Илья Мельников - Стекло и его свойства. Сырьевые материалы для стекловарения. Приготовление шихты

Влияет оно и на скорость перемещения и растворения в стекломассе свилей – сотообразных или пучкообразных сплетений отдельных слоев стекломассы, отличающихся по химическому составу. Если поверхностное натяжение стекла свили больше поверхностного натяжения основного стекла, то свиль стремится принять шарообразную форму, что затрудняет ее растворение, а если поверхностное натяжение основного стекла больше поверхностного натяжения стекла свили, то свиль будет стремиться растянуться в пленку и охватить собой основную массу стекла.

Снижение поверхностного натяжения достигается введением в стекло поверхностно-активных компонентов; таким путем можно добиться снижения натяжения на 25-30%. Незначительное влияние на поверхностное натяжение обычных промышленных стекол оказывает также изменение температуры.

Поверхностным натяжением определяются такие процессы обработки, как термическое полирование поверхности, горячая отрезка колпачка и оплавление края изделий.

Кристаллизационная способность стекол. Кристаллизационной способностью стекла называется склонность его к кристаллизации. Кристаллизация при производстве стекла, т.е. те температурные пределы, внутри которых они могут закристаллизоваться, а также скорость этой кристаллизации необходимо знать, чтобы установить оптимальные режимы варки стекла и выработки качественных изделий. Особенно важное значение имеют кристаллизационные свойства при проведении стеклодувных работ.

Кристаллизация стекла начинается с возникновения мелких кристаллов, не видимых вооруженным глазом. Затем при определенных благоприятных условиях эти кристаллы могут расти, достигая значительных размеров – до нескольких сот микрон и больше. Первое явление, связанное с образованием центров кристаллизации, получило название способности кристаллизации; второе, связанное со скоростью роста кристаллов, получило название скорости кристаллизации. Эти явления взаимосвязаны, наличие этих двух факторов приводит к заметной кристаллизации стекла. Характер кристаллизации зависит от соотношения скорости роста кристаллов и скорости образования центров кристаллизации. Если скорость роста кристаллов будет высокой, в стекле будут расти одиночные кристаллы или кристаллические сферолиты. Но если скорость роста кристаллов мала, а скорость образования кристаллизационных центров велика, в стекле образуется множество мелких кристаллов.

Температура оказывает значительное влияние на кристаллизацию стекла. Существует такая температура, выше которой кристаллизация происходить не может; она называется температурой верхнего предела кристаллизации. Температура, ниже которой также невозможна кристаллизация, называется температурой нижнего предела кристаллизации. При температурах выше верхнего предела кристаллизации кристаллы растворяются в расплаве; при температурах ниже нижнего предела кристаллизации они не образовываются из-за повышенной вязкости стекла. На рис.5 приведены кривые зависимости способности кристаллизации (кривая 1) и скорости кристаллизации (кривая 2 ) от температуры.

Заштрихованный участок показывает область температур, в которой совпадают оба явления кристаллизации; именно она представляет наибольшую опасность с точки зрения возникновения кристаллизации. В практике производства стекла режим устанавливают таким образом, чтобы за возможно более короткий срок преодолеть эту область температур и не дать стеклу закристаллизоваться.

Кристаллизация стекла зависит от определенных факторов, к которым относятся химический состав стекла, вязкость стекла, вид применяемого сырья, взаимная растворимость отдельных компонентов, продолжительность выдерживания расплава при определенных температурах, условия термической обработки стекломассы. Влияние отдельных окислов носит сложный характер и зависит от конкретного состава стекла. Существует ряд закономерностей, которых придерживаются при определении состава стекла. Известно, что увеличение числа компонентов ведет к уменьшению склонности стекла к кристаллизации. Следует иметь в виду, что склонность к кристаллизации при замене одних окислов другими уменьшается с повышением вязкости стекла в температурной области кристаллизации.

Теплоемкость и теплопроводность характеризуют теплопередачу в расплаве стекла при стекловарении, формовании, термической обработке. При высоких температурах теплопроводность происходит только в тонких слоях стекла. При увеличении толщины слоя интенсивность передачи теплоты увеличивается благодаря излучению. Теплопроводность, определенная без учета толщины образца, называется эффективной теплопроводностью и включает в себя радиационную (лучистую) составляющую. Для технологических процессов варки стекла и формирования изделий, гутного декорирования главную роль играет прозрачность стекол для излучения в инфракрасной области спектра (теплопрозрачность). Теплопрозрачность уменьшают окрашивающие оксиды, особенно CoO, CuO, FeO, NiO. С повышением содержания в стекле этих оксидов роль теплопередачи излучением уменьшается и возрастает роль теплопроводности.

Механические свойства.

Плотность. Плотностью называется отношение массы тела к его объему, измеряется в кг/м куб.

Плотность стекол зависит от химического состава, Значительно повышают плотность оксиды тяжелых металлов. В состав самых тяжелых стекол (так называемых флинтов) входит много свинца, в состав легких стекол – окислы элементов с малым атомным весом – лития, бериллия, бора.

Плотность технических стекол в зависимости от их химического состава колеблется в пределах от 2200 до 6300 кг/м куб. Плотность стекол, применяемых для производства сортовой посуды и декоративных изделий из стекла: цветных и бесцветных натрий-кальций-силикатных 2490-2520 кг/м куб, свинцовых хрусталей 2400-3200 кг/м куб, бариевых хрусталей 2700-2900 кг/м куб.

Плотность стекол в некоторой степени зависит от температуры: с повышением температуры плотность стекол уменьшается и соответственно увеличивается удельный объем. Плотность отожженных стекол больше, чем закаленных, т.к. закаленное стекло имеет более рыхлую структуру из-за того, что при закалке в стекле замораживается высокотемпературная структура. При отжиге же стекла структура уплотняется. Плотность хорошо и плохо отожженных стекол различается на 20-30 кг/м куб.

Степень постоянства плотности и, следовательно, химического состава стекла в различных точках образца или изделия характеризует однородность стекла. Однородность определяют методом разделения порошка стекла по плотности и оценивают температурным интервалом между началом и концом всплывания частиц стеклянного порошка в жидкости при центрифугировании: чем меньше этот интервал, тем выше однородность стекла. Для сортовых и художественных стекол однородность характеризуется интервалом до 3 градусов C.

Читать дальше