Каменное литье

Каменным литьем называются материалы, получаемые плавле­нием изверженных горных пород (базальты, диабазы, габбро и др.), шихт из осадочных горных пород или шлаков цветной и черной металлургии с различными добавками. Плавление обыч­но осуществляется в электрических печах. Расплавленная масса разливается в формы. Полученные изделия после остывания подвергаются термической обработке для снятия внутренних на­пряжений.

Основным сырьем для каменного литья является базальт, к ко­торому добавляют 7—8% горной породы горнблендита (отходы титаномагнетитового рудника) и 1,5 % хромистого железняка. Со­став конечного продукта в изделии: 47—48 % SiO₂; 15— 16 % А1₂О₃; 15-16 % (FеО + Fе₂О₃); 1 1-12 % СаО; 6-7 % МgО; 2-4 % К₂О. Несмотря на то что содержание SiO₂ в плавленом базальте не превышает ~50%, он обладает исключительной стойкостью к лю­бым реагентам, кроме плавиковой кислоты. Кислотостойкость из­делий из плавленого базальта во всех остальных минеральных и органических кислотах оценивается в 99—100 %. Он устойчив так­же в щелочах любой концентрации при обычных температурах. Эта уникальная химическая стойкость плавленого базальта обус­ловливается весьма плотной кристаллической структурой (объем­ная масса равна его плотности — 2,9—3,0 г/см³), что обеспечивает непроницаемость изделия (открытая пористость равна нулю, а водопоглощение — 0,02 %).

Плавленый базальт обладает высокой твердостью, износостой­костью и механической прочностью (разрушающее напряжение на сжатие достигает 500 МПа). Естественно, что сочетание всех перечисленных свойств в одном материале позволяет применять изделия из плавленого базальта в различных отраслях промыш­ленности. Однако материалу свойственны и существенные недо­статки. Прежде всего, низкая термостойкость не позволяет эксп­луатировать, изделия из плавленого базальта при температурах выше 150 ⁰С. Значительная сложность отливки изделий больших габаритов ограничивает их размеры. Возникают трудности и при механической обработке рабочих поверхностей деталей из плавле­ного базальта (для обработки требуется применение алмазного инструмента).

Стеклом называется твердый аморфный термопластичный материал, получаемый переохлаждением расплава различных оксидов. В состав стекла входит стеклообразующие кислотные оксиды (SiO₂, А1₂О₃, В₂О₃ и др.), а также основные оксиды (К₂О, СаО, Nа₂О и др.), придающие ему специальные свойства и окраску. Оксид кремния SiO₂ яв­ляется основой большинства стекол и входит в их состав в количестве 50-100 %. По назначению стекла подразде­ляются на строительные (оконные, витринные и др.), бы­товые (стеклотара, посуда, зеркала и др.) и технические (оптические, свето- и электротехнические, химико-лабо­раторные, приборные и др.). В зависимости от исходного стеклообразующего вещества различают силикатное стек­ло (на основе SiO₂), боросиликатное (В₂О₃ и SiO₂), алю-мосиликатное (А1₂О₃, В₂О₃ и SiO₂), алюмофосфорное (А1₂О₃ и Р₂О₅), силикотитановое (SiO₂ и TiO₂) и др.

При нагреве выше температуры стеклования стекло постепенно размягчается, переходя в вязкотекучее, а затем в жидкое состояние. При охлаждении расплава происхо­дит постепенное возрастание вязкости и при температуре стеклования переход в твердое и хрупкое состояние. Для большинства промышленных стекол температура стекло­вания составляет 425-600 °С.

Важными свойствами стекла являются оптические. Обычное стекло пропускает около 90 %, отражает — 8 % и поглощает — 1 % видимого света. Механические свойства стекла характеризуются высоким сопротивлением сжатию и низким — растяжению. Термостойкость стекла определяется разностью температур, которую оно может выдержать без разрушения при резком охлаждении в воде. Для большинства стекол термостойкость колеб­лется от 90 до 170 °С, а для кварцевого стекла — 1000 °С. Основной недостаток стекла — высокая хрупкость.

Рассмотрим некоторые виды технических стекол.

Светотехническое стекло по составу совпадает с обыч­ным оконным стеклом (70-72 % SiO₂, 14-15 % Nа₂О, 7-8 % СаО; 3-4 % МgО, 1-2 % К₂О; 1-2 % А1₂О₃) с добав­ками при необходимости специальных компонентов. Для получения светорассеивающих стекол вводят 3-4 % со­единений фтора. Цветные сигнальные стекла получают добавкой 1-2 % сернистого кадмия и 0,5-1 % селена (красное стекло), 1,2-1,5 % оксида меди и 0,2-0,7 хрома (зеленое стекло), 1,5 % сернистого кадмия (желтое стек­ло). Теплозащитные стекла, предназначенные для остек­ления помещений в горячих цехах, содержат оксиды же­леза и ванадия.

Электровакуумное стекло применяется для электричес­ких ламп накаливания, люминисцентных ламп, радиоламп и др. Главными требованиями к нему являются определен­ный коэффициент теплового расширения и термическая стойкость (от 100 до 1000 °С) в зависимости от особенностей данной лампы. Для этих целей используется силикатное, боросиликатное, алюмосиликатное и кварцевое стекло.

Кварцевое стекло получают путем плавления при тем­пературе выше 1700 °С наиболее чистых природных раз­новидностей SiO₂. Оно имеет очень высокую теплопро­водность и малый коэффициент теплового расширения, что обеспечивает кварцевому стеклу очень высокую тер­мическую стойкость. Применяется оно для изготовления тиглей, труб, лабораторной посуды.

Закаленное стекло имеет состав обычного оконного стекла. Закалка состоит в нагреве стекла выше температуры стеклования (обычно 600-650 °С) и равномерном охлаждении струей воздуха или в масле: При этом зна­чительно увеличивается прочность и вязкость стекла.

Триплекс (безосколочное стекло) представляет собой два листа закаленного стекла, склеенные прозрачной по­лимерной пленкой. При разрушении триплекса осколки удерживаются на пленке. Применяются триплексы для остекления транспортных средств.

Пеностекло получают путем спекания при температу­ре 700-900 °С смеси стекольного порошка с газообразователями (мел, известняк, уголь и др.). Оно отличается малой плотностью, низкой теплопроводностью, относи­тельно высокой прочностью. Применяется в качестве тепло-, звуко- и электроизоляционного материала.