36. Физико-химические основы стекловарения. Вязкость и поверхностное натяжение стекол и расплавов. Технологическая шкала вязкости.

1. Технологические параметры, которые определяют технологию варки стекла.

1.Вязкость - коэффициент внутреннего трения. Характеризует способность частиц перемещаться внутри данного вещества в зависимости от Т. Зависимость вязкости от Т главная характеристика, которая задает параметры основных стадий технологий стекла. Она изменяется в широких пределах 10Па*с-10¹⁹Па*с.

П ри низких Т вязкость меняется незначительно. Наиболее резкое ↓ ее происходит в интервале 10⁷-10¹⁵Па*с.

По характеру изменения вязкости в интервале формирования, различают :

1.короткие стекла

2.длинные

Необходимой формовочной способностью стекломасса обладает в диапазоне вязкости 10²-10⁸. Этому диапазону вязкости в зависимости от состава соответствует свой Т-ый интервал ∆Т₁ или ∆Т₂. Стекломасса, которая обладает небольшим Т-ым интервалом (100-150˚С) называется короткой стекломассой, а если большой-длинной.

На рисунке: 1-длинное, 2-короткое.

Короткие стекла требуют особенно строгое соблюдение Т-но временного режима формирования. Незначительное нарушение приведет к резкому ↑ вязкости и формование стекломассы станет невозможным на вязкость и длину стекла влияет химический состав т.к. стекла многокомпонентные, то изменения содержание компонентов можно плавно изменить вязкость и длину.

Вязкость зависит от прочности связи между частицами. Наибольшей обладает кварцевое стекло. Оксид щелочного Ме ↓ вязкость. Ведение оксида щелочного Ме приводит к образованию немостиковых атомов О₂, нарушая целостность каркаса и ↓ вязкость.

*ZnO₂, CdO, PbO ↓ вязкость, Al₂O₃, SrO₂, ZrO₂ ↑ вязкость стекломассы. В период варки стекла для ↓ вязкости вводят добавки фторсодержащих соединений (3NaF*AlF₃-криомет)

2. Поверхностное натяжение -0,115-0,47 Н/м. Такое высокое значение обуславливает разработку таких способов формования стекла как вытягивание листов, выдувание малых изделий, которые к др.материалам неприменимы. Действие сил играют важную роль на всей стадии технологического процесса. Кроме того в значительной степени определяет условия образования пороков стекла. Условием растворения таких включений является соотношение , расплава и включения. играет роль при глазуравании изделий, при производстве стекловолокна, сварке, спайке.

37. Сырьевые материалы для производства стекла. Природное сырье и синтетическое. Основное и вспомогательное сырье. Методы получения синтетического оксида кремния.

2 Группы:

1.главные - содержат компоненты, которые образуют основу стекла и определяют его свойства.

2.вспомагательные - содержат компоненты, которые вводятся для изменения его свойств и ускорения варки (красители, глушители, осветители, окислители, ускорители ).

По происхождению:

1.природные

2.синтетические.

Синтетические чище природных, богаче основными веществами и содержат меньше примеси.

Требование к качеству сырьевых материалов для стекол, используемых в ЭТ определяются требованием к качеству готового изделия.

В стекольной промышленности, для различных стеклоизделий , в качестве материала для введения SiO₂ используется кварцевый песок, кварцит, жильный кварц и т.д. (всего 15 марок стекла). Но высокие требования к материалам ЭТ. Привели к разработке след. методов получения синтетических SiO₂:

1.газофазный синтез из тетрахлорида Si в водородно-кислородном пламени.

SiCl₄+2H₂O→SiO₂+4HCl

Качество SiO₂ определяется степенью чистоты SiO_4.

Недостатки такого SiO_2. : значительное содержание гидроксильных групп и пониженная жаростойкость .

2.прямое окисление тетрохлорида Si кислородной низкотемпературной плазме.

SiCl₄+O₂ →SiO₂+2Cl₂

SiO₂ имеет малое количество гидроксильных групп, но в нем есть ионы Cl (0,05%)

3. получают SiO₂ из геля SiO₂ путем его высушивания, термообработке и плавления при Т=1800˚С. Такое стекло свободно от Cl и от гидроксильных групп.

Кварцевое стекло, получают из такого сырья, характеризующегося высокой степенью чистоты, примеси в них ≤10^-6%.

Из них делают кварцевые тигли для выращивания монокристаллов Si по Чахрольскому, кварцевые реакторы для эпитаксии п.п. и для лазерных и оптических стекла.

38. Сырьевые материалы для производства стекла. Красители (молекулярные и коллоидные). Глушители. Окислители. Восстановители. Осветлители. Обесцвечиватели. Ускорители варки.

1.Материаллы для введения стеклообразующих оксидов.

В₂О₃- используют Н₃ВО₃(борная кислота)

Na₂B₄O₇-бура

Al₂O₃ - глинозем Al₂O₃ чистый, природный материал- полевой шпат и т.д.

Р₂О₅, ТiO₂, ZrO₂- с помощью чистых синтетических материалов.

2.Материалы для введения щелочноземельных оксидов.

СаО-мел-СаСО₃(известняк)

СаСО→СаО+СО₂

MgO- доломит СаСО₃*Mg СО₃

BaO-BaCO₃

PbO- используют свинцовый сурик Pb₃O₄ .

ZnO-цинковые белила (ZnO чистый)

ВеО-ВеСО₃- углекислый Ве.

3.материалы для введения щелочных оксидов.

Na₂O— cода –Na₂CO₃, Na₂SO₄-сульфат натрия.

K₂O-K₂CO₃-потане, К₂NО₃- каливая силитра.

Li₂O-углекислый Li -Li₂CO_3.

4. материалы для введения красителей.

Используют как дополнительные вещества для производства цветных стекол, эмалей и глазурей.

Различают:

- молекулярные красители, которые растворяются в стекле и образуют ионно-молекулярные соединения

-коллоидные - не растворяются в стекле и находятся в виде коллоидно- дисперсных частиц.

К молекул-м относятся :оксиды МnO(фиолетовый), Cr₂O₃(желто-зеленый), FeO (сине-зеленый).

К коллоидным относятся : золото(красный), серебро(золотисто-желтая), медь (ярко-красная), силен (от желтой до темно-красной).

5.материаллы для введения глушителей.

Используют для получения заглушенных или молочных стекол.

Глушители плохо растворяемые вещества, которые выделяются в стекле в виде частичек. Меняя концентрацию глушителя, можно получить от мутноватого до полностью непрозрачного стекла.

К ним относятся:

1.фтористые соединения

2.фосфатные.

6. материалы для введения технологических добавок, которые регулируют условия варки стекла.

6.1 окислители - вводят в те стекла, которые варятся при окислительных условиях. Эти условия создаются газовой средой и введением специальных добавок , которые разлагаясь при нагреве выделяют кислород. О₂ предотв.т восстановление красящих оксидов и сохраняют нужную окраску.

6.2 восстановители - для создания восстановительных условий.

К ним относятся: углерод; металлический Al; Mg; соединения олова, сурьмы.

6.3 осветители - вещества, которые разлагаются в процессе варки и способствуют освобождению стекломассы от пузырей.

К ним относятся: Na₂SO₄ ; NaCl; натриевая селитра (NaNO₃)

6.4 обесцвечиватели- для устранения нежелательных цветных оттенков в стекле, которые обусловлены содержанием в стекле оксида Fe. 3-х валентное Fe (Fe₂О₃) по сравнению с 2-х валентным является менее интенсивным красителем, → для того чтобы перевести FeО в Fe₂О₃ используют хим. обесцвечиватель . Иногда используют физ. обесцвечиватели, которые дополняют своей окраской сине- зеленую окраску в стекле и переводят ее в нейтральную.

К ним относятся: Se; NiO; CoO