Неорганическое стекло

Это затвердевший раствор (сложный расплав высокой вязкости) кислотных и основных оксидов. Стеклообразующий каркас стекла образует катион [SiO₄]^-4 . При частичной замене Si на Al или В образуются алюмосиликаты [Si Al O₄]^2- , боросиликаты [Si В O₄]^2- .

Стекло модифицируют Na, K, Ca, Mg, Ba. Введение модификаторов снижает прочность, термо- и химическую стойкость стекла, но облегчает его производство. В состав стекла часто вводят оксиды P, Al, Fe, Pb, Ti, Mo, Be, Ge, Cu и других элементов таблицы Менделеева для придания определенных специфических свойств.

В зависимости от химической природы стекла подразделяются на силикатные (SiO₂), алюмосиликатные (Al₂О₃SiO₂), боросиликатные (В₂О₃SiO₂), алюмоборосиликатные (Al₂О₃В₂О₃SiO₂), алюмофосфатные (Al₂О₃Р₂O₅) и другие. По содержанию модификаторов стекла бывают щелочными, бесщелочными, кварцевыми. По назначению стекла подразделяются на оптические, светотехнические, электротехнические, химико-лабораторные, приборные, трубные, строительные, бытовые и другие.

При нагреве стекло плавится в некотором интервале температур, зависящим от его химсостава. Температура стеклования 425-600 ⁰С, размягчения 600-800 ⁰С. переработку стекол производят после расплавления 1000-1100⁰ С. Удельный вес стекла колеблется от 2200 до 8000 кг/м³. Стекло в большинстве своем хрупко, твердо. Более прочное стекло бесщелочное и кварцевое.

Стекло в зависимости от химсостава может быть разного цвета – белое, зеленое, синее, красное, желтое и т.д. Важнейшим свойством стекол являются оптические свойства: светопрозрачность, отражение, рассеяние, поглощение, преломление света. Химстойкость стекла зависит от содержащихся в нем компонентов.

Механические свойства и термостойкость стекла можно увеличить с помощью закалки: нагрев до температуры стеклования (425-600⁰ С) и быстрое охлаждение в потоке воздуха или масле. При этом увеличивается в 5-7 раз ударная вязкость и в 3-6 раз сопротивление статическим нагрузкам. Термохимическое упрочнение производится с помощью закалки в подогретых кремнийорганических жидкостях, в результате чего на поверхности образуются прозрачные полимерные упрочняющие пленки. Упрочнить стекло можно травлением его в плавиковой кислоте (НF), при этом удаляются поверхностные дефекты, и качество стекла улучшается.

Для дальнейшего упрочнения стекла изготавливают силикатные триплексы, которые представляют собой два закаленных стекла склеенные прозрачной эластичной пленкой (обычно лавсановой).

Для увеличения теплоизоляции изготавливают трехслойное стекло – термопан, состоящее из двух стекол и воздушного пространства между ними.

Для остекленения транспорта применяются закаленные стекла, триплексы и термопаны.

В оптические стекла добавляют оксид свинца, в светорассеивающие – соли фтора, в стекло задерживающее инфракрасное излучение – окислы железа и ванадия и т.д.

Из стекла изготавливают стекловату, стекловолокно, стеклоткани, стеклорагожу и т.д. Их применяют для теплоизоляции, звукоизоляции.

Ситаллы – это стеклокристаллические материалы, получающиеся путем полной или частичной управляемой кристаллизации. От стекол ситаллы отличаются мелким кристаллическим строением. Ситаллы получают путем плавления стекольной шихты с добавкой катализаторов, охлаждения до пластического состояния, формования изделий и их ситаллизации. В состав стекла входят LiO₂, Al₂O₃, SiO₂, MgO, COO и другие катализаторы, а также соли светочувствительных металлов Au, Ag, Cu, фтористые, фосфатные соли, соединения TiO₂ .

Ситаллы делятся на: фотоситаллы, термоситаллы, шлакоситаллы. Фотоситаллы получают из литиевого стекла с нуклеаторами – коллоидными красителями. Фотохимический процесс протекает при облучении стекла ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами. Термоситаллы получают из стекол MgO Al₂O₃SiO₂, CaOAl₂O₃SiO₂ с добавками TiO₂, FeS, нуклеаторов. Шлакоситаллы получают из доменных шлаков с катализаторами (сульфаты, порошки железа, соединения фтора).

Из ситаллов изготовляют подшипники, детали двигателей, жаростойкие покрытия, абразивы, фильеры, сопла реактивных двигателей.