ЛЕКЦИЯ 4 Материалы на основе минеральных расплавов

ЛЕКЦИЯ № 4 Материалы на основе минеральных расплавов

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 сплавов обладают высокими показателями долговечности, химической стойкости к воздействию агрессивных сред, 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 материалы

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 должно быть обратимым Признаками стеклообразного состояния вещества является отсутствие четко выраженной точки плавления, гомогенность и изотропность Без каких либо добавок способно образовывать стекло Si. O 2, Р 2 О 5 и В 2 О 3. В строительстве используют почти исключительно силикатное стекло, основным компонентом которого является диоксид кремния Si. O 2

Стекло не имеет определенного химического состава, который может быть выражен химической формулой, поэтому состав стекла условно выражают суммой оксидов Состав строительного стекла в зависимости от вида и назначения содержит оксиды (в % по массе): Si. O 2 – 64 -73, 4; Na 2 O – 10 -15, 5; K 2 O – 0 -5; Ca. O – 2, 5 -26, 5; Mg. O – 0 -4, 5; Al 2 O 3 – 0 -7, 2; Fe 2 O 3 – 0 -0, 4; SO 3 – 0 -0, 5; В 2 О 3 – 0 -5 Каждый из оксидов играет свою роль в процессе варки и формирования свойств стекла.

Na 2 O ускоряет процесс варки, понижая температуру плавления, но уменьшает химическую стойкость стекла K 2 O придает блеск и улучшает светопропускание Ca. O повышает химическую стойкость стекла Al 2 O 3 повышает прочность, термическую и химическую стойкость стекла В 2 О 3 повышает скорость стекловарения Для получения оптического стекла и хрусталя в шихту вводят оксид свинца, повышающий показатель светопреломления

Сырьевые материалы для производства стекла разделяются на основные и вспомогательные К основным относятся минеральное сырье и некоторые продукты промышленности: кварцевый песок, сода, доломит, известняк, поташ, сульфат натрия Широко используются и отходы различных отраслей промышленности – доменные шлаки, кварцсодержащие материалы, тетраборит кальция, стеклобой и др.

Минеральное сырье имеет большое количество примесей и непостоянный состав Примеси условно разделяются на две группы: - ухудшающие качества стекломассы (оксиды Mn, Fe, Cr, Ti, Va); - соответствующие основным компонентам состава стекла (оксиды Na, K, Ca, Mg, Al) ●Примеси первой группы придают стеклу нежелательную окраску, а также могут привести к образованию пороков в стекле в виде включений ●Примеси второй группы учитываются при расчете состава шихты

Вспомогательные сырьевые материалы (осветлители, глушители, красители и др. ) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств Осветлители (сульфаты Na и Al, калиевая селитра, мышьяковистый ангидрид) способствуют удалению из стекломассы газовых пузырьков Глушители (криолит, плавиковый шпат, двойной суперфосфат) делают стекло непрозрачным Красители придают стеклу заданный цвет, например, соединения: Со – синий, Mn – фиолетовый, Fe – коричневый и сине-зеленый, Cr – зеленый цвета);

- Производство строительного стекла состоит из следующих основных операций: обработка сырьевых материалов; приготовление шихты; варка стекла; формование изделий и их отжиг Обработка включает дробление и помол материалов, сушку, просеивание Приготовление шихты включает операции усреднения, дозирования и смешения. Шихта считается качественной, если отклонение от заданного состава ее не превышает ± 1% Стекловарение производится в специальных стеклоплавильных печах непрерывного (ванные) или периодического (горшковые) действия.

При нагревании шихты до 1100 -1500 о. С происходит образование силикатов сначала в твердом виде, а затем в расплаве. С повышением температуры в расплаве полностью растворяются тугоплавкие компоненты Si. O 2 и Al 2 O 3 – образуется стекломасса, которая неоднородна по составу и насыщено газовыми пузырьками, поэтому ее называют варочной пеной Для осветления и гомогенизации температуру стекломассы повышают до 1500 -1600 о. С. При этом вязкость снижается, облегчается удаление газовых включений и получается однородный расплав Стекловарение завершается охлаждением стекломассы до температуры, при которой можно вырабатывать стеклоизделие

Схема машины для формования стеклоизделий вытягиванием вертикально вверх: 1 – стекломасса; 2 – лодочка; 3 – охладители; 4 – шахта машины; 5 – валки; 6 – плоскости для сколжения осколков; 7 – выдача готового продукта.

Флоат - способ: 1 –стекловаренная печь; 2 – слив стекла; 3 – флоат-ванна; 4 – отверстие для доставки газа и давления на защитный слой; 5 – печь отжига; 6 – расплавленное олово

Формование изделий производится различными методами: вытягиванием, литьем, прокатом, прессованием и выдуванием Формование листового стекла производится путем вертикального или горизонтального вытягивания ленты из расплава, прокатом или способом плавающей ленты (флоат-способом) Отжиг – операция для предотвращения возникновения внутренних напряжений, приводящих к саморазрушению стеклоизделий при быстром охлаждении изделий для закрепления их формы Закалка – операция для получения стекла с повышенной прочностью, проводится доведением стекла до пластического состояния и затем резким охлаждением поверхности Заключительная обработка изделий – шлифование, полирование, декоративная отделка

Плотность обычного строительного стекла – 2500 кг/м 3, стекла специального назначения – 2200 -60 00 кг/м 3, теплоизоляционных стеклоизделий – 15 -600 кг/м 3 Прочность 600 -1000 МПа и более, стеклянных волокон диаметром 4 -10 мкм – 100 О-4000 Мпа У стекла отсутствуют пластические деформации Хрупкость – основной недостаток стекол Коэффициент светопропускания – до 0, 89 Теплопроводность в зависимости от состава стекла – 0, 5 -1 Вт/(мо. С)

Стеклянные материалы – листовое, оконное, витринное, листовое узорчатое, армированное бессцветное или цветное, увиолевое, закаленное, многослойное (триплекс), теплопоглощающее, теплооотражающее, электропроводящее, устойчивое к радиоактивным излучениям стекла Светопрозрачные изделия и конструкции – блоки стеклянные пустотелые, профильное стекло, стеклопакеты, стеклобетонные конструкции, стеклянная черепица, трубы стеклянные и фасонные части к ним; Облицовочные изделия из стекла – стемалит, марблит, стекломрамор, смальта, пенодекор, сигран, стеклокристаллит и т. д. ; Теплоизоляционные изделия – пеностекло, материалы на основе стекловолокна, стекловолокнистый холст

Армированное стекло

Структура декоративного триплекса

Стеклоблоки

Стеклопрофилит и его применение: швеллерного и коробчатого сечения; для кровли; для окон; для офиса

Стеклопакет

СИТАЛЛЫ, ШЛАКОСИТАЛЛЫ Ситаллы представляют собой стеклокристаллические материалы, получаемые из стеклянных расплавов путем их полной или частичной кристаллизации Объем кристаллической фазы в ситаллах достигает 90 -95% Сырье – то же, что и для стекла Термостойкость – 11000 С Стойки к воздействиям сильных щелочей Прочность при сжатии 500 МПа Применяются для устройства полов промышленных цехов, где могут быть проливы кислот, щелочей, расплавов металлов, а также движение машин Цвет – темный, серый, коричневый, кремовый, глухой или прозрачный Шлакоситаллы получают кристаллизацией стекла на основе металлургических шлаков, кварцевого песка и некоторых добавок Внешне плотные, тонкозернистые, непрозрачные, плотность – 2500 -2700 кг/м 3, прочность при сжатии – 650 МПа, термостойкость – до 7500 С

ИЗДЕЛИЯ ИЗ КАМЕННЫХ РАСПЛАВОВ Бывают плотные, ячеистые, волокнистые Литые каменные изделия получают из расплавов горных пород литьем в формы с последующей термической обработкой Сырье – известняк, доломит, мрамор, кварцевый песок, базальт, диабаз Плотность – 2900 -3000 кг/м 3, прочность при сжатии – 200 -240 МПа Используют для укладки дорог, как облицовочные плитки, трубы, для химической промышленности Термозит (шлаковая пемза) – заполнитель для бетона Минеральная вата и изделия из нее – для теплоизоляции поверхностей от 180 до 6000 С