Стеклообразующие оксиды B Si Ge P As

 Модификаторы Li K Na Mg Ca Ba Cr Cd

Промежуточные Be Zn Al Ti Zr Pb

 Стеклообразующие оксиды могут самостоятельно образовывать стекло. В основном в строительстве применяют силикатные стекла, в общем объеме производства они составляют приблизительно 70%. Si определяет такие свойства как повышенная вязкость, высокие механические и химические характеристики, низкий показатель преломления, ↑ склонность к кристаллизации.

Стекло не является веществом с определенным химическим составом, который может быть выражен формулой, поэтому состав стекла условно выражают оксидами. Например состав строительных стекол в основном представлен  SiO₂  - 64-73%; Na₂O- 10-15,5%; K₂O – 0-5%; CaO – 2.5-26.5%; MgO – 0-4.5%; Al₂O₃ – 0-7.2%; Fe₂O₃ – 0-0.4%; SO₃ – до 0.5%; B₂O₃ – до 5%.

Каждый из оксидов играет свою роль в процессе варки, формирования свойств стекла.

Li₂О;K₂О;Na₂О ≈ 14-15%

Оксид натрия ускоряет процесс варки, ↓ температуру плавления, ↑ ТКЛР, ↑ плотность, ↓ показатель преломления

СаО 9-10%, обуславливает повышенные механические и химические свойства, повышают показатель преломления, повышает плотность, повышает ТКЛР.

Введение ВаО как сырьевого компонента в дозировках 2-10% приводит к понижению вязкости, ↓ температуры плавления, но одновременно снижается стойкость стекла к действию воды.

Модификаторы- химические соединения, которые изменяют (или нет) цвет стекла и придают ряд уникальных свойств.

Например:

Свинец PbО; (от 19-34%) повышает показатель преломления, понижает ТКЛР.

Хром Cr при введении > 1% стекло приобретает зеленый цвет (авантюриновое стекло);

Медь ІІ-х валентная СuО– зеленовато-голубой оттенок;

СоО 0.1-0.5% ярко-синее стекло;

Сu₂О, сурьма, селен, золото – цвет стекла золото-красный;

Fe;   Ar; Cr до 0.5 % - желтое стекло.

Пиролюзит MnO₂ – от фиолетового до черного

При использовании редкоземельных элементов стекло отличается особой прозрачностью, чистотой и особыми вариациями цвета (диоксид церия - золотисто-желтый; оксид неодима- пурпурно-фиолетовый).

Модифицирующие компоненты могут выполнять функции: упрочняющие; защитные; электропроводящие; оптически просветляющие; регулирующие спектральное пропускание с целью декорирования стекла.

Олово, хром, железо, кобальт – стекла избирательно пропускают волны длиной 0.1-0.6 мкм, приобретается высокая отражательная способность, обеспечивается защита от солнечной радиации, отсутствует сквозная видимость (ограничивается просмотр объектов внутри здания).

Титан стекло избирательно пропускает УФ-лучи, называют увиолевым.

Золото. Никель, медь, хром – повышается теплозащита зданий.

Олово, кадмий, свинец – электротокопроводящие стекла при сохранении прозрачности, такие стекла не запотевают. Токопроводящее стекло выгодно для производства Каменов, греющих панелей.

Для получения силикатного стекла шихта (сырьевая смесь) готовится из кварцевого песка, соды или сульфата натрия, поташа, доломита, пегматита, полевого шпата, стеклянного боя.

Основное сырье: Кварцевый песок с высокой степенью чистоты, т.е. содержание SiО2 не менее 98%, примеси железа, алюминия существенно загрязняют сырье. Второй компонент – сода. 

В малых количествах вводят осветлители стеклянной массы(триоксид мышьяка, селитра), глушители.

Подготовленное сырье подлежит варке в стекловаренных печах. При нагревании шихты до температуры 1100-1150 происходят процессы силикатообразования, затем при повышении температуры до 1500-1600 происходят процессы стеклообразования, гомогенизации, осветления. Последний этап варки стекла – студка стекломассы. Охлаждение массы происходит с высокой скоростью, чем выше скорость охлаждения, тем более высокой температуре соответствует «замороженное» состояние структуры.

Все технологические параметры производства изделий зависят от вязкости стекломассы и температурного периода сохранения вязкости (длинная- короткая стекломасса).

Свойства стекол

Теоретическая прочность при сжатии 10⁴ МПа, фактическая прочность 500-2000 МПа, прочность стеклянных волокон 1000-4000 МПа

Плотность от 150 до 2500 кг/м³

Твердость 6-7 единиц

Модуль упругости Е= 68-69∙10³ МПа

Теплопроводность кварцевого стекла 1,34 Вт/мº К, теплоизоляционного и ячеистого 0.042-0.16.

Тепловое расширение ТКЛР  85∙10^-7 - 95∙10^{-7 1}/ºС

Теплостойкость 0.3-1.05 кДж/ кг ºС

Температуропроводность  α/ с∙ρ  2- 6 ∙10^-7

Термостойкость – (характеризуется температурным интервалом, который способно выдержать стекло без разрушения):

Не термостойкое стекло --- 100ºС

 Термостойкое --- 220 ºС

 Высокотермостойкое --- 1000 ºС                                                  

Хрупкий материал Прочность при ударном изгибе около 0.2 МПа. Ударная вязкость 1.2-2 ∙10³ Дж,

  коэффициент Пуассона μ = 0.22

Диэлектрик

Химическая стойкость (кроме плавиковой кислоты НF). Созданы стекла повышенной химической стойкости, ячеистое и электровакуумное стекло.

Оптические свойства: светопропускание 88-95%

                                     Поглощение ≈ 3%

                                      Отражение, рассеивание 8-9%

Самая важная группа свойств стекол. При рассмотрении учитывают, что Σ светопропускание + поглощение+ отражение =100%. Стекла могут избирательно пропускать определенную группу волн оптического диапазона (УФ, ИК)