применять машинную технику, было создано много новых видов стекла и изделий из него. Сегодня стекло является одним из важнейших искусственных строительных материалов.

В Беларуси стеклоизделия в виде листового оконного и закаленного стекла, стеклянных труб, теплоизоляционных блоков из пеностекла и другие изделия выпускают Гродненский стеклозавод и завод им. Ломоносова в Гомельской области. Номенклатура выпускаемой продукции: листовое стекло, конструкционные, облицовочные и теплоизоляционные стеклянные изделия. На основе стекло- и шлакорасплавов созданы микрокристаллические материалы – ситаллы и шлакоситаллы, сочетающие в себе аморфную и кристаллическую структуру.

В последние годы быстро развивалось производство специальных видов строительного и технического стекла, а также теплоизоляционных материалов. По­лучило распространение производство стеклоблоков, профильного стекла, стеклопакетов. Использование стеклоблоков позволяет сни­зить теплопотери зданий более чем в 2 раза по сравнению с одинар­ным остеклением.

Стекло и его свойства

Стеклом называют все аморфные тела, получаемые путем пере­охлаждения расплавов независимо от их химического состава и тем­пературной области затвердевания, обладающие в результате посте­пенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообраз­ное должен быть обратимым.

Признаками стеклообразного состояния вещества является отсутствие четко выраженной точки плавле­ния, гомогенность и изотропность.

В стеклообразном состоянии могут быть получены многие вещества.

Стекло способно образовывать называемые стеклообразующими оксиды Si0₂, P₂O₅ и В₂О₃ без каких-либо добавок. Однако в большинстве случаев сырьевой массой для производства стекол является многокомпонентная шихта, содержащая помимо стеклообразующего оксида различные добавки.

В строительстве используют почти исключительно силикатное стекло, основным компонентом которого является диоксид кремния Si0₂.

Стекло не является веществом с определенным химическим соста­вом, который может быть выражен химической формулой, поэтому со­став стекла условно выражают суммой оксидов.

Состав строительных стекол в зависимости от вида и назначения содержит оксиды (в % по массе): Si0₂ — 64-73,4; Na₂0 — 10-15,5; К₂0 — 0-5; СаО — 2,5-26,5; MgO — 0-4,5; A1₂0₃ — 0-7,2; Fe₂0₃ — 0-0,4; S0₃ — 0-0,5; B₂0₃ — 0-5.

Каждый из оксидов играет свою роль в процессе варки форми­рования свойств стекла. Оксид натрия ускоряет процесс варки, по­нижая температуру плавления, но уменьшает химическую стойкость стекла. Оксид калия придает блеск и улучшает светопропускание. Оксид кальция повышает химическую стойкость стекла. Оксид алю­миния повышает прочность, термическую и химическую стойкость стекла. Оксид бора повышает скорость стекловарения.

Для получе­ния оптического стекла и хрусталя в шихту вводят оксид свинца, повышающий показатель светопреломления.

Сырье для производства стекла

Сырьевые материалы для производства стекла разделяются на основные и вспомогательные.

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.

В последнее время стали широко использоваться отходы различных отраслей промышленности — доменные шлаки, кварцесодержащие материалы, тетраборит каль­ция, стеклобой и др.

. Минеральное сырье, как правило, имеет большое количество примесей и непостоянный состав.

Примеси условно разделяются на две группы:

ухудшающие качество стекломассы (оксиды железа, хрома, титана, марганца, ванадия);

соответствующие основным компонентам состава стекла (оксиды алюминия, кальция, магния, калия, натрия).

Примеси первой группы придают стеклу нежелательную окра­ску, а также могут привести к образованию пороков в стекле в виде включений.

Примеси второй группы обычно учитываются при рас­чете рецепта шихты.

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

Осветлители (сульфаты натрия и алюминия, калиевая селит­ра, мышьяковистый ангидрид) способствуют удалению из стекло­массы газовых пузырьков.

Глушители (криолит, плавиковый шпат, двойной суперфос­фат) делают стекло непрозрачным.

Красители придают стеклу заданный цвет — соединения: ко­бальта — синий, хрома — зеленый, марганца — фиолетовый, желе­за — коричневый и сине-зеленые тона и т.д.