Характеристика скла. Фізичні властивості скла

Скло – один із найдавніших та універсальних за своїми властивостями матеріалів, відомих людині.

Зі склом людина познайомилася дуже давно. Знайдені археологами фаянсові прикраси, що належать до періоду першої династії фараонів, говорять про те, що в Єгипті скло було відоме ще 5 тисяч років тому. Виявлений при розкопках у Месопотамії циліндричний друк зі скла відноситься до періоду династії Аккада, тобто має вік понад 4 тисячі років. Вироби зі скла, знайдені в Японії та Індії, виготовлені приблизно 2 тисячі років тому. Але єдиної думки про час і місце появи скла у вчених немає.

Як з'явилося скло?

Одна з легенд свідчить, що купці фінікійців готували їжу на піщаному березі під час стоянки. Осередок вони склали не з каменів, а їх шматків африканської соди. Паливом служила солома. Прокинувшись вранці, вони виявили на згарищі злиток зі скла.

Російським майстрам секрети скляного виробництвабули знайомі понад тисячу років тому. У ті часи луг, пісок та вапно були сировиною для одержання скла. Як луги використовували золу рослин або соду.

Хімічний склад скла

Скла бувають природними та штучними. Природне скло може утворитися, наприклад, при виверженні вулкана або при попаданні блискавки в поклади кварцового піску. Але в природі так мало можливостей для утворення природного скла, що для своїх потреб людство давно навчилося одержувати штучне скло.

Скло– аморфне тіло, одержуване переохолодженням розплаву, що складається з різних оксидів.

Залежно від того, який оксид є основним компонентом, розрізняють силікатні стекла (SiO2), борати (В203), фосфатні (Р205) та комбіновані (боросилікатні та ін.).

Силікатне скло

Найбільш поширене силікатне скло. Основна його складова частина – двоокис кремнію (SiO2). На 70-75% скло складається із неї. Отримують двоокис кремнію з кварцового піску. Окис кальцію (CaO) – другий компонент скла, що надає йому хімічної стійкості та блиску. У давнину джерелом окису кальцію служили морські раковини чи попел дерев, оскільки люди були знайомі з вапняком. Крім цих двох компонентів, до складу скла входять оксид натрію (Na2O) та оксид калію (K2O), які необхідні для плавки скла. Джерелами оксидів служать сода (Na2CO3) та поташ (K2CO3). Якщо скло складається тільки з кремнезему високої чистоти, воно називається кварцовим.

Фізичні властивості скла

За фізичними властивостями скла поділяються на звичайні, жаростійкі та кольорові.

Звичайне скло

Відомі три групи звичайних стекол: вапняно-натрієве, вапняно-калієве та вапняно-натрієво-калієве.

Вапняно-натрієве, або содове, скло застосовується для випуску шибок, посуду.

Висока термостійкість вапняно-калієвого,або поташного, скла дозволяє застосовувати його у виробництві апаратури та високоякісного посуду.

Вапняно-натрієво-калієвескло має високу хімічну стійкість. Найчастіше застосовується у виробництві посуду.

Крихкість - основний недолік звичайних стекол. Для розширення області застосування звичайного скла його гартують і отримують загартоване скло, яке називається сталініт. Зі звичайного скла створюють також триплекс – багатошарове скло.

Жаростійкі стекла

Жаростійкі скла називають вогнетривкими, термостійкими. Вони використовуються у виробах, які експлуатуються в особливих умовах. До жаростійких стекол відносяться боросилікатне скло, лабораторне скло та ситали.

Висока антикорозійна стійкість боросилікатного скла та його теплостійкість дозволяє використовувати це скло для створення спеціальних установок у хімічному машинобудуванні. З такого скла виходить також чудовий жаростійкий кухонний посуд. Такий самий високоякісний посуд може бути виготовлений і з лабораторного скла. А ситали успішно використовуються в машинобудуванні.

Кольорове скло

Після застигання скляна маса має блакитно-зелений або жовтувато-зелений відтінок. Але якщо ввести в шихту різні оксиди металів, які в процесі варіння скла змінюють його структуру, то після остигання скло зможе виділяти певні кольори з світлового спектру, що проходить через нього.

Таке скло застосовується для виготовлення художніх виробів, вітражів, посуду.

Скло поєднало у собі дві стихії: вогонь та лід. Вогонь допомагає склу з'явитися на світ. На лід скло стає схожим, коли застигає у формі якогось виробу.

Сучасним людям неможливо уявити своє життя без скла. Воно оточують нас всюди: вдома, у транспорті, на роботі та на відпочинку. Неможливо назвати хоча б одну галузь промисловості, у якій скло не використовувалося б.

Скло - аморфна речовина, що не володіє властивостями кристалічної речовини в твердому вигляді. Це неорганічний продукт плавлення охолоджений до твердого стану без кристалізації. Скло це застигла рідина. Його щільність становить 2500 кг/м³, а теплопровідність сягає 0,84 Вт/м*К. Міцність скла на розтяг лежить в інтервалі від 30 до 100 МПа. Коефіцієнт Пуассона приймається рівним 0,25. Сучасні скла розрізняються відразу за декількома ознаками - складом, способом виготовлення, зовнішнім виглядом і додатковими властивостями.

За хімічним складом скло відрізняється на натрій-кальцій-силікатне (soda-lime glass) та боросилікатне (borosilicate glass). Основними компонентами першого є двоокис кремнію, оксиди натрію та кальцію, а друге містить бор.

За способом виготовлення скло може бути листовим (sheet glass), тягнутим (drown glass), прокатним (rolled glass), плоским полірованим (polished plate), багатошаровим (laminated glass), загартованим (toughed glass), а також термополірованим - флоат (float glass). Енергозберігаюче (низкоемісійне) скло за способом виготовлення може бути з жорстким покриттям (hard coat glass) – так зване К-скло або з м'яким покриттям (soft coated glass) – так зване Е-скло.

На вигляд скло розділяється на чисте (clear glass), супер-чисте (extra-clear glass), тоноване в масі (tinted glass), візерункове прокатне (figured rolled glass), рефлективне (reflective glass), дзеркальне (mirror) (stained glass), армоване (wired glass) та гнуте (curved glass), також зване молірованим.

За додатковими властивостями скло ділиться на вогнестійке (flameproof glass), термостійке (heat-resisting glass), нейтральне (neutral glass), сонцезахисне (solar control glass), безпечне (safety glass) та низькоемісійне (low E gla). Вогнестійке скло не руйнується протягом деякого часу при нагріванні або контакті з полум'ям, а термостійке внаслідок низького коефіцієнта термічного розширення здатне витримати сильний термічний удар. Зважаючи на незначність зазначених відмінностей, ці два типи стекол часто об'єднують при класифікації.

Скло, різні за однією або декількома ознаками згідно з щойно наведеною класифікацією, можуть відноситися до одного і того ж або різних видів за цільовим призначенням (за способом їх застосування). Суворого поділу в цьому плані немає. Порівняльні характеристикирізних видів скла будуть детально розглянуті далі. При цьому поділ стекол на марки є суворим. Марки скла - умовні позначенняскла, що залежать від його характеристик та сфери застосування. Існує вісім марок скла (М0-М7), що встановлюються залежно від його якості за ГОСТ 111-2001 "Скло листове. Технічні умовиЧим менший порядковий номер марки, тим краща якістьскла за оптичними спотвореннями та допустимими вадами зовнішнього вигляду. Незважаючи на існування марки М0, дуже широко поширені стекла марки М1 також вважаються виробами найвищої якості. Якість стекол марок М2 та М3 вважається середнім. Відповідно до ГОСТ 111-2001 для скла марки М1 допускається до чотирьох вад на 1 м², а відстань між ними має бути не менше 300 мм. Помітні вкраплення характерні для стекол марки М2. Якщо під час перегляду крізь скло під кутом 45° картинка допускає райдужні розлучення і "пливе", це - скло марки М3.

Порівняльні характеристики різних видів скла

Борське скло - у прямому сенсі це скло, виготовлене комбінатом у м. Бор Нижегородської області. Оскільки великі обсяги виробництва та високу якість зробили шибки Борського комбінату дуже поширеними і відомими в нашій країні, то в переносному сенсі "борським склом" називається якісне листове скло марки М1. Сьогодні назва "борське скло" стала номінальною.

Листове скло (sheet glass) – плоске скло, оброблена поверхня якого не допускає оптичних спотворень. Мікронерівність на поверхні полірованого скла не перевищує 0,01 мкм, світлопрозорість становить 87%. Скло, поліроване термічним способом, виготовляють відповідно до ГОСТ 7132-78. Воно виготовляється у вигляді плоских листів довжиною від 600 до 1600 мм, шириною від 400 до 1300 мм і товщиною 3, 4, 5 та 6 мм; розміри сторін мають бути кратними 50 мм. Відхилення розмірів не повинні перевищувати ±2 мм для аркушів площею до 1 м² та ±3 мм для аркушів площею понад 1 м². Полірованому склу відповідають загальні для листового скла фізико- Хімічні властивості: густина 2,58 г/см³, температура розм'якшення близько 600 °С, термостійкість 60-70 °С. Скло має бути хімічно стійким. За ГОСТ кількість лужних оксидів у перерахунку на оксид натрію, що розчиняються при обробці в дистильованій воді при температурі 80 °С протягом 3 годин, не повинна перевищувати 0,15 мг на 100 см² поверхні зразків.

Армоване скло (wired glass) - листове скло, всередині якого в процесі його виробництва паралельно площині поверхні прокладено металеву сітку. Скло може мати одну сиру литу поверхню (армоване лите скло), бути полірованим (поліроване армоване скло) або напівпрозорим із шестикутною сіткою (візерувальне прокатне армоване скло). Армоване скло разом з триплексом відноситься до групи безпечних стекол, так як при руйнуванні не дає осколків, що падають або відскакують. Завдяки наявності сітки воно розламується, але не розпадається при ударі, тріскається, але також не розпадається під час пожежі, утворюючи ефективну перешкоду на шляху диму та гарячих газів. Тому його також можна віднести до групи захисних або вогнестійких (протипожежних) стекол. Металева сітка сприяє рівномірному розподілу температури по всьому об'єму скла, що знижує термічні напруги. Межа вогнестійкості армованого скла настає при температурі 850-870 ° С у порівнянні з 400 ° С для звичайного листового. При цьому таке скло слабко захищає від теплової дії полум'я. Якість армованого скла багато в чому визначає металева сітка. Якісне армоване скло повинно не розтріскуватися відламуватись по лінії надрізу. Наявність у склі безлічі "бульбашок" видає шлюб. Коефіцієнт загального світлопропускання для стекол, армованих звареною металевою сіткою з квадратними осередками, становить 0,6-0,65, а для стекол з крученою сіткою з шестикутними осередками 0,68-0,75. Одна з поверхонь армованого скла може бути візерунчастою або рифленою. Кольорове скло фарбується оксидами металів. Найбільш поширені кольори - золотисто-жовтий, зелений, лілово-рожевий та блакитний.

Безпечне скло (safety glass) - загартоване скло, яке не утворює фрагменти з гострими краями при його руйнуванні. Як правило, це багатошарові конструкції завтовшки від 4 до 120 мм з коефіцієнтом світлопропускання не менше 85%. Також "безпечним склом" називають різні за призначенням, способом виготовлення або іншим особливостям скла, які призначені для захисту від різних зовнішніх впливів. До цієї групи входять броньовані, безосколкові та ламіновані плівкою скла, а також триплекс.

Боросилікатне скло (borosilicate glass) - силікатне скло, що містить бор як характеризуючий компонент, на відміну від широко поширених натрій-кальцій-силікатних стекол (soda-lime glass), основними компонентами яких є двоокис кремнію, оксиди натрію і кальцію. Здійснюється шляхом заміни у вихідній сировинній масі лужних компонентів на окис бору. Внаслідок такої заміни температурний коефіцієнт лінійного розширення готового скла стає низьким, і воно набуває здатності витримувати високі температури. Боросилікатне скло - це зазвичай безпечне флоат-скло завтовшки від 5 до 8 мм з коефіцієнтом світлопропускання близько 90%. Може використовуватись як самостійно, так і в склопакетах у комбінації з іншими видами стекол. Після додаткової термічної обробки боросилікатне скло стає так званим "спеціальним протипожежним боросилікатним склом", здатним навіть в однолистовому виконанні стримувати поширення вогню та диму протягом 30, 60 або 120 хвилин, залежно від його товщини. Під час пожежі скло залишається прозорим, його світлопропускна здатність така сама, як і у звичайних стекол. З одного боку, це дозволяє краще орієнтуватися людям і пожежним, що залишають приміщення, а з іншого боку скло пропускає не тільки видиме випромінювання - світло, але і теплове випромінювання, тобто жар від відкритого вогню. Боросилікатне скло не тільки термостійке, але також і хімічно стійке до різних агресивних середовищ. У готовому виглядіскло не підлягає подальшій обробці і тому виготовляється строго за розмірами замовника або згідно з готовими проектами.

Броньоване скло - виготовлене, як правило, на основі флоат-скла спеціальне укріплене скло, залежно від ступеня захисту, здатне протистояти впливу різної стрілецької зброї. Наприклад, 1-й (мінімальний) ступінь гарантує захист від пострілу з пістолета ПМ кулею масою 5,9 г з початковою швидкістю 300-325 м/с, а товсті багатошарові конструкції 4-го (вищого) ступеня захисту успішно протистоять оболонковим зі сталевим термозміцненим осердям кулям масою 9,6 г, випущеним із снайперської гвинтівки з початковою швидкістю до 815-840 м/с. Захисні властивості броньованого скла досягаються завдяки багатошаровому виконанню та застосуванню спеціальних плівок.

Гнуте (мольоване) скло (curved glass) - вигнуте по радіусу внаслідок особливої ​​термообробки листове скло. Йому надається необхідна форма під час розігріву в печі до певної температури розм'якшення з наступним повільним охолодженням. Весь процес термічної обробки готового листового скла у спеціальній печі для зміни його форми називається моліюванням, тому гнуте скло також називається молірованим. Мінімальний радіус вигину залежить від товщини скла. Для скла товщиною 4 мм мінімальний радіус вигину дорівнює 80 мм, для скла товщиною 5 мм – 120 мм, для скла товщиною 6 мм – 160 мм, для скла товщиною 8 мм – 230 мм, для скла товщиною 10 мм – 350 мм, для скла товщиною 12 мм мінімальний радіус вигину становить 500 мм.

Загартоване скло (toughened glass) - листове скло, піддане спеціальної хімічної або термічної обробки з метою підвищення механічної міцності до ударів, стійкості до перепадів температур та забезпечення безпечного характеру руйнування. В ході обробки поверхня скла була швидко охолоджена від температури близької до точки розм'якшення, тому після повного охолодження залишкові напруги стиснення залишилися на поверхні. Це збільшує термічну та механічну міцність загартованого скла. У разі руйнування воно утворює дрібні, безпечні уламки і не випадає великими шматками. Належить до групи безпечного скла. Допустима експлуатаційна напруга при вигині для загартованого скла при коефіцієнті запасу міцності 1,0 становить 175 МПа порівняно з 75 МПа для звичайного скла при тому самому коефіцієнті запасу міцності. Межа міцності при згинанні взагалі може досягати 250 МПа, що більш ніж у 5 разів вище порівняно із звичайним листовим склом. Збільшення механічної міцності зумовлює підвищення термостійкості. У загартованого скла термостійкість досягає 1800 ° С у порівнянні з 400 ° С для звичайного листового. Оптичні властивості скла (коефіцієнти пропускання, поглинання та відображення) після загартовування практично не змінюються. Світлопропускання прозорого загартованого скла становить не менше 84%. Готове загартоване скло не можна різати, свердлити та піддавати іншим видам механічної обробки. Найбільш уразливим місцем загартованого скла є його кромки. При виготовленні та монтажі світлопрозорих конструкцій необхідно оберігати його торці від ударів, подряпин та інших дій.

Захисне скло - загальна назва конструктивно різних типів стекол, призначених для захисту персоналу та матеріальних цінностей від небезпечних впливів, і навіть приміщень від проникнення. Це як вогнестійке, так і стійке до ударів (ламіноване) або кулестійке (броньоване) скло. Захисні багатошарові стекла відповідають ГОСТ Р 51136 і являють собою різні композиції з кількох склеєних між собою силікатного скла. У складі композиції допускається використання органічного скла, полікарбонату, зміцнювальних плівок та інших. полімерних матеріалів. Світлопропускання такого скла становить не менше 60%. Скло витримує температуру до +60 °С при вологості 95%, а в морозостійкому виконанні - до мінус 40 °С.

Ламіноване скло (laminated glass) або триплекс - багатошарове архітектурне листове скло, що складається з двох або декількох листів, склеєних один з одним по всій поверхні полімерною плівкою або спеціальною рідиною, що ламінує. У разі руйнування скла внутрішній шар, що ламінує, утримує осколки, що утворилися. Тому багатошарове скло відноситься до групи безпечного скла. Триплекс це його найпростіший варіант, згідно з назвою, що складається з трьох шарів: двох стекол і плівки між ними. Багатошарові ламіновані стекла сприяють захисту приміщення від шкідливого впливу ультрафіолетових променів та вуличних шумів. Покриті плівкою системи дорожче виготовлених із застосуванням ламінуючої рідини аналогів. Застосуванням різних типів плівок, що ламінують, у поєднанні з різною кількістю і товщиною складових стекол можна домогтися не тільки тонування. готового виробув потрібний колір, але його значного зміцнення.

Матоване скло - кінцевий виріб, що отримується методом особливого травлення. Матування (прозоре матове травлення) це дуже довгий і трудомісткий процес отримання поверхні скла рівномірного матового чи прозорого малюнка різної глибини шляхом травлення. Травлення засноване на властивостях пари плавикової кислоти утворювати нерозчинні солі в ході взаємодії з поверхнею готового скла

Нейтральне скло (Neutral Glass) характеризується високою хімічною стійкістю.

Низькоемісійне скло (low E glass) – енергозберігаюче скло з низькою випромінювальною здатністю (емісією). Чим нижче емісиват скла, тим менше теплообмін між розділеними ним повітряними середовищами і тим менше теплові втратичерез світлопрозору конструкцію з таким склом чи склопакетом. Низькоемісійне скло добре пропускає видиме світло з довжиною хвилі 770-380 нм і відображає довгохвильове теплове випромінювання, яке також називається інфрачервоним, з довжиною хвилі від 1 мм до 770 нм. Через таку вибірковість низькоемісійне скло також називають селективним. Зазначені властивості забезпечуються нанесенням на поверхню "твердого" (К-скло) або "м'якого" (Е-скло) покриття на основі оксиду металу. Е-скло (soft coated glass, в російській транскрипції читається як "І-скло", також позначається як Double Low-E або "i-скло") - скло з "м'яким" напиленням, що має нейтральне покриття, що наноситься методом катодного розпилення в вакуумі після закінчення процесу виробництва самого скла. Затримує 90% теплового випромінювання. К-скло (hard coat glass) це енергозберігаюче скло з "твердим" напиленням покриття методом піролізу безпосередньо при виробництві скла. Напилення відбувається на рідке скло, при цьому атоми проникають усередину його поверхневого шару. Таке покриття, на відміну від Е-скла, не може бути видалено, воно стійке до впливу абразивних матеріалів, що дозволяє транспортувати, зберігати, різати та обробляти К-скло як звичайне без втрати його енергозберігаючих властивостей. К-скло дещо гірше ніж Е-скло, оскільки воно затримує близько 70% теплового випромінювання. В іншому Е-і К-скла практично однакові. Вони можуть піддаватися гартуванню, але для гартування низькоемісійного скла необхідна спеціальна піч.

Вогнестійке скло (flameproof glass) - неруйнівне при нагріванні або прямому контакті з полум'ям скло. Найчастіше таке скло називається термостійким. Як правило, це боросилікатне скло. Протипожежні вікна, що виготовляються з використанням вогнестійкого скла, відповідають вимогам ГОСТ 30247.0-94 та ГОСТ 30247.1-94. Межа вогнестійкості виражається в хвилинах і для спеціальних виробів позначається, наприклад, Е60, Е45, Е30 або Е15. Або EI60, EI45, EI30 або EI15. Цифри позначають час у хвилинах, протягом якого конструкція виконує функції, а літери відповідають типу дії. Граничні стани щодо вогню характеризуються втратою цілісності внаслідок утворення наскрізних тріщин чи отворів, що допускають проникнення продуктів горіння чи полум'я (маркування Е). А також втратою термоізолюючої здатності (маркування I). Під цим розуміється підвищення потужності теплового потоку до граничного значення 35 кВт на відстані 05 м від поверхні скла.

Поліроване скло (polished plate) - прозоре листове скло, оброблене методом механічного шліфування і тому також зване шліфованим. Відрізняється високою якістю обробки поверхні. Обидві поверхні відшліфовані та відполіровані для надання їм площинності та паралельності. Таке скло не спотворює відтінків світла, не викликає сильних поверхневих відображень і забезпечує чітке неспотворене зображення при перегляді через нього. Полірування необхідно піддавати стекла, одержувані методом витягування (методом Фурко). Скло, отримані флоат-методом, як правило, полірування не потребують.

Прокатне скло (rolled glass) - листове скло, яке виробляється з вихідної скломаси шляхом її безперервного прокату між двома валками або періодичного прокату на столі за допомогою одного валка.

Рефлективне скло (reflective glass) - скло з нанесеним на одну з його сторін металізованим покриттям, що відбиває.

Сонцезахисні стекла (solar control glass) - як правило, тоновані або рефлективні стекла, що зменшують пропускання сонячного випромінювання у всьому спектрі довжин хвиль або його частини. Сонцезахисними стеклами можуть бути пофарбовані в масі скла бронзового, коричневого, сірого або зеленого кольорів, а також скла з деякими покриттями. За принципом дії всі сонцезахисні стекла можна розділити на два типи: переважно відбивають випромінювання і переважно його поглинають. Для стекол першого типу характерна поверхня з перешкоджає проникненню випромінювання тонким металевим шаром. Для деяких стекол другого типу характерне їхнє нагрівання, що виникає в процесі поглинання сонячного випромінювання. При цьому частина тепла неминуче передається до приміщення. Безбарвне скло з прозорими для видимих ​​променів тонкими оксиднометалевими, керамічними або полімерними покриттями здатні поглинати частину інфрачервоного (теплового) випромінювання сонця, і тому вони нагріваються значно менше. Їхні світлотехнічні характеристики слабо залежать від товщини листа. При цьому далеко не всі типи сонцезахисного скла захищають від прямих сонячних променів- яскравість сонячного дискау ряді випадків залишається надто високою.

Теплопоглинаюче скло - листове захисне скло, призначене для зменшення проникнення теплового випромінювання. За цільовим призначенням теплопоглинаюче скло дуже близько до щойно описаних сонцезахисних стекол, але відрізняється від них зменшеним світлопропусканням не стільки видимої частини спектру, скільки інфрачервоних променів. Воно має блакитний колір із бронзовим або сірим відтінком, світлопропускання не перевищує 70%. Інші характеристики можна порівняти з плоским листовим склом, що випускається за ГОСТ 111-2001. Теплопоглинаюче скло виготовляється за ТУ 21-23-23-81 із забарвленої скломаси способом вертикального термічного формування.

Тоноване скло (tinted glass) - також часто зване тонованим у масі склом, є забарвлене скло зі зниженим коефіцієнтом світлопропускання. Необхідний колір надається шляхом введення барвників у процесі скловаріння. Крім того, скло може бути тоноване нанесенням спеціальних покриттів (тонуючих плівок або тонких напилених металевих шарів), але в цьому випадку воно називається тонованим, а не тонованим в масі склом.

Візерункове прокатне скло (figured rolled glass) - листове безбарвне, кольорове або напівпрозоре прокатне скло, що має на одній або обох сторонах декоративну обробку всієї поверхні у вигляді рельєфного візерунка, що закономірно повторюється. Таке скло буває різних кольорів, малюнків, і товщини, а також може мати різну світлопроникність. Візерункове скло виробляється у повній відповідності до ГОСТ 5533-79 у вигляді листів довжиною від 600 до 1600 мм для стекол завтовшки 3, 4, 5 і 6 мм, і, крім того, для стекол завтовшки 3 і 4 мм у вигляді листів шириною від 400 до 1200 мм. Для стекол завтовшки 5 і 6 мм можливе виробництво листів довжиною від 600 до 2200 мм та шириною від 400 до 1600 мм. Хімічні склади прокатного, візерункового та армованого скла мало відрізняються один від одного. Фізико-хімічні властивості візерункового та армованого скла такі ж, як у листових шибок, при цьому світлопрозорість візерункового скла знижена. Коефіцієнт загального світлопропускання скла, що має візерунок на одній поверхні, становить 0,75, а на обох поверхнях - 0,65, оскільки візерункове скло повинно пропускати та розсіювати світло.

Фацет (фацетне огранювання, фацетування) – спеціальна обробка кромки скла, що дозволяє художньо змінити поверхню всього виробу потоками заломленого у створених гранях світла. Фігурним фацетом називають особливо складну обробку з високою точністю виконання криволінійних поверхонь.

Флоат-скло (float glass) - листове скло, одержуване формуванням стрічки скломаси на розплаві металу за керованої температури в захисній атмосфері. Також називається термополірованим склом. Найбільш поширений вид скла, що отримується флоат-методом, при якому скло при виході з печі плавлення виливається на поверхню розплавленого олова і потім надходить через зону охолодження на подальшу обробку. Флоат-скло характеризується винятковою рівністю та відсутністю оптичних дефектів. Воно не потребує подальшого шліфування, на відміну від скла, що виробляється витягуванням. У 1959 році Алістер Пілкінгтон, засновником згодом всесвітньо відомої англійської фірми "Pilkington", був розроблений принципово новий спосіботримання полірованого скла методом формування стрічки скла на розплаві олова, який отримав назву флоат-процесу ("плаваючого скла"). Новий методвиявився настільки перспективним, економічно рентабельним, технічно досконалим, що він лише за 10-15 років повністю замінив механічні конвеєри з обробки скла та став домінуючим у світі. Вперше такий спосіб формування скла на розплаві було запропоновано задовго до розробки фірми "Пілкінгтон". У 1902 р. американські винахідники В. Хіл та А. Хічкок (незалежно один від одного) запатентували спосіб та пристрій для отримання листового скла на розплаві металу. Відповідно до їх розробок, відповідним металом для формування стрічки скла могли з'явитися олово або його сплави з міддю. Однак, відсутність у той час технічних пристроївдля здійснення цього процесу недостатня вивченість фізико-хімічних явищ, що протікають при формуванні стрічки скла, не дозволили здійснити на практиці запропонований спосіб. Примітно, що в тому ж 1902 одночасно з вищевказаними Хілом і Хічкоком свій метод промислового виробництваскла витягуванням запропонував Фурко.

Метод Фурко – розроблений у 1902 р. Емілем Фурко метод промислового виробництва листового скла шляхом витягування по вертикалі у вигляді безперервної стрічки зі скловарної печі через прокатні вальці. Пройшовши через шахту охолодження скло розрізалося на листи з наступним шліфуванням та поліруванням. Товщина готового скла регулювалася зміною швидкості витягування, а скло також називалося тягнутим склом. p align="justify"> Метод широко застосовувався для отримання стекол аж до появи в 1959 р. вищеописаного флоат-процесу, повсюдним використанням якого і був витіснений.

Ф'юзинг - технологія спікання скла, при якій складений з кількох окремих різнокольорових стекол малюнок запікається у спеціальній печі при температурі 800 ° С в єдиний цілісний виріб. Оскільки перед спіканням усі деталі майбутнього виробу викладаються на склі-основі, ф'юзинг не вимагає використання металевого профілю, наприклад, техніка вітража.

Чисте скло (сlear glass) – прозоре безбарвне скло. Суперчисте скло (еxtra-clear glass) – прозоре безбарвне скло зі зниженим вмістом заліза, за рахунок чого досягається його підвищена прозорість.

Електрохромне скло - світлотехнічна установка, що є склопакетом, що конструктивно складається з двох стекол, з'єднаних спеціальною плівкою. Плівка є полімерною композицією з невеликими вкрапленнями рідких кристалів. Вся установка функціонує при напрузі 9-12 В і підключається до звичайної (побутової) електромережі напругою 220 В. У вимкненому стані скло непрозоре матове або молочно-білого кольору, тому що рідкі кристали розташовані безладно і розсіюють світло на всіх напрямках. Під дією електричного струмукристали вирівнюються і світло безперешкодно проходить крізь скло. Світлопропускання в робочому стані становить близько 85%, що можна порівняти з звичайними стеклами. Перехід із робочого стану в неробочий і назад здійснюється дуже швидко. Установку не можна піддавати інсоляції (опроміненню прямим сонячним світлом), оскільки під впливом прямих сонячних променів кристали розпадаються.

Скло "Метелиця" - декоративне скло вітчизняного виробництва з хвилеподібним візерунком, що неповторюється, з матовими виступаючими ділянками. Візерунок створює часткове розсіювання світла і обмежує наскрізну видимість через скло. "Метелиця" може проводитись із дзеркальним алюмінієвим покриттям за ТУ 21-23-70-82. Випускається у вигляді листів із максимальними розмірами 1500х1300 мм. Залежно від типу візерунка, товщина скла коливається від 3 до 8 мм.

Скло "Мороз" - декоративне візерункове скло вітчизняного виробництва. Назву склу дав неповторний візерунок на одній з його поверхонь, що нагадує іній. Завдяки цьому візерунку скло "Мороз" розсіює світло і виключає наскрізну видимість. Випускається за ОСТ 21-24-85 безбарвним або забарвленим завтовшки від 3 до 6 мм, з максимальним розміромлистів 1800х1000 мм.

"М'яке" скло, що самоочищається - особливе скло, вперше у світі представлене в 2002 році англійською фірмою Pilkington. Унікальні властивості скла Pilkington Activ отримані методом напилення магнетрону тонкого прозорого покриття оксиду титану. Під впливом ультрафіолетового випромінювання цей матеріал провокує хімічну реакцію, що розкладає органічні сполуки поверхні скла. Під час дощу весь бруд змивається. Таким чином, цей вид стекол не потребує очищення спеціальними засобами.

Скло - один із найпрекрасніших матеріалів, винайдених ще 3000 років до нашої ери. Незважаючи на «солідний вік», воно досі чесно служить людям, які з кожним роком відкривають у ньому нові якості. Скло - це гарні будинки та надміцні матеріали, художні вироби та тканини. Це один із матеріалів, яким ніколи не перестануть милуватися люди. Воно незамінне у побуті та лабораторній практиці. Про скло написано сотні книг, проведено та проводяться наукові дослідженняале досі немає точного визначення терміна «скло».

Склом називаються всі аморфні тіла, одержувані шляхом переохолодження розплаву, незалежно від їх хімічного складу та температурної області затвердіння, і які володіють механічними властивостямитвердих тіл, причому процес переходу з рідкого стану в склоподібний має бути оборотним.

У склоподібному стані можуть бути речовини, як природного походження, так і отримані штучно. До природних скель відносяться: вулканічна магма, пемза, смоли. Штучні неорганічні скла - переохолоджені розплави, до складу яких входять окиси кремнію, бору, фосфору, лужних та лужноземельних металів.

Вихідними матеріалами для отримання штучної скляної маси є кварцовий пісок, кальцинована сода, поташ, сульфат натрію, крейда і вапняк, магнію карбонат, доломіт, карбонат барію, натрієва і калієва селітри. У деякі сорти скла вводять окис алюмінію, окис свинцю та окисли інших металів.

Основним компонентом скла є двоокис кремнію - кремнезем, температура плавлення якого дорівнює 1728°С. Вміст окису кремнію у склі становить 50-85%, а кварцовому склі 98,8-99,9%. Зміст інших компонентів, що входять до складу скла, наведено у таблицях 1 та 2.

Кольорові скла отримують, вводячи в шихту оксиди або інші сполуки різних елементів, наприклад для фарбування скла в синій колір вводять сполуки кобальту, зелений - окис хрому, фіолетовий - з'єднання марганцю, в рубіновий-закис міді або металеве золото.

Варять скло у спеціальних печах при високих температурах. Під час варіння скла відбуваються складні хімічні та фізичні процеси, в результаті яких шихта, зазнаючи ряд змін, перетворюється на освітлену та однорідну скломасу.

Процес склоутворення починається при досягненні 1200-1240°С. У заводських умовах скло варять за 1400-1450°С; освітлення скломаси відбувається за 1500 °С. Особливі сорти скла варять за ще більш високої температури.

2. Фізичні властивості

Фізичні властивості скла залежать від його хімічного складу, умов варіння та подальшої обробки. Скло немає певної точки плавлення. Воно перетворюється на рідкий стан поступово, стаючи м'якше у разі підвищення температури.

Часто застосовують термін "температура розм'якшення" скла. Мабуть, ця температура лежить вище за температуру відпалу скла, але сама по собі ця величина досить невизначена.

Найважливішими властивостями скла, що визначають умови його варіння та подальшої обробки, є в'язкість та поверхневий натяг.

В'язкість. Властивість рідин чинити опір їх перебігу-переміщенню одного шару щодо іншого - під дією зовнішніх сил називають в'язкістю і позначають г). Таким чином, в'язкість характеризує внутрішнє тертя, тому цю властивість часто називають внутрішнім тертям. В'язкість - поняття, зворотне плинності. Кількісно цю величину виражають силою, що діє на одиницю площі зіткнення двох шарів, яка є достатньою для підтримки певної швидкості переміщення одного шару щодо іншого. У системі виміру СГС в'язкість вимірюється в пуазах; пуази прийнято позначати П: 1 пуаз = 1 дина-секунда / сантиметр = 100 сантипуаз = 10 мікропуаз або 1П = 1 дн-с / см = = I г / = 10 2 сП = 10 6 мкП. У одиницях виміру СІ в'язкість виявляється у паскаль-секунда: 1П = 0,1 Па-с.

При нагріванні в'язкість скла зменшується, воно робиться більш м'яким і тягучим, так що його можна формувати, піддавати тепловій обробці.

Обробляти на полум'ї склодувних пальників можна тільки розм'якшене скло, в'язкість якого лежить в інтервалі від 10 3 до 10 П. Механічне формування скла виробляють при температурі 800-1100 ° С і в'язкості 10 4 -4 -10 3 П.

При охолодженні скло знову твердне. Температура, за якої в'язкість скла досягає 10 13 П, називається температурою склування.

Крива зміни в'язкості зі зменшенням температури повинна бути відносно пологою, тобто в'язкість не повинна змінюватися занадто різко. Залежно від виду кривої «в'язкість – температура» скла ділять на «довгі» та «короткі». До «довгих» скла відносяться порівняно легкоплавкі скла - свинцеві, № 23, молібденові та ін; до «коротких» – скла типу «пірекс». Найкоротшим склом є кварцове.

При швидкій зміні температури в склі виникають нерівномірні внутрішні напруження. Таке скло дуже неміцне і легко розтріскується. Напруги у склі знімають шляхом відпалу. Для цього вироби поміщають у піч у зону з температурою на 20-30°С нижче температури склування, витримують при цій температурі деякий час, а потім повільно охолоджують. Природно, що менше в'язкість скла, тим менше потрібно його нагрівати, щоб зняти внутрішні напруження.

Поверхневий натяг. Поверхня будь-якої рідини, а отже і розплавленої скломаси, завжди прагне скоротитися за рахунок сил, які називаються силами поверхневого натягу. Щоб збільшити поверхню, потрібно витратити роботу. Розмір цієї роботи, віднесений до одиниці поверхні, називають поверхневим натягом та позначають о. У системі одиниць СГС цю величину вимірюють у дінах на сантиметр, у СІ - у ньютонах на метр; 1 дин/см = = 1 ■ П-3 Н/м. Поверхневий натяг скла дорівнює 220-380 дин/см і залежить від його хімічного складу. При введенні до складу скла оксидів алюмінію та магнію його поверхневий натяг збільшується, а при введенні оксидів калію, натрію, барію та фосфору – знижується. Поверхневий натяг зменшується у разі підвищення температури.

Чим більший поверхневий натяг скла, тим складніше його обробляти і тим більше доводиться нагрівати його склодуву при обробці.

3. Механічні властивості

Густина. Щільність визначається ставленням маси тіла до його об'єму. У системі одиниць СГС її вимірюють у грамах на кубічний сантиметр, у СІ - в кілограмах на кубічний метр: 1 г/см 3 = 1-Ю 3 кг/м 3 . Щільність скла, при якому тіла втрачають здатність бути пружними.

Втрата пружності у різних матеріалівпроявляється по-різному: одні після зняття зусилля залишаються деформованими; інші при досягненні межі пружності руйнуються. Перші матеріали називаються пластичними, другі – крихкими. Скло відносяться до другої групи матеріалів.

Крихкість. Крихкість - стан матеріла, у якому під впливом зовнішніх сил матеріал не виявляє залишкової деформації і руйнується. Велика крихкість скла обмежує його застосування. Крихкість збільшується, якщо скло неоднорідне за складом або товщиною, якщо в ньому є вкраплення сторонніх тіл, бульбашок повітря, якщо поверхня його подряпана.

Матеріал можна вивести з крихкого стану, змінивши зовнішні умови. Наприклад, тендітне за звичайних умов скло стає пластичним при нагріванні. Інші матеріали, будучи пластичними за звичайних умов, стають крихкими при зниженні температури. Так, гума при охолодженні стає крихкою та легко розбивається. Таким чином, одні і ті ж матеріали при різних умовахможуть бути або в крихкому, або в пластичному стані. Цим користуються при формуванні та обробці скла, при виготовленні з нього різних деталей та приладів. Різні сорти скла при цьому потрібно нагріти до різної температури.

Усі тверді тіла ділять на кристалічні та аморфні. Аморфні мають невпорядковану структуру і можуть плавитися за досить високої температури. У науці склом прийнято називати всі аморфні тіла, що утворюються внаслідок переохолодження розплаву.

Склом у повсякденному житті називають прозорий тендітний матеріал. Залежно від того чи іншого компонента, що входить до складу вихідної скломаси, в промисловості розрізняють такі види скла: силікатні, боротні, боросилікатні, алюмосилікатні, бороалюмосилікатні, фосфатні та інші.

Базовий метод отримання скла полягає в плавленні суміші кварцового піску (SiO2), соди (Na2CO3) та вапна (CaO). В результаті виходить хімічний комплекс із складом Na2O*CaO*6SiO2.

Фізичні, механічні та хімічні властивості скла:

густина стекол залежить від компонентів, що входять до їх складу. Так, скломаса, яка у великих кількостях включає оксид свинцю, більш щільна в порівнянні зі склом, що складається крім інших матеріалів і з оксидів літію, берилію або бору.

Міцність на стискання - здатність матеріалу чинити опір внутрішнім напругам при впливі ззовні будь-яких навантажень. При цьому ступінь міцності того чи іншого виду скла залежить від хімічної речовини, що входить до його складу. Більш міцні скла, що включають до свого складу оксиди кальцію або бору. Низькою міцністю відрізняються шибки з оксидами свинцю та алюмінію. Різні ушкодження (тріщини, глибокі подряпини) значно знижують величину міцності матеріалу. Для штучного збільшення показника міцності поверхню деяких скловиробів покривають кремнійорганічною плівкою.

Крихкість - механічне властивість тіл руйнуватися під впливом зовнішніх сил. Величина крихкості скла в основному залежить не від хімічного складу компонентів, що його утворюють, а більшою мірою від однорідності скломаси (входять до його складу компоненти повинні бути безпримесними, чистими) і товщини стінок скловиробу.

Твердість - механічна властивість одного матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, твердішого. Визначити ступінь твердості того чи іншого матеріалу можна за допомогою спеціальної таблиці-шкали, що відображає властивості деяких мінералів, які розташовані по зростаючій, починаючи з менш твердого, тальку, твердість якого взята за одиницю, і закінчуючи найтвердішим - алмазом з твердістю в 10 умовно прийнятих ступінь твердості того чи іншого виду скла в основному залежить від хімічного складу компонентів, що входять до нього. Так, використання під час створення скломаси оксиду свинцю значно знижує твердість скла. І, навпаки, силікатне скло досить погано піддається механічній обробці.

Теплоємність - властивість тіл приймати та зберігати певну кількість теплоти при будь-якому процесі без зміни стану. Теплоємність скла залежить від хімічного складу компонентів, що входять до складу вихідної скломаси. Чим вищий у скломасі вміст оксидів свинцю та барію, тим нижчий показник теплопровідності. А легкі оксиди, такі, як оксид літію, здатні підвищити теплопровідність скла. Скло з низькою теплоємністю остигає набагато повільніше.

Теплопровідність - Властивість тіл пропускати через себе теплоту від однієї поверхні до іншої, за умови, що у них різна температура. Скло погано проводить тепло. Причому найвищий показник теплопровідності відзначений у кварцового скла. Із зменшенням частки оксиду кремнію в загальній масі скла або при заміні його на будь-яку іншу речовину рівень теплопровідності знижується.

Температура початку розм'якшення - Це температура, при якій аморфне тіло починає розм'якшуватися і плавитися. Найтвердіше - кварцове - скло починає деформуватися лише за нормальної температури 1200-1500 °З. Інші типи скла розм'якшуються вже за нормальної температури 550-650 0С. Величина температури початку плавлення того чи іншого сорту та виду скла визначається хімічним складом компонентів. Так, тугоплавкі оксиди кремнію або алюмінію підвищують температурний рівень початку розм'якшення, а легкоплавкі (оксиди натрію та калію), навпаки, знижують.

Теплове розширення - явище розширення розмірів тієї чи іншої тіла під впливом високих температур. Матеріали для обробки слід підбирати так, щоб величина їх теплового розширення відповідала тому ж показнику скломаси основного виробу. Коефіцієнт теплового розширення скла прямо залежить від хімічного складу вихідної маси. Чим більший у скломасі лужних оксидів, тим вищий показник температурного розширення, і, навпаки, присутність у склі оксидів кремнію, алюмінію та бору знижує цю величину.

Термостійкість - здатність скла не піддаватися корозії та руйнуванню внаслідок різкої зміни зовнішньої температури. Цей коефіцієнт залежить тільки від хімічного складу маси, а й від розміру виробу, і навіть від величини тепловіддачі з його поверхні.

Хімічна стійкість - здатність того чи іншого тіла не піддаватися впливу води, розчинів солей, газів та вологи атмосфери. Показники хімічної стійкості залежать від якості скломаси та агента, що впливає. Так, скло, що не піддається корозії при дії води, може деформуватися при дії лужних та сольових розчинів.

Оптичні властивості:

Заломлення світла - Зміна напрямку світлового променя при його проходженні через кордон двох прозорих середовищ. Розмір, що показує заломлення світла скла, завжди більше одиниці.

Відображення світла - це повернення світлового променя при його падінні на поверхню двох середовищ, що мають різні показники заломлення.

Дисперсія світла - розкладання світлового променя спектр при його заломленні. Розмір дисперсії світла скла залежить від хімічного складу матеріалу. Наявність у скломасі важких оксидів збільшує показник дисперсії.

Поглинання світла - Здатність того чи іншого середовища зменшувати інтенсивність проходження світлового променя. Показник поглинання світла скла невисокий. Він збільшується лише при виготовленні скла із застосуванням різних барвників, а також спеціальних способів обробки готових виробів.

Розсіювання світла - це відхилення світлових променів у різних напрямках. Показник розсіювання світла залежить від якості поверхні скла. Так, проходячи крізь шорстку поверхню, промінь частково розсіюється, і тому таке скло виглядає напівпрозорим.

"Склом називають всі аморфні тіла, одержувані шляхом переохолодження розплаву, незалежно від їх хімічного складу і температурної області затвердіння і які володіють в результаті поступового збільшення в'язкості механічними властивостями твердих тіл, причому процес переходу з рідкого стану в склоподібний повинен бути оборотним". Це визначення скла, дане комісією з термінології при Академії наук СРСР, охоплює найбільш характерні властивості, властиві будь-якій склоподібній системі.

Для склоподібного стану характерна наявність невеликих ділянок правильної впорядкованої структури, відсутність правильної просторової решітки, ізотропність властивостей, відсутність певної температури плавлення.

Будівельне скло містить (%): 75-80% SiO 2 , 10-15% CaO, Близько 15% Na 2 O.

Хімічна стійкість скла залежить від його складу, більш стійкими із силікатного скла є такі, в яких міститься мало лужних оксидів. При заміні Na 2 O на дво-, три- та чотиривалентні оксиди хімічна стійкість скла підвищується.

Основними оптичними властивостями скла є: світлопропускання (прозорість), світлозаломлення, відбиття, розсіювання та ін. Звичайні силікатні скла добре пропускають всю видиму частину спектра і практично не пропускають ультрафіолетові та інфрачервоні промені. Змінюючи хімічний складскла та його фарбування, можна регулювати світлопропускання скла. Показник заломлення будівельного скла (1,46-1,53) визначає світлопропускання за різних кутів падіння світла. Так, при зміні кута падіння світла з 0° (перпендикулярно до площини скла) до 75° світлопропускання скла зменшується з 92 до 50%.

Щільність звичайного скла 2500кг/м³, найбільшу щільність мають скло з підвищеним вмістом окису свинцю (важкі флінти) – до 6000 кг/м³. Модуль пружності скла змінюється від 48000 до 83000 МПа, для кварцового скла – 71400 МПа. Присутність оксидів CaO та B2O3 (до 12%) підвищує модуль пружності.

Скло має високу міцність на стиск 700-1000 МПа і малою міцністю при - 35-85 МПа. Міцність загартованого склау 3-4, іноді у 10-15 разів більше, ніж відпаленого.

Твердість звичайних силікатних шибок 5-7 за шкалою Мооса. Кварцове скло, а також боросилікатні малолужні скла мають велику твердість.

Скло погано пручається удару, тобто. воно крихке: міцність при ударному згині становить близько 0,2 МПа. У загартованих зразків скла вона у 5-7 разів вища, ніж у відпалених. Присутність у склі борного ангідриду, окису магнію збільшує опір скла удару.

Теплоємність скла визначається їх хімічним складом. При кімнатній температурі значення теплоємності знаходяться від 0,63 до 1,05 кДж/(кг·°С).

На термічне розширення скла також впливає хімічний склад. Найбільш низький коефіцієнт температурного розширення у кварцового скла - 5,8 · 10 -7 1/°С, у звичайних будівельних стекол - 9 · 10 -6 -15 · 10 -6 1/°С.

Теплопровідність звичайного скла за нормальної температури до 100°З становить 0,4-0,82 Вт/(м · °З). найбільшу теплопровідність має кварцове скло – 1,340 Вт/(м · °С). малу теплопровідність мають скла, що містять велику кількість лужних оксидів. Боросилікатне скло має високу термостійкість, найбільш термостійке кварцове скло.

Електропровідність скла змінюється зі зміною температури. Найбільший вплив на електропровідність надає вміст окису літію; що більше її у складі скла, то вище електропровідність. Знижують електропровідність скла окисли двовалентних металів (найбільше BaO), а також SiO 2 і B 2 O 3 . слід враховувати поверхневу провідність скла, яку обумовлює плівка, що утворюється на поверхні скла в результаті гідролізу силікатів. Ця плівка поглинає значну кількість вологи та викликає підвищену активність скла.

Скло піддається механічній обробці: його можна пиляти циркулярними пилками з алмазним набивкою, обточувати переможними різцями, різати алмазом, шліфувати, полірувати. У пластичному стані, при температурі 800-1000 ° С, скло піддається формуванню. Його можна видувати, витягувати в листи, трубки, волокна, можна зварювати.