Szkła mogą być uważane za odmianę materiałów ceramicznych, pomimo
przewagi struktury bezpostaciowej nad krystaliczną. Stan struktury szkieł
jest pośredni między stanami ciekłym i stałym. Stan ten nie jest stanem
równowagi i jest osiągany przez powstrzymanie krystalizacji, w wyniku
szybkiego chłodzenia w zakresie temperatury krzepnięcia.
Sieć wewnętrzna najprostszych szkieł składa się z wzajemnie
połączonych czworościanów lub trójkątów.
Rys. 1 Struktura szkieł
•Gęstość 2.1 –6.5 g/cm3(najczęściej 2.5 g/cm3),
•Współczynnik rozszerzalności cieplnej 0,06 do 1x10
-6
K
-1
•Wytrzymałość na rozciąganie 40-100 MPa (po hartowaniu
300MPa),
•Średnia twardość Mohsa najczęściej wynosi 6.
•wytrzymałość na ściskanie 600-1200 MPa.
Fot. 1 Krawędzie szkła
Zalety szkła to:
- odporność na czynniki atmosferyczne,
- odporność na działanie kwasów( z wyjątkiem
fluorowodorowego) i zasad,
- odporność na działanie wysokich temperatur,
- przezroczystość, niepalność,
- mała przewodność cieplna i elektryczna,
- nieprzenikalność cieczy i gazów,
- łatwość kształtowania w stanie plastycznym.
Wady szkła to:
- kruchość,
- wrażliwość na naprężenia temperaturowe.
Barwę szkłu nadają różne składniki.
Po dodaniu:
- manganu(Mn) i niklu(Ni) szkło zabarwi się na fioletowo,
- żelaza(Fe) i chromu(Cr) na zielono.
Naukowcy opracowali jeszcze wiele innych kombinacji
łączenia pierwiastków do otrzymywania różnych kolorów
szkła. Dla otrzymania jeszcze większej ilości odcieni szkła
dodaje się też bieli cynkowej (ZnO), substancji barwiących
oraz odbarwiających. W ten właśnie sposób możemy
otrzymać każdy kolor, który jest nam potrzebny.
Fot. 2 Szkło barwione
Podział szkieł ze względu na skład
chemiczny:
-kwarcowe,
-krzemowo-sodowo-wapniowe,
-borowe,
-krzemowo-glinowo-sodowe,
-litowe i inne.
Podział szkieł ze względu na
zastosowanie:
-szkła techniczne,
-szkła budowlane,
-szkła gospodarcze,
-szkła do wyrobu opakowań.
Czynnikiem decydującym o postaci otrzymanego szkła
jest prędkość stygnięcia.
Gdy pozwolimy szkłu stygnąć powoli, to otrzymamy
nieprzezroczysty kryształ ciała stałego.
Szybkie stygnięcie zapobiega krystalizacji i zachowuje
takie cechy cieczy jak przejrzystość – w efekcie
uzyskujemy znane nam szkło.
Materiał z którego produkuje się typowe szkło
butelkowe
składa się w
50% z piasku (głównie krzemionka, czyli dwutlenek
krzemu),
16% sody amoniakalnej (węglan sodu),
12% węglanu wapnia,
18% potłuczonych odpadów szklanych
4% innych substancji.
Fot. 3 Szkło butelkowe
Produkcja butelek w procesie podwójnego dmuchania.
W pierwszej fazie powstaje szyjka, następnie przez
szyjkę wdmuchuje się powietrze, aby powstał
półfabrykat, któremu po przeniesieniu do formy
właściwej nadaje się ostateczny kształt.
Rys. 2 Proces podwójnego dmuchania butelek
Produkcja szkła płaskiego
Produkcja szkła płaskiego - załadowanie piasku, wapienia i sody
bezwodnej (a) do pieca (b); warstwa stopionego szkła zastyga na
powierzchni stopionej cyny (c) po zastosowaniu chłodzenia (d);
dalsze chłodzenie na wałkach (e); cięcie szkła przecinakiem (f)
Rys. 3 Schemat lini produkcyjnej szkła płaskiego
Fot. 4 Huta szkła
Obróbka cieplna szkła polegająca na nagrzaniu szkła do
temperatury odprężania (620-680 °C zależnie od składu
chemicznego), następnie gwałtownym ochłodzeniu sprężonym
powietrzem.
. Cechy charakterystyczne szkła hartowanego to:
- wytrzymałość na zginanie 6 do 8 razy wyższa niż przed
hartowaniem,
- rozpada się na drobne kawałki nie powodując okaleczeń,
- 5 do 7 razy wyższa odporność na uderzenia od szkła zwykłego
- dobra odporność na szoki cieplne.
Szkło okienne jest bezbarwne, o
powierzchniach równych i gładkich.
Nie powinno powodować
zniekształceń obiektów
przez nie oglądanych.
Fot. 5 Szkło okienne
Szkło w które przed walcowaniem
wprowadza się siatkę stalową. Jest
stosowane do oszkleń poziomych i
pionowych w budownictwie
przemysłowym. Jest to szkło
ognioodporne, a przy uderzeniu
tłucze się ale nie rozlatuje na kawałki
ponieważ jest podtrzymywane przez
wtopioną siatkę.
Fot.6 Siatka stalowa w
szkle zbrojonym
Jest to najczęściej szkło krzemowo-
sodowo-wapniowe czasami z
dodatkami zwiększającymi
przezroczystość i połysk. Stosowane
jest ono najczęściej do wyrobu
przedmiotów ozdobnych i
gospodarstwa domowego.
Fot.7 Wyroby ze szkła
gospodarczego
Fot. 8 Produkcja kieliszków
Szkło to jest wysokoodporne na
działanie odczynników
chemicznych i wody, wykazuje
mały współczynnik rozszerzalności
termiczne i sąodporne na działanie
wysokiej temperatury.
Fot. 9 Wyroby ze szkła
laboratoryjnego
Stosuje się je do produkcji
soczewek, pryzmatów, luster i
innych elementów przyrządów
optycznych
Fot. 10 Soczewka kontaktowa
Ceramika szklana zwana też
dewitryfikatami lub pyroceramiką
powstaje przez krystalizację(odszklenie)
masy szklanej w ściśle określony sposób,
umożliwiający utworzenie struktury
bardzo drobno-ziarnistej, bez
porowatości, z pozostałością tylko ok.
2% fazy szklistej. Dewitryfikaty łączą
naturę ceramik krystalicznych i szkieł.
Fot. 11 Ceramika szklana
Dewitryfikaty
stanowią
nową
grupę
materiałów (opracowanąw 1960r.)
o lepszych właściwościach
fizycznych i mechanicznych od
szkła
i
ceramiki
tradycyjnej.
Ponadto,
stosowane metody wytwarzania,
oparte na technice formowania
szkła,
mają wiele cech korzystniejszych
od
metod
stosowanych
w
produkcji
zwykłych odmian ceramiki.
Fot. 12 Dewitryfikaty
Dewitryfikaty stosowane są do:
-wyrobu naczyń kuchennych i stołowych;
-na izolatory;
-do budowy wymienników ciepła;
-w technice jądrowej, do produkcji prętów kontrolnych
dla reaktorów atomowych;
-na powierzchnie ślizgowe łożysk i wirniki pomp;
-w przemyśle chemicznym i petrochemicznym-do
produkcji rur rurociągów;
-w przemyśle tekstylnym do wytwarzania prowadników
do nici, filierekdo wyciągania włókien syntetycznych,
itp.;
-do wytwarzania stożków rakiet i pocisków
sterowanych;
-na podłoża obwodów drukowanych i innych
elementów elektronicznych.
Fot 13. Izolatory porcelanowe
W 2007r wyprodukowano:
• 5 083 198 tys. sztuk
opakowań szklanych
• 1 087 895 ton
W 2007 roku mieszkaniec
Polski
Zużył średnio około 25 kg
opakowań szklanych
(konsumpcja tego typu
opakowań systematycznie
rośnie)
Fot. 14 Opakowania szklane
FILM
Hartowanie szkła
Bibliografia:
- www.wiem.pl
- Ewa Osiecka, Materiały budowlane, Kamień
- ceramika - szkło
- Paweł Banaś, Polskie współczesne szkło
artystyczne, wyd. Ossolineum, 1982.
