Силікатне скло: виробництво і використання

Скло - один з популярних, затребуваних матеріалів для різних сфер життя. Його застосовують в будівництві та оздоблювальних роботах, з нього роблять твори прикладного та високого мистецтва, застосовують у космічній галузі. Це один з доступних, простих за складом матеріалів. Найбільш поширений вид, з яким ми найчастіше стикаємося і користуємося виробами з нього, – силікатне скло.

Що це таке?

Найдавнішим виробом зі скла вважаються намисто, знайдені при розкопках в Єгипті, вчені вважають, що знахідці більше п'яти тисяч років. З тих пір склад скла мало змінився. Основним елементом матеріалу є кварцовий пісок (Si0 2 ) – силікат. До нього додають соду, поташ, вапняк і ще кілька елементів.


У промисловості для одержання скляної маси змішують оксиди основних речовин і плавлять у печі. Температура плавлення залежить від добавок, що змінюють властивості скла. Одержану масу формують кількома способами: роблячи листове скло, надаючи різну форму (посуд, плафони для світильників, скло для годинників та інше), роблячи заготовки для подальшої штучної обробки склодувами і багато іншого. У розвиток склоробства вагомий внесок внесли Ломоносов М. в., Китайгородський Н. В., цікавився практичною стороною питання Менделєєв Д. І. та ін Нескладно дати визначення матеріалу "силікатне скло". Що це таке? Матеріал, що має аморфно-кристалічна будова структури, одержуваний розплавом змішаних оксидів з подальшим охолодженням.

Виготовлення скла

Основним елементом для виробництва скла служить кварцовий пісок, до якого додають не менше п'яти інгредієнтів в пропорціях. До основної рецептури, залежно від подальших цілей використання отриманого матеріалу, роблять добавки: окислювачі, глушники, обесцвечиватели, барвники, прискорювачі і так далі. В якості барвників використовуються оксиди металів. Наприклад, мідь офарбить масу скла в червоний колір, залізо додасть блакитний або жовтий відтінок, оксиди кобальту дадуть синій колір, а колоїдне срібло – жовтий.


Підготовлену суху суміш завантажують в стекловаренную піч, де сировина плавиться при температурі 1200-1600°С, за часом процес займає від 12 до 96 годин. Виготовлення скла завершується процесом швидкого охолодження, тільки при цьому умові скломаса отримає всі необхідні якості: прозорість, механічну стійкість і додаткові властивості, які закладаються в процесі змішування оксидів.

Види силікатного скла

Випуск матеріалу відноситься до енерговитратних процесів, і займається ним силікатна промисловість. Виробництво скла в індустрії відбувається в печах тунельного типу з безперервної підтримкою заданої температури. З одного кінця печі завантажується суха суміш, на виході вивантажується готовий матеріал. У зв'язку із широким застосуванням у різних галузях силікатне скло можна розділити на види:

Кварцове без домішок оксидів натрію, калію – це бесщелочное скло. Володіє високою стійкістю до нагрівання і відмінними електричними властивостями. З недоліків - важко піддається обробці.

Натрієве, калієве, натрієво-калієве – лужне скло. Найбільш поширений вид матеріалу, придатний для повсюдного застосування. З нього роблять скло для акваріума, віконне, посуд та інше.

Лужне з високим вмістом оксидів важких металів. Наприклад, добавка свинцю необхідна для отримання кришталю, оптичного скла.

Багатоцільове використання

Силікатне скло володіє поруч властивостей, що дозволяють використовувати його в широкому діапазоні. Кожне з його якостей може бути посилена, у зв'язку з чим відкриваються додаткові можливості. Наприклад, скло, покрите амальгамою, служить дзеркалом, а також може використовуватися в якості сонячної батареї при певних умовах. Гігієнічні і практичні властивості скляного посуду незаперечні. Матеріал не має пористістю, а значить, в ньому не розмножуються хвороботворні бактерії, легко миється, стійке до впливу будь-яких харчових продуктів. Жароміцний посуд з нього многозадачна: можна запікати при високій температурі в духовій шафі або ставити в морозильну камеру без шкоди.

Багатошаровість і товщина

Матеріал має різну товщину, що визначає його можливості. Листова, товщиною 2 мм, підходить для вікон. Скло для акваріума використовується не менше 5 мм, в залежності від обсягу води, що заливається в ємність. Однак акваріумісти все більше приходять до думки, що використання акрилового аналога набагато зручніше, особливо якщо потрібно ємність на 500 літрів і більше. Використання ламінованого матеріалу (триплекса) розширює можливості: склеєне з допомогою полімерної плівки полотно практично незламно, воно безпечно, оскільки не розсипається. Розбити молотком два силікатних скла товщиною 10 мм з плівковою прошарком практично неможливо. З триплексу роблять прозорі мости, облицювання фасадів будинків, огорожі басейнів та інше.

Властивості

Використання матеріалів на силікатній основі знаходить своє місце в будівництві. Їх застосовують не лише для виготовлення вікон, але і як додатковий захист та зв'язуюча речовина. Так, обробляють рідким склом блоки фундаменту, що робить їх стійкими до вологи, грибка, коливань температур і пр.
Гнутий світлопрозорий або матовий матеріал використовується у повсякденному житті, з нього виготовляються дверцят меблів, душові кабіни, фасади будівель і так далі. Силікатне скло має наступні властивості:

Прозорість.

Світловідображення.

Екологічність.

Жаростійкість.

Стійкість до агресивного хімічного середовища.

Стійкість до природного агресивному середовищі.

Довговічність.

Низька теплопровідність.

Додаткові якості, такі як стійкість до навантажень і механічних пошкоджень, надають матеріалу методом загартовування. Суть процесу полягає у швидкому нагріванні і такому ж швидкому охолодженні за короткий проміжок часу. Міцність підвищується в 4-5 разів. З нього роблять скло для годинників, полотна дверей, меблі, внутрикомнатние перегородки.

Виробництво виробів

Посуд з силікатного скла та господарські вироби виробляються декількома основними способами:

Пресування. В'язка маса виливається в нерухому прес-форму, після чого за допомогою рухомої частини форми (пуансона) задаються параметри. Прес-форма на внутрішній поверхні може мати малюнок, який в процесі штампування переноситься на зовнішню частину виробу.

Видування. Розрізняється на механічне та ручне. Товщина стінок виробу варіюється від 1 мм до 10 мм Цим способом виготовляють вази, пляшки, фужери, склянки. Ручне видування – це мистецтво. Майстри-склодуви створюють унікальні твори з допомогою з'єднання прозорою і кольорової маси, включають в тіло роботи метал, натуральна сировина, золото і таке інше. Ідентичних виробів ручного дуття не зустрічається.

Лиття. В основному використовується для виготовлення фігурок, статуеток. У промисловості методом лиття виготовляють оптичні скла.

Багатоступінчасте зчленування. Використовуються частини, вироблені за двома технологіями: видування та пресування. Наприклад, ємність келиха видувається, а ніжка пресується, готові частини з'єднуються.

Декоративна обробка

Силікатне скло - благодатний матеріал для безлічі видів декорування. Розрізняють гаряче і холодне оформлення. До гарячого відносяться:

Фарбування в масі оксидами металів.

Змішування маси різного кольору з подальшим наданням форми (венеціанське скло з візерунками).

Кракелірування. Масу формують у виріб, різко охолоджують, в результаті чого з'являються поверхневі тріщини, для закріплення виріб оплавляют.

Фьюзинг.

Формування гарячим способом шнурів, ниток з подальшою присадкою на виріб.

Формування додаткової форми краю в процесі дуття. Досягається застосуванням інструментів.

Холодні форми декору:

Механічні: шліфування, гравірування, алмазна грань, піскоструй.

Хімічні: травлення плавиковою кислотою.

Накладні: живопис, нанесення малюнка деколь, шовкотрафаретний друк, металізація, плазмове напилення, розпис люстровими фарбами.

Інші види скла

Сучасні технології дозволили надати силікатній склу додаткові якості. З них найбільш цікавими і затребуваними є: Смарт-скло: вид матеріалу, який змінює свої властивості під впливом зовнішніх умов. Наприклад, під впливом електричного струму виріб стає матовим, при роз'єднанні ланцюга повертається в прозоре стан. Скловолокно (склотканина): отримують методом витягування матеріалу в тонкі (вимірюються в мікронах) нитки. З них створюють досить гнучкий матеріал. Використовується для виробництва оптоволокна, ізолюючих матеріалів та ін. Прояснена скло: звичайне силікатне скло має зеленуватий або сіруватий відтінок, добре помітний, якщо дивитися на зріз. Як наслідок, полотно виявляється трохи забарвленим. Щоб уникнути цього ефекту, в процесі виготовлення додають освітлювачі, нейтралізують небажаний колір. Відрізняється від звичайного матеріалу підвищеної світлопропускною здатністю, передачею кольорів без зміни кольору.