Стекло
Другие рефераты
Общеобразовательная школа №1248.
Реферат по химии на тему:
Стекло
Работа выполнена
Учеником 9-го класса
Новиковым Игорем.
Учитель:
Лукомская А. Ф.
Москва 2004 год
Общая характеристика стекла.
Стекло, твёрдый аморфный материал, полученный в процессе переохлаждения
расплава. Для стекла характерна обратимость перехода из жидкого состояния
в метастабильное, неустойчивое стеклообразное состояние. При определённых
температурных условиях кристаллизуется. Стекло не плавится при нагревании
подобно кристаллическим телам, а размягчается, последовательно переходя из
твёрдого состояния в пластическое, а затем в жидкое. По агрегатному
состоянию стекло занимает промежуточное положение между жидким и
кристаллическим веществами. Упругие свойства делают стекло сходным с
твёрдыми кристаллическими телами, а отсутствие кристаллографической
симметрии (и связанная с этим изотропность) приближает к жидким. Склонность
к образованию стекла характерна для многих веществ (селен, сера, силикаты,
бораты и др.).
Стеклом называют также отдельные группы изделий из стекла, например
строительное стекло, тарное стекло, химико-лабораторное стекло и др.
Изделия из стекла могут быть прозрачными или непрозрачными, бесцветными или
окрашенными, люминесцировать под воздействием, например, ультрафиолетового
и g-излучения, пропускать или поглощать ультрафиолетовые лучи и т.д.
Наибольшее распространение получило неорганическое стекло,
характеризующееся высокими механическими тепловыми, химическими и др.
свойствами. Основная масса неорганического стекла выпускается для
строительства (главным образом листовое) и для изготовления тары. Эти виды
продукции получают преимущественно из стекла на основе двуокиси кремния
(силикатное стекло); применение находят также и др. кислородные (оксидные)
стекла, в состав которых входят окислы фосфора, алюминия, бора и т.д. К
бескислородным неорганическим стеклам относятся стекла на основе
халькогенидов мышьяка (As2S3), сурьмы (Sb2Se3) и т.д., галогенидов бериллия
(BeFz) и т.д.По назначению различают: строительное стекло (оконное,
узорчатое, стеклянные блоки и т.д.), тарное стекло, стекло техническое
(кварцевое стекло, светотехническое стекло, стеклянное волокно и т.д.),
сортовое стекло и т.д. Вырабатываются стекла, защищающие от ионизирующих
излучений, стекла индикаторов проникающей радиации, фотохромные стекла с
переменным светопропусканием, стекло, применяемое в качестве лазерных
материалов, увиолевое стекло, пеностекло, растворимое стекло и др.
Растворимое стекло, содержащее около 75% 3102, 24% Na2O и др. компоненты,
образует с водой клейкую жидкость (жидкое стекло); используется как
уплотняющее средство, например, для изготовления силикатных красок,
конторского клея, в качестве диспергаторов и моющих средств, для пропитки
тканей, бумаги и пр. Химический состав некоторых видов стекла приведён в
таблице.
Физико-химические свойства стекла. Свойства стекла зависят от сочетания
входящих в их состав компонентов. Наиболее характерное свойство стекла —
прозрачность (светопрозрачность оконного стекла 83—90%, а оптического
стекла — до 99,95%). Стекло типично хрупкое тело, весьма чувствительное к
механическим воздействиям, особенно ударным, однако сопротивление сжатию у
стекла такое же, как у чугуна. Для повышения прочности стекло подвергают
упрочнению (закалка, ионный обмен, при котором на поверхности стекла
происходит замена ионов, например натрия, на ионы лития или калия,
химическая и термохимическая обработка и др.), что ослабляет действие
поверхностных микротрещин (трещины Гриффитса), возникающих на поверхности
стекла в результате воздействия окружающей среды (температура, влажность
и пр.) и являющихся концентраторами напряжений, и позволяет повысить
прочность стекла в 4—50 раз. Обычно для устранения влияния микротрещин
применяют стравливание или сжатие поверхностного слоя. При стравливании
дефектный слой растворяется плавиковой кислотой, а на обнажившийся
бездефектный слой наносится защитная плёнка, например из полимеров. При
закалке поверхностный слой сжимается, что препятствует раскрытию трещин.
Плотность стекла 2200—8000 кг/м3, твёрдость по минералогической шкале
4,5—7,5, микротвёрдость 4—10 Гн/м2, модуль упругости 50—85 Гн/м2. Предел
прочности стекла при сжатии равен 0,5—2 Гн/м2, при изгибе 30—90 Гн/м2, при
ударном изгибе 1,5—2 Гн/м2. Теплоёмкость стекла 0,3—1 кДж/кг - К,
термостойкость 80°— 1000 °С, температурный коэффициент расширения (0,56—12)
109 1/К. Коэффициент теплопроводности стекла мало зависит от его
химического состава и равен 0,7—1,3 Вт/(м. К). Коэффициент преломления
1,4—2,2, электрическая проводимость 10-8—10-18 Ом -1. см1, диэлектрическая
проницаемость 3,8—16.
Технология стекла. Производство стекла состоит из следующих процессов:
подготовки сырьевых компонентов, получения шихты, варки стекла, охлаждения
стекломассы, формования изделий, их отжига и обработки (термической,
химической, механической). К главным компонентам относят стеклообразующие
вещества (природные, например SiO2, и искусственные, например Na2CO3),
содержащие основные (щелочные и щёлочноземельные) и кислотные окислы.
Главный компонент большинства промышленных стекол — кремнезём (кремния
двуокись), содержание которого в стекле составляет от 40 до 80% (по массе),
а в кварцевых и кварцоидных от 96 до 100%. В стекловарении обычно в
качестве источника кремнезёма используют кварцевые стекольные пески,
которые в случае необходимости обогащают. Сырьём, содержащим борный
ангидрид, являются борная кислота, бура и др. Глинозём вводится с полевыми
шпатами, нефелином и т.д.; щелочные окислы — с кальцинированной содой и
поташом; щёлочноземельные окислы — с мелом, доломитом и т.п.
Вспомогательные компоненты — соединения, придающие то или иное свойство,
например окраску, ускоряющие процесс варки и т.д. Например, соединения
марганца, кобальта, хрома, никеля используются как красители, церия,
неодима, празеодима, мышьяка, сурьмы — как обесцвечиватели и окислители,
фтора, фосфора, олова, циркония — как глушители (вещества, вызывающие
интенсивное светорассеяние); в качестве осветлителей применяют хлорид
натрия, сульфат и нитрат аммония и др. Все компоненты перед варкой
просеиваются, сушатся, при необходимости измельчаются, смешиваются до
полностью однородной порошкообразной шихты, которая подаётся в
стекловаренную печь. Процесс стекловарения условно разделяют на несколько
стадий: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и
охлаждение («студку»). При нагревании шихты вначале испаряется
гигроскопическая и химически связанная вода. На стадии силикатообразования
происходит термическое разложение компонентов, реакции в твёрдой и жидкой
фазе с образованием силикатов, которые вначале представляют собой спекшийся
конгломерат, включающий и не вступившие в реакцию компоненты. По мере
повышения температуры отдельные силикаты плавятся и, растворяясь, друг в
друге, образуют непрозрачный расплав, содержащий значительное количество
газов и частицы компонентов шихты. Стадия силикатообразования завершается
при 1100—1200 °С. На стадии стеклообразования растворяются остатки шихты, и
удаляется пена — расплав становится прозрачным; стадия совмещается с
конечным этапом силикатообразования и протекает при температуре 1150—1200
°С. Собственно стеклообразованием называют процесс растворения остаточных
зёрен кварца в силикатном расплаве, в результате чего образуется
относительно однородная стекломасса. В обычных силикатных стеклах
содержится около 25% кремнезёма, химически не связанного в силикаты (только
такое стекло оказывается пригодным по своей химической стойкости для
практического использования). Стеклообразование протекает значительно
медленнее, чем силикатообразование, оно составляет около 90% от времени,
затраченного на провар шихты и около 30% от общей длительности
стекловарения. Обычная стекольная шихта содержит около 18% химически
связанных газов (СО2, SO2, O2 и др.). В процессе провара шихты эти газы в
основном удаляются, однако часть их остаётся в стекломассе, образуя крупные
и мелкие пузыри. На стадии осветления при длительной выдержке при
температуре 1500—1600 °С уменьшается степень перенасыщения стекломассы
газами, в результате чего пузырьки больших размеров поднимаются на
поверхность стекломассы, а малые растворяются в ней. Для ускорения
осветления в шихту вводят осветлители, снижающие поверхностное натяжение
стекломассы; стекломасса перемешивается специальными огнеупорными мешалками
или через неё пропускают сжатый воздух или др. газ. Одновременно с
осветлением идёт гомогенизация — усреднение стекломассы по составу.
Неоднородность стекломассы обычно образуется в результате плохого
перемешивания компонентов шихты, высокой вязкости расплава, замедленности
диффузионных процессов. Гомогенизации сп
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
