Szkło
SZKŁO
Szkłem nazywamy substancję organiczną lub nieorganiczną, która podczas ochładzania przeszła w stan szklisty tzw. przechłodzoną ciecz. Cechuje ją bardzo duża lepkość, sztywność, odporność chemiczna i przezroczystość.
Szkło to nieorganiczny materiał, który został schłodzony do stanu stałego bez krystalizacji.
Szkła mają strukturę amforyczną, czyli bezpostaciowy sposób ułożenia atomów lub cząstek.
Szkło składa się z substancji szkłotwórczej i modyfikującej, oprócz nich może zawierać substancje barwiące lub odbarwiające, przyspieszające topnienie lub klarowanie, spieniające.
Surowcem do produkcji szkła tradycyjnego jest piasek kwarcowy oraz dodatki; boraks, skalenie sodowo-potasowe, soda, surowce wapienne.
Substancję szkłotwórczą tworzą; tlenki krzemu, boru, fosforu, arsenu, germanu, ołowiu, glinu.
Do substancji modyfikujących zaliczamy; tlenki sodu, potasu, litu, wapnia, magnezu, baru, cynku. Modyfikują one własności szkła i jego strukturę poprzez rozluźnienie sieci przestrzennej, co powoduje obniżenie temperatury mięknięcia. Większa ilość substancji modyfikującej powoduje nietrwałość szkła.
Szkło barwne otrzymamy dodając do masy szklanej tlenki metali np.
-szkło zielone zawiera związki żelaza i chromu
-szkło niebieskie zawiera związki kobaltu i miedzi
-szkło fioletowe zawiera mangan
-szkło żółte zawiera związki kadmu i siarki
Szkło wytwarza się metodą wytapiania. Surowce w odpowiednich proporcjach są mieszane i topione w piecu zwanym wanną szklarską w temperaturze 12000-13000 C, po czym formowane w produkt przed pełnym skrzepnięciem.
Własności szkła.
Własności szkła zależą od jego składu chemicznego i obróbki cieplnej- sposobu wytopu.
- substancja bezpostaciowa, nie ma uporządkowanej budowy wewnętrznej
-nie posiada stałej temperatury topnienia
-najwyższe własności wytrzymałościowe mają szkła kwarcowe, niższe zawierające tlenki sodu, potasu, ołowiu
-własności termiczne zalezą od składu i metod obróbki, szkło zawierające aluminium i żelazo lepiej przewodzą ciepło, zaś bar i ołów pogarszają przewodnictwo
-rozszerzalność termiczna zmienia się w szerokich granicach; tlenki krzemu, boru, magnezu, cynku zmniejszają rozszerzalność a tlenki wapnia, ołowiu, sodu, potasu zwiększają
-odporność chemiczna jest większa im więcej jest w masie substancji szkłotwórczych a mniej substancji modyfikujących
-szkło koroduje pod działaniem kwasu fluorowodorowego i fosforowego, roztworów zasad, kwasów i wody, korozja nasila się ze wzrostem temperatury i ciśnienia
-przewodnictwo elektryczne rośnie ze wzrostem temperatury i zwiększeniem zawartości jonów litu, sodu, potasu, ołowiu, cezu, zahartowanie powoduje dwukrotny wzrost przewodnictwa
Klasyfikacja szkła.
Szkło klasyfikujemy według różnych kryteriów;
a) zastosowanie
szkło dzielimy na płaskie okienne, do wyrobu opakowań, gospodarcze, oświetleniowe, techniczne, optyczne, piankowe, włókniste
b) skład chemiczny
szkło może być kwarcowe, krzemowo- wapniowo- sodowe, borowe, krzemowo- glinowo- sodowe, litowe i inne
c) wygląd
szkła mogą być przezroczyste, barwne lub bezbarwne, zmącone-mleczne, opalizujące, metalizowane, lite lub piankowe
d) obróbka cieplna
szkło hartowane i niehartowne
e) sposób formowania
walcowanie, wydmuchiwanie, ciągnienie
Rodzaje szkła.
Szkło okienne cechuje się dużą przezroczystością. Ma niską temperaturę mięknięcia, co ułatwia jego kształtowanie. Szyby formuje się metodą ciągnienia z powierzchni stopionej tafli lub przez walcowanie(stopiona masa leje się między obracające się w odwrotnym kierunku walce )
Szkło butelkowe używane do wyrobu opakowań. Formowane metodą wydmuchiwania.
Szkło kwarcowe składa się z samego tlenku krzemu bez modyfikatorów i wypełniaczy. Ma wysoką temperaturę mięknięcia i wytrzymuje szybkie zmiany temperatur rzędu 10000C.Stosuje się je do wyrobu aparatury laboratoryjnej i chemicznej, izolatorów wysokiego napięcia i przyrządów optycznych.
Szkło ołowiowe zawiera ok. 80% tlenku ołowiu i 20% tlenku krzemu, jego własnością jest duży współczynnik załamania światła i walory dekoracyjne; połysk, zdolność rozszczepiania światła, podatność do obróbki mechanicznej, szlifowanie i polerowanie, obniżona temperatura topnienia. Jest stosowane jako szkło kryształowe, optyczne, lampowe, żarówkowe i ochronne przed promieniowaniem jonizującym.
Szkło metalizowane jest pokryte warstwą metalu np. srebro, złoto, platyna, glin, spełniającą role zdobniczą lub użytkowa. Powłoki odbijają światło jak lustra, szyby, reflektory, poprawiają izolację cieplna- termosy.
Szkło piankowe jest tworzywem porowatym dzięki stopnieniu sproszkowanego szkła z substancją porotwórczą ( kreda, koks ). Służy jako materiał dźwiękochłonny do wykładania ścian w halach przemysłowych, jako materiał termoizolacyjny i jako filtry. Jego zaletą jest małe pochłanianie wody, odporność biologiczna i niepalność.
Materiał szklanokrystaliczny to szkło, w którym następuje częściowa lub pełna krystalizacja, poprzez wprowadzenie odpowiednich dodatków działających jako zarodki krystalizacji Np. tlenku tytanu, fosforanów, srebra, złota, fluorków. Materiał cechuje wysoka twardość i sprężystość, wytrzymałość na zginanie i odporność na wstrząsy cieplne, a także mała przewodność elektryczna. Szkło krystaliczne jest stosowane jako elementy rakiet, łożyska pracujące bez smarowania, tłoki, cylindry silników, aparatura chemiczna.
Szkło hartowane poddane jest obróbce cieplnej, polegającej na ogrzaniu do temp. 6500C, a następnie ochłodzeniu sprężonym powietrzem. Hartowanie powoduje wzrost wytrzymałości na zginanie 6-8 razy. Cenną cechą tego szkła jest rozpadanie się przy rozbiciu na drobne odłamki. Szkło hartowane trudno się tnie i szlifuje. Jest głównie stosowane na szyby w pojazdach mechanicznych.