 |
|
Оптические свойства
Стеклянные товары
Стекло представляет собой аморфно-кристаллическое тело, получаемое переохлаждением расплава кислотных, щелочных и щелочноземельных оксидов, приобретающее с увеличением вязкости твердость и сохраняющее обратимость процесса перехода из жидкого состояния в стеклообразное.
Стекольная промышленность является перспективной отраслью, вырабатывающей товары народного потребления, широко используемые в быту. К стеклянным товарам относятся следующие группы товаров: бытовая посуда, кухонная термостойкая посуда, художественно-декоративные изделия, ламповые изделия, термосы.
Химический состав стекла различен в зависимости от требований, предъявляемых к свойствам стеклоизделий, от условий их эксплуатации, а также способа выработки.
Стекла представляют собой сложные системы, состоящие не менее чем из пяти окислов. Основными являются SiO2, СаО, Na2O, а также окиси фосфора, бора, алюминия и др. название стекла зависит от содержания в нем тех или иных окислов: натриево-известковые, калиево-известковые, фосфатные, боратные, калиево-свинцовые (хрустальные). Для получения изделий с необходимыми свойствами с учетом их назначения изменяют химический состав стекла. Так, при замене окиси натрия окисью калия стекло приобретает повышенный блеск и чистый оттенок; из такого стекла вырабатывают сортовую посуду методом выдувания. При введении в калиево-известковое стекло окислов свинца, имеющих повышенный коэффициент преломления, получают изделия, характеризующиеся наряду с блеском своеобразной световой игрой и повышенной плотностью. эти изделия называют хрустальными и они широко применяются для изготовления посуды и оптических изделий.
Стекло характеризуется однородностью, отсутствием видимых кристаллов, а также определенных точек плавления и кристаллизации. При повышении температуры оно постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние, а при охлаждении отвердевает и в результате увеличения вязкости превращается в твердое тело с присущими ему механическими свойствами. Стекло не имеет строго ориентированного расположения частиц, его структура по всем направлениям однородна.
Оптические свойства
Преломление. Показатель преломления зависит от химического состава, по его величине можно судить о природе стекла. Для натриевых стекол он колеблется в пределах от 1,48 до 1,52, а для хрустального – от 1,65 до 1,9. Показатель преломления повышается при введении в состав стекла окислов свинца, бора, двуокиси титана и трехокиси вольфрама и понижается при увеличении содержания кремнезема и окисла алюминия.
Поглощение света. Является существенным его недостатком. Оконное стекло поглощает до 2% проходящего через него светового потока. Наилучшим светопропусканием обладают кварцевое стекло, плавленый борный ангидрид. Повышенное содержание окислов железа придает стеклу зеленовато-желтоватый оттенок, что резко снижает светопропускание. Для получения солнцезащитного стекла на его поверхность, находящуюся в состоянии, близком к размягчению, наносят окиснометаллические покрытия из пленкообразующих растворов. Такие пленки чаще всего бывают на основе хлоридов олова и сурьмы, олова, кобальта и др.
Отражение света стеклом зависит от его природы и характера поверхности. Больший световой поток отражается от ровной блестящей поверхности и меньший – от матовой; это свойство стекла используют для нанесения на изделия рисунка – матовой ленты. Нанесение слоев из различных окислов используют в стеклоизделии с декоративной целью – для придания эффекта ирризации и получения люстровых слоев с повышенным коэффициентом отражения.
Сырьевые материалы делят на главные (стеклообразующие) и вспомогательные.
Главные материалы:
· Кварцевый песок является основным сырьем для введения в состав стекла кремнезема. Высококачественные пески должны содержать кремнезема не менее 99%, должны быть без примесей окрашивающих окислов. Наиболее вредными примесями являются соединения железа, которые придают стеклу желтовато-зеленоватую окраску, что резко снижает пропускание у/ф лучей, ухудшает внешний вид готовых изделий. При получении бытовых стеклянных изделий содержание примесей железа в песке может быть не более 0,03%, а хрустальных – до 0,012%. Также нормируется содержание двуокиси титана и окиси хрома. При выборе песка отмечают однородность его зерен, а также степень дисперсности. Одинаковые по размеру зерна равномер6но расплавляются при варке, исключая образование дефекта – «материальный камень» – нерасплавившиеся крупные зерна. Пылевидные частицы способствуют появлению дефекта – «мошка».
· Борная кислота (бура) применяют для введения в стекло борного ангидрида. Борный ангидрид понижает коэффициент термического расширения, температуру варки и вязкость стекломассы, повышает показатель преломления, химическую и термическую устойчивость и прочность. Применяют его при получении высококачественных или специальных изделий, изготовляемых механизированным способом.
· Полевой шпат – исходное сырье для введения в состав стекла глинозема Al2O3. Для этой цели используют также каолин, являющийся продуктом разложения полевого шпата, пегматит, сиенит, обсидиан, чистый глинозем. Нефелиновые сиенита – наиболее ценное сырье, кроме глинозема содержат около 20% щелочей. Глинозем замедляет скорость варки, способствует осветлению стекломассы, повышает термическую и химическую стойкость, механическую прочность и твердость. Используют глинозем при изготовлении сортовой, жароупорной и химической посуды, оконного и бутылочного стекла.
· Сода служит для введения в состав стекла окиси натрия. Недостатком соды является большое содержание вредных примесей хлористого и сернокислого натрия, окиси железа.
· Поташ – основное вещество для введения в состав стекла окиси калия. Окись калия придает изделиям блеск, прозрачность, уменьшает возможность кристаллизации. В основном его применяют для изготовления высококачественной посуды, хрустальных и цветных изделий, оптических стекол.
· Известняк и мел являются источниками окиси кальция, которая придает стеклу химическую устойчивость и способствует осветлению и ускорению варки стекломассы. При температуре свыше 600°С известняк разлагается с выделением окиси кальция.
· Доломит – двойная соль угольной кислоты, разлагается при нагревании с выделением окиси кальция и магния. Окись магния снижает термическое расширение стекла и способность к кристаллизации, а также повышает вязкость, прочность и химическую устойчивость.
· Цинковые белила – источник окиси цинка. При варке они полностью переходят в стекло. Окись цинка повышает химическую и термическую стойкость стекла, а также прочность при сжатии и растяжении. Изделия, содержащие окись цинка, сильно преломляют лучи света, отличаются повышенным блеском и прозрачностью. Широко применяют ZnO при производстве лабораторного, технического и других видов специального стекла.
· Сурик используют в производстве ценных хрустальных изделий и оптического стекла с высокой плотностью, характерным блеском и игрой света. Сурик разлагается при температуре 880°С с выделением атомарного кислорода, что облегчает осветление стекломассы. Изделия, содержащие окись свинца, легко поддаются гранению, шлифовке, полировке и др. они сильно преломляют лучи света, имеют пониженную химическую устойчивость, поглощают рентгеновские лучи. Недостаток свинцового хрусталя – высокая чувствительность к окислительно-восстановительным условиям варки.
· Витерит – минерал, является источником окиси бария.
· Окись германия повышает показатель преломления, двуокись циркония повышает химическую и термическую стойкость, прочность при сжатии и растяжении, снижает хрупкость.
· Стекольный бой способствует ускорения варки стекломассы. В состав шихты его вводят от 15 до 30%. Химический состав стекольного боя должен соответствовать химическому составу основной шихты.
Вспомогательные материалы:
· Красители – вводят в шихту для придания стеклу необходимого цвета. В процессе варки стекломассы они либо растворяются и образуют с кремнеземом окрашенные силикаты (молекулярные красители), либо сохраняются в виде коллоидно-дисперсных частиц, обеспечивая избирательное поглощение стеклом тех или иных лучей света (коллоидно-дисперсные красители). Молекулярные красители – окислы тяжелых и редкоземельных металлов (Co, Ni, Mn, Сu, Cr). Они дают определенный цвет без дополнительной тепловой обработки. Цвет стекла зависит от характера и количества красящего окисла, химического состава стекломассы, среды и условий варки. Окраска калиевых стекол интенсивнее, натриевых. Перекись марганца окрашивает стекла в красновато-фиолетовый цвет, при добавлении перекиси марганца и хромпика получают черные стекла, закись никеля придает красновато-фиолетовый оттенок, окись меди придает стеклу голубой или зеленый цвет. Коллоидно-дисперсные красители – золото, серебро, медь, селен, сурьма – придают стеклу цвет после тепловой обработки (наводки). Интенсивность окраски зависит от величины и количества частиц красителя, которые выделяются при наводке. Комбинацией нескольких красителей получают стекло необходимых оттенков. Особое место среди красителей занимают редкоземельные красители, придающие изделиям из стекла необычные цвета и оттенки, особую прозрачность и чистоту.
· Глушите вводят в шихту для придания стеклу молочно-белого цвета, а также устранения его прозрачности и обеспечения высокой рассеивающей способности. Такие стекла называют глушеными. В качестве глушителей применяют вещества, которые в процессе варки стекломассы или не растворяются в ней, или растворяются, а при охлаждении выделяются из расплава в виде мелких кристаллов. Для получения глушеных стекол применяют фосфорнокислые кислые соли кальция, костяную муку, кремнефтористый натрий, криолит,..
· Обесцвечиватели – устраняют либо ослабляют ненужный цвет или оттенок, который придает стеклу прежде всего закись железа.. Различают обесцвечивание химическое и физическое. При химическом обесцвечивании в шихту вводят вещества, выделяющие при разложении большое количество атомарного кислорода, который способствует переводу закиси железа в окись. При этом резко снижается интенсивность окраски. Для химического обесцвечивания применяют селитру, трехокись мышьяка, двуокись церия,.. Физическое обесцвечивание заключается в подборе красителя, нейтрализующего окраску стекла закисью железа – перекись марганца, селен, закись никеля. Эффективность обесцвечивания зависит от соотношения закиси и окиси железа, химического состава, температуры и среды при варке стекломассы.
· Осветлители вводят в шихту для освобождения стекломассы от различных включений газа и воздуха, а также для окисления закиси железа до окиси. К ним относятся вещества, которые при разложении выделяют большое количество газа, способствующего перемешиванию стекломассы и объединению мелких разрозненных пузырьков в крупные, которые значительно легче выделяются из стекломассы. Для улучшения осветления повышают температуру варки стекла. Применяют с этой целью трехокись мышьяка, селитру, сульфат натрия, иногда сырую древесину.
· Окислители и восстановители используют для создания и поддержания соответствующей среды при варке стекломассы, для окисления закиси железа.
Для ускорения и снижения температуры варки стекломассы в состав шихты вводят фтористый кальций, кремнефтористый натрий, борный ангидрид и нитраты натрия и калия.