Расположение углеродных волокон в УУКМ
41
Механические свойства углеродных материалов
42
Температурные зависимости удельной прочности при растяжении различных высокотемпературных материалов.
43
Конструкционные
материалы
на основе минеральных
Состав минеральных стекол
Главные компоненты стекол
– для получения стекол с
определенными физико-
кислотные, щелочные
химическими свойствами:
и щелочноземельные окислы
огательные компоненты – для придания стекломассе необходим свойств: осветлители, обесцвечиват красители, глушители, окислители, восстановители, ускорители варки
44
Главные компоненты
Важнейшая |
Кремнезем (двуокись кремния) SiO2 |
||
составная часть |
В природе встречается3 |
в кристаллической |
|
промышленных |
(М=60,06; ρ=2,65 г/ см ) |
|
|
форме в виде кварца - бесцветных кристаллов с |
|||
стекол |
Тпл=1713 оС |
|
|
|
и Ткип=2590 оС. |
|
|
|
Разновидности кварца: |
|
|
|
1) |
горный хрусталь – прозрачные |
|
|
призматические кристаллы; |
||
|
2) |
дымчатый топаз темно-коричневого цвета; |
|
|
3) |
аметист лилово-красного или розового цвета |
|
за счет присутствия окислов марганца и железа. Для большинства стеклянных изделий основным сырьевым
компонентом является кварцевый песок, образующийся в результате разрушения горных пород, содержащих кварц.
Химический состав кварцевого песка Люберецкого месторождения
|
|
Содержание в % |
|
|
|
SiO2 |
TiO2 |
Al2O3 Fe2O3 |
CaO |
MgO Na2O+K2O |
|
98,5- |
0,01- |
0,03- 0,02-0,1 |
0,02- |
0,02- |
0,008- |
99,5 |
0,06 |
0,24 |
0,15 |
0,01 |
0,124 |
45
Борный ангидрид B2O3 |
Для получения термостойких стекол, химической и |
|
||
|
|
|
лабораторной посуды, листового и бутылочного стекла и |
|
Окись алюминия Al2O3 |
столовой посуды. |
|
||
Для снижения КТР стекла, повышения |
|
|||
|
|
|
термостойкости, |
|
|
|
|
повышения химической стойкости, повышения |
|
Окислы щелочных металлов (Ме2О): |
|
|||
Na2O |
|
|
механической прочности и твердости. |
|
для осветления стекломассы; |
|
|||
K2O для высококачественной посуды, изделий из хрусталя, цветных, |
||||
оптических и |
технических стекол; |
|
||
Окислы щелочноземельных (Са, Mg) других металлов (МеО): |
||||
Li2O д я светящихся ст кол и для получения стеклокристаллических |
||||
СаО |
для |
|
и придания стеклу химической устойчивости; |
|
материалосветления. |
|
|
||
MgO |
для повышения химической устойчивости и механической |
|
||
прочности стекла; |
|
|
||
ZnO для снижения ТКР, повышения стойкости к термоудару, |
|
|||
химической устойчивости и коэффициента преломления; |
|
|||
ВеО для снижения ТКР, повышения термической и химической |
|
|||
устойчивости, прозрачности для УФ-лучей, коэффициента |
|
|||
Окислы четырехвалентных металлов (МеО2): |
|
|||
прелом ения |
твердости; |
|
||
GeO2 для увеличения показателя преломления; |
|
|||
PbO |
для оптических стекол, хрустальной посуды, искусственных |
|
||
TiO2 |
для увеличения показателя преломления и повышения |
|
||
драгоценных камней и эмалей. |
|
|||
химической стойкости, особенно к воде и кислотам, для поглощения |
||||
УФ-лучей; |
|
|
|
|
ZrO2 |
для повышения химической устойчивости, снижения ТКР, |
46 |
||
улучшения механических свойств (разрыв, сжатие), снижения |
|
|||
Вспомогательные компоненты
Осветлители – материалы, вводимые в шихту и способствующие при
высоких температурах освобождению стекломассы от крупных и мелких |
|||||
пузырей, т.е. ее осветлению: сульфат натрия (Na2SO4), хлористый натрий, |
|||||
Обесцвечиватели – материалы, |
|
нежелательную |
|||
трехокись мышьяка, селитра, фтористыеуничтожающиеаммоний ые соли. |
|||||
окраску( закись железа FeO окрашивает стекло в сине-зеленый цвет, а окись |
|||||
Fe O |
Химическим способом закись железа переводят в окисную форму, |
||||
– в желто зеленый). |
|
|
|
|
|
2 3 |
менее окрашивающую стекломассу, что значительно увеличивает |
||||
|
прозрачность стекла, |
|
|
мышьяка, селитра, сульфат |
|
|
но полностью его не |
|
|
||
|
Физический способесцвечивает:трехокись |
|
|
||
|
|
заключается |
добавке веществ, окрашивающих |
||
|
натрия, хлористый натрий, фториды и окись сурьмы. |
|
|||
|
стекломассу |
|
|
|
|
|
в цвет, дополнительный к зеленому; прозрачность стекла при этом |
||||
|
снижается: перекись марганца, селен, закись никеля, окись кобальта и |
||||
|
Молекулярные |
красители растворяются в стекломассе, например: |
|||
|
редкоземельные соединения |
|
|
|
|
|
СоО является весьма интенсивным красителем и сообщает стеклу син |
||||
|
(окись неодима). |
|
|
|
|
|
а окись марганца Mn2O3 – фиолетовую окраску; |
|
|||
|
окись неодима Nd2O3 придает стеклу красивую пурпурно-фиолетовую |
||||
Красители при искусственном освещении наблюдается игра цветов с образование |
|||||
|
от розово-синего до красного; |
|
|
|
|
|
окись празеодима Pr2O3 окрашивает стекло в красивый зелено-золоти |
||||
|
в тонком слое стекло имеет более желтый цвет, в толстом – более зел |
||||
|
трехок сь урана UO3 |
стекло в |
-зеленый цвет яркой |
||
|
Коллоидные красителиокрашиваетнаходя ся в стеклежелтов к ллоидно-дисперсном |
||||
состоянии:флу ресценцией.
золото, медь, селен, сурьма – образуют т.н. красные рубины; серебро – окрашивает стекла в желтый цвет.
Золото окрашивает стекло в «золотой рубин» от розового до темно47 пурпурового цвета.
Глушители – придают стеклу непрозрачность.
Для получения глушеного стекла молочно-белого цвета
применяют
|
|
криолит (3NaFAlF3), кремнефтористый натрий (Na2SiF6) и |
|
|
|||||||||||||||
|
Окислители и восстановители позволяют варить цветные стекла как |
||||||||||||||||||
|
фтористый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в окислительной, так и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
кальций (CaF2). |
|
|
в восстановительной средах. |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Окислители – натриевая и калиевая селитры. |
||||||||||||
|
алюминий и магний др. |
|
|
Восстановители – углерод, металлические |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Стадии процесса стекловарения |
|
|
|||||||||||||||
|
|
(в реальном производстве не изолированы друг |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
от друга) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Силикато- |
|
|
Стекло- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Дегазаци |
|
|
|
Гомогенизац |
|
|
|
|
Студ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
образован |
|
|
образован |
|
|
|
я |
|
|
|
ия |
|
|
|
|
ка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
ие |
|
|
ие |
|
|
1400- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
800-9000С |
1150- |
|
|
|
|
15000С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Силикатообразование0 |
– растворение компонентов шихты (нет отдельно |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
1200 С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
песка, соды, мела и т.д.).
Стеклообразование – расплавленная масса смеси компонентов
становится прозрачной, Дегазация – стекломасса освобождается от видимых газовых включений
(пузырей). однако имеет много газовых пузырей. Гомогенизация – стекломасса становится однородной по показателю
преломления Студка – температура(оптическиестекломассыстекласнижается0,0005):наперемешивание200-3000 для приданияили
выдержкайнеобходимойпри высокойтехнологической вязкости. 48 температуре.
Способы изготовления изделий из материалов
на основе минерального стекла
Форму изделиям из стекла придают, когда стекломасса находится в жидком или пластичном состояниях.
- литье в форму;
|
- штамповка; |
|
- прокатка между вальцами; |
|
- прессование; |
|
- выдувание железной трубкой (как |
|
мыльные пузыри); |
|
- вытягивание в листы, трубки и нити; |
|
- центробежное формование; |
|
- сваривание между собой стеклянных |
|
изделий; |
Прессование применяют для массового изготовления |
|
или полых |
- спекание стеклянных порошковмассивныхволокон |
(при производстве фильтров). |
|
стеклоизделий с толстыми стенками и неглубокой,
простой по форме,
цилиндрической, призматической |
|
|
Выдувание широко распространено для изготовленилия полых |
|
|
уживающейся кн зу полостью. |
|
|
стеклянных изделий |
|
|
самой разнообразной формы, размеров и назначений |
||
(консервные банки, |
49 |
|
молочные бутылки с широким горлом и т.д.). |
||
|
||
Прокатка используется для получения гладкого листового стекла толщиной до 25 мм,
а также рифленого и узорчатого стекла с наружным и Вытягивание применяют для получения стеклянных лент внутренним рисунком.
различной толщины.
Центробежное формование применяют для изготовления
полых стеклянных
изделий с гладкой цилиндрической внутренней
поверхностью и
сложной наружной поверхностью, например,
линз Френеля,
стеклянные тела с |
представляющих собой боченкообразные |
|
|
|
|
Механическая обработка |
|
|
|
- резка циркулярными пилами с алмазной |
|
текол |
поясными линзами и призмами на наружной |
|
набивкой; |
|
|
поверхности, |
- сверление стальным сверлом (с |
|
|
применяемые в светотехнике. |
|
|
применением |
|
|
особой смачивающей жидкости); |
|
|
- обточка на токарном станке |
|
|
победитовыми резцами; |
|
|
- резание алмазом или стальными |
|
|
роликами; |
50 |
|
- шлифовка и полировка. |
|