Cebula Mariusz

13.12.2010 r.

TBHP W10

Praca kontrolna nr 1 z Technik wytwarzania z materiałoznawstwem

Temat: Szkło i sposoby jego otrzymywania

Szkło to substancja, o właściwościach mechanicznych zbliżonych do ciała stałego, powstałego w wyniku przechłodzenia stopionych surowców, głównie minerałów i innych surowców nieorganicznych. Z prostych składników, takich jak: czysty piasek kwarcowy - SiO2, soda - Na2CO3 i wapień - CaCO3, można otrzymać szkło.
Brak uporządkowanej struktury w przestrzeni zbliża szkło do cieczy, natomiast sztywność i kruchość do ciał stałych. W życiu codziennym termin szkło kojarzy nam się z szybami okiennymi. Jest to dowód na to, że szkło dobrze przepuszcza promienie widzialne (ok.90%).

Obecnie szkło produkuje się w hutach szkła.
Huty szkła to zakłady wytapiające i wytwarzające produkty szklane. Surowce szklarskie po odważeniu i zmieszaniu zasypuje się do pieców szklarskich ogrzanych do temperatury kilku tysięcy stopni Celsjusza i wytapia się masę szklarską. Z tej masy natomiast formuje się odpowiednie wyroby przez prasowanie, ciągnienie, walcowanie, wydmuchiwanie lub wytłaczanie w formach. Po kilku tygodniach stygnięcia i twardnienia, szkło nadaje się do użytku.

Rodzaje szkła:

Szkło bezpieczne jest to rodzaj specjalnego szkła, które w wyniku hartowania po rozbiciu rozpada się na małe kawałki o zaokrąglonych, nie kaleczących krawędziach.
Jednym z rodzajów tego szkła jest szkło zbrojone. Jest ono walcowane z wtopioną siatką metalową, co zapobiega rozpryskiwaniu się szkła przy pęknięciu. Szkło to jest głównie stosowane w budownictwie i motoryzacji (szyby samochodowe)

Szkło wodne jest to syropowatej gęstości ciecz będąca wodnym roztworem krzemianu sodu lub potasu. Stosowane jest do ochrony przeciwogniowej tkanin, papy, drewna i do wyrobów kitów i farb ognioochronnych.

Szkło ołowiowe jest łatwo topliwe i ma duży współczynnik załamywania światła. Z tego powodu służy do wyrobu kryształów i soczewek.

Szkło potasowe składa się głównie z K2O(tlenku potasu), CaO(tlenku wapnia) i SiO2(tlenku krzemu). Jest to szkło trudno topliwe, więc znalazło sobie zastosowanie w laboratoriach chemicznych. Jest ono niezastąpione, gdyż nawet na lekcjach chemii często ogrzewamy probówki do wysokich temperatur. Zwykłe szkło w tych warunkach odkształciłoby się i niemożliwe byłoby przeprowadzania doświadczeń laboratoryjnych.

Szkło sodowe ma natomiast niską temperaturę topnienia. Składa się głównie z tlenku: sodu, wapnia i krzemu. Ma bardzo duże zastosowanie w życiu codziennym. Z pewnością sami nie zdajemy sobie sprawy, jak często się z nim spotykamy. Szkło to służy do wyrobu sprzętów codziennego użytku takich jak: szklanki, naczynia i szyby okienne. Również stosujemy je do produkcji opakowań szklanych; butelek i słoików.

Szkło kwarcowe składa się głównie z tlenku krzemu. Jest trudno topliwe. Ma dużą odporność na zmiany temperatury. Cechuje je też dobra przepuszczalność promieni widzialnych. Szkło kwarcowe znalazło sobie zastosowanie w produkcji naczyń laboratoryjnych i elementów aparatury optycznej. Jednak głównie służy do produkcji lamp kwarcowych.

Szkło artystyczne kształtuje się na gorąco z masy płynnej. Wyroby szklane dekoruje się emaliami i złoceniem, szlifowaniem, grawerowaniem, punktowaniem i rysowaniem diamentem. Można też trawić powierzchnię kwasem i matować piaskiem. Współcześnie w wytwarzaniu szkła artystycznego wykorzystuje się przede wszystkim możliwości, które oferuje sam materiał.
Kształtowanie szkła ciekłego daje w efekcie nowe, bogate formy przedmiotów. Produkcja ta może odbywać się automatycznie przy użyciu maszyn lub własnoręcznie.
Przedmioty wykonane przez artystę rzeźbiarza mogą stać się dziełem sztuki. Istnieje już nawet Muzeum Szkła Artystycznego w Murano; mieście, w którym przed wiekami zaczęto produkować szkło.

Zastosowanie szkła:
Szkło dzięki swoim cechom znajduje zastosowanie we wszystkich dziedzinach życia.
Jest ono stosowane jako:

• Optyczne - pryzmaty, soczewki czyli specjalnie uformowane kawałki szkła

• Okienne - szyby okienne

• Laboratoryjne - sprzęt laboratoryjny

• Budowlane - wata szklana, płyty wykładzinowe, izolacja cieplna (szkło piankowe)

• Stołowe - szklanki, kieliszki, wazony, talerze, ozdobne dzbanki

• Elektrotechniczne - żarówki, izolatory

• Butelkowe - butelki

• Na opakowania - słoiki i inne szklane opakowania, przydatne w różnych dziedzinach życia
  Tworzywa sztuczne wzmacnia się włóknami ze szkła. Powstaje wtedy materiał zwany kompozytem, stosowany do budowy karoserii samochodowych.
  Materiały ceramiczne są odporne na wysokie temperatury. Płytki ceramiczne chronią wnętrze statku kosmicznego przed nagrzaniem podczas wchodzenia w atmosferę.

Właściwości szkła:

• Substancja bezpostaciowa, tzn. nie ma uporządkowanej budowy wewnętrznej

• Nie posiada stałej temperatury topnienia

• Materiał izotropowy

• Słaby przewodnik dla elektryczności

• Materiał o dużej odporności chemicznej (nie jest odporny na działanie kwasu fluorowodorowego)

• Właściwości mechaniczne szkła budowlanego:

• twardość w skali Mohsa 5-7

• gęstość szkła budowlanego 2400-2600 kg/m³

• wytrzymałość na zginanie 30-50 MPa

• wytrzymałość na ściskanie 800-1000 MPa

• moduł Younga 70 GPa

Właściwości szkła są uzależnione od sposobu wytopu oraz w ograniczonym zakresie od składu chemicznego.

Produkcja szkła

Przygotowanie zestawu szklarskiego

Surowce wykorzystywane do produkcji szkła są wpierw odważone, następnie po wymieszaniu są zasypane do szklarskich pieców.

Topienie masy szklanej

ogrzewanej do bardzo wysokiej temperatury- kilka tysięcy °C. Tak wysoką temperaturę zapewniają palniki gazowe.

Procesy prowadzące do gotowego produktu to:

• Prasowanie,

• Ciągnienie masy szklarskiej,

• Proces walcowania,

• Proces wydmuchiwania lub wtłaczania w odpowiednie formy,

• Odprężanie,

• Hartowanie 

Produkcja szkła płaskiego- na powierzchni stopionej cyny (c) po zastosowaniu chłodzenia (d); dalsze chłodzenie na wałkach (e);cięcie szkła przecinakiem (f)

Przykładowe sposoby otrzymywania szkła:

Metoda Zol-żel (sol-gel) może stanowić dobrą alternatywę otrzymywania szkieł dla specjalnych zastosowań. Pozwala ona uzyskiwać materiały w temperaturach znacznie niższych niż w przypadku tradycyjnej metody topienia.
Pozwala ona uzyskiwać cienkie warstwy na różnych podłożach, takich jak np. folia szklana, materiały włókniste.
Szkła otrzymane w procesie zol-żel charakteryzuje wysoka czystość chemiczna, są one także wolne od pęcherzy, smug i wtrąceń.
Proces ten bazuje na mieszaninach cieczy.

Sposób wytwarzania szkła piankowego stosowano drobno zmieloną na sucho mieszankę szkła z dodatkiem sadzy gazowej, albo sadzy lampowej, wodorotlenku strontu albo węglanów wapnia, magnezu lub innych środków spieniających. Następuje intensywne wywiązywanie się gazu, powodujące szybkie wypełnienie formy pianką szklaną. Zawartość formy ochładza się tak, że powstaje warstwa zewnętrzna, która utrzymuje kształt.

---