7. Стекло и другие материалы на основе минеральных расплавов

7.1. Стекло и его свойства

Стекло и другие плавленые материалы и изделия получают из минеральных силикатных расплавов, сырьем для которых служат распространенные горные породы и некоторые побочные про­дукты промышленности.

Минеральные расплавы в зависимости от исходного сырья разделяются на следующие группы: стеклян­ные, каменные, шлаковые, ситаллы и шлакоситаллы.

Материалы из расплавов обладают высокими показателями долговечности, химической стойкости, отлич­ными декоративными свойствами, а некоторые из них и прозрач­ностью.

Из минеральных расплавов, получают изделия самого различ­ного назначения: листовые светопрозрачные, конструкционные, отделочные, облицовочные, трубы специальные, тепло- и звукоизоляционные.

Стеклом называют все аморфные тела, получаемые путем переох­лаждения расплавов, обладающие в результате постепен­ного увеличения вязкости свойствами твердых тел. В отличие от истинно твердых тел стекла при нагревании не плавятся, а размягча­ются, постепенно переходя в пластичное, а затем и в жидкое состояние. При охлаждении процесс идет в обратной последовательности. Еще одна отличительная черта стекол  изотропность  одинаковость свойств во всех направлениях.

Способность к образованию стекол характерна для многих мине­ральных и органических веществ. Наиболее ярко эта способность выражена у диоксида кремния (SiO₂) и соединений на его основе  силикатов, к которым относится большинство природных минералов. В стеклообразном состоянии могут находиться и многие другие мате­риалы, например, полимеры («плексиглас» - органическое стекло). В последние годы даже металлы удалюсь получить в стеклообразном состоянии.

Стекла по сравнению с кристаллическими веществами обладают повышенной внутренней энергией (скрытой энергией кристаллиза­ции), поэтому вещество в стеклообразном состоянии метастабильно (термодинамически не устойчиво). Из-за этого обычное стекло при некоторых условиях, а иногда и самопроизвольно начинает кристал­лизоваться (этот процесс в стеклоделии называют «зарухание» или расстекловывание). Расстекловывание является браком стеклоизделий.

Этот же процесс, но проводимый направленно с целью частичной или полной кристаллизации расплава, используется для получения стеклокристаллических материалов  ситаллов и каменного литья.

В строительстве используют преимущественно силикатное стекло, основным компонентом которого является диоксид кремния SiO₂.

Прозрачность и возможность окраски стекла в любые цвета, высо­кая химическая стойкость, достаточно высокая прочность и твердость, электроизоляционные и многие другие ценные свойства делают стекло незаменимым строительным материалом. Его используют не только для сооружения светопрозрачных конструкций (окон, витражей, фо­нарей), но и как конструкционный и отделочный материал. В совре­менном строительстве высотные здания часто имеют фасады, пол­ностью выполненные из стекла с улучшенными декоративными, све­тоотражающими и теплозащитными свойствами. Кроме того, из стекла получают различные стеклоизделия (блоки, трубы, стеклопрофилит), эффективные теплоизоляционные материалы (пеностекло и стеклян­ную вату), а также стекловолокно и стеклоткани.

Стекло не является веществом с определенным химическим соста­вом, который может быть выражен химической формулой, поэтому состав стекла условно выражают суммой оксидов SiO₂, Na₂O, СаО и др. (в % по массе).