Wykłady
 Nauka o materiałach
I Rok WIMiR
SZKA
O
Materiały z wykładów dostępne
sÄ… na stronie Katedry Ceramiki Specjalnej
w menu bocznym Materiały Dydaktyczne
pod hasłem nom_kcs
SZKA
O
Szkło jest ciałem w którym
uporządkowanie elementów
budujących (atomów lub
jonów) ogranicza się do
najbliższego otoczenia
każdego z budujących go
elementów. Szkło nie posiada
uporzÄ…dkowania
strukturalnego elementów
budujÄ…cych, mimo to
mechaniczne właściwości
zbliżają szkła do ciał stałych.
Szkło nie jest fazą
termodynamicznÄ…,jest
stanem nietrwałym materii.
SZKA
O
Teorie budowy szkieł:
" Ciecz przechłodzona (Tamman)
" Ciecz przechÅ‚odzona i przeobrażona (Görlich)
" Zespół związków chemicznych (Botiwkin)
" Zespół krystalitów (Lebiediew)
" Koloid (Mie)
" Polimer (Sosman, Appen)
Definicja Polskiego Komitetu Normalizacyjnego:
Szkło jest produktem pozostającym w swej masie nieskrystalizowanym,
otrzymanym poprzez stopienie i ochłodzenie substancji do temperatur
niższych od temperatury wykrywalnej krystalizacji.
WA
AÅšCIWOÅšCI SZKIEA

Są one pośrednie pomiędzy właściwościami cieczy i ciał stałych,
do cieczy upodabnia je:
" brak uporzÄ…dkowania strukturalnego
" brak określonej temperatury topnienia
" izotropia właściwości
do ciał stałych:
" właściwości sprężyste
" właściwości mechaniczne.
Składy chemiczne wybranych szkieł krzemianowych
Szkło
Składniki Okienne Techniczne Butelkowe Kryształowe Optyczne
%
SiO2 72 80 73,4 60 35,1
Al2O3 1,3 1,2 - 0,1
1,9
-
Fe2O3 - 0,2 - -
B2O3 -- -
-
CaO 8,0 11,8 10,6 - 0,1
MgO 4,0 0,5 - - -
BaO - - - 2,0 -
PbO - 1,5 - 24,5 61,8
Na2O 14,4 14,3 1,5 -
5,3
K2O - - 12,0 2,9
METODY FORMOWANIA SZKIEA

1. rozdmuchiwanie porcji szkła
2. wytłaczanie wyrobów
3. ciÄ…gnienie tafli i rur
4. walcowanie szkła
5. prasowanie szkła
6. rozwłóknianie szkła.
Lepkości charakterystyczne szkieł krzemianowych
Lepkość
Operacje technologiczne
lg ·
2 Klarowanie szkła
2.5 Można nabierać na piszczel
3,0-3,5 Formowanie ręczne /rozdmuchiwanie/
3,5-5 Mechaniczne formowanie szkieł
5 Obróbka na palnikach
7Tłoczenie szkieł
8Gięcie płyt szklanych
9 Prasowanie szkła
10 Koniec możliwości obróbki szkła
13 Lepkość przeobrażenia /odprężania/
16 Zestalenie szkła
NOWOCZESNA LINIA WYTWARZANIA SZKA
A PA
ASKIEGO
FORMOWANIE TECHNIK
ROZDMUCHIWANIA KROPLI
Właściwości fizyczne szkieł krzemianowych:
Gęstość 2,0  8,2 [g/cm3]
Twardość 5  7 (skala Mohsa)
Wytrzymałość:
na ściskanie 40  200 [MPa]
na zrywanie 6  12 [MPa]
WRC 5·10-7  1,6·10-5 [1/K]
Odporność na wstrząsy cieplne 80  1500 [oC]
WI
ZANIA CHEMICZNE W SZKA
ACH
Kowalencyjno  jonowe  Szkła nieorganiczne
Kowalencyjno  dyspersyjne  Szkła organiczne
Kowalencyjno  metaliczne - Szkła metaliczne
Udział kowalencyjnego charakteru w wiązaniach pośrednich sprzyja
wysokiej lepkości stopów.
SZKA
A NIEORGANICZNE
Podział tlenków metali w technologii szkła
Podgrupy
Okresy
s d p
1 H2O
2 Li20, BeO B2O3
3 Na2O, MgO Al2O3, SiO2,P2O5
4 K2O, CaO Cr2O3, Mn2O, FeO... GaO2, As2O3,As2O5
5 Rb2O, SrO Ag2O, CdO ...... SnO2, Sb2O3, Sb2O5
6 Cs2O, BaO La2O3 ....... PbO
7 UO2 .......
Pierwiastki o niewypełnionej orbicie p tworzą tlenki o charakterze kwaśnym. Tlenki te
mają charakter szkłotwórczy tworzą one ciągłą w przestrzeni więz
. Najważniejszymi są:
SiO2, P2O5 i B2O3.
Pierwiastki o niewypełnionych orbitach s mają charakter zasadowy. Tlenki te modyfikują
więz
tworzoną przez tlenki szkłotwórcze. Najważniejszymi modyfikatorami są: Na2O,
K2O, MgO i CaO
Tlenki o niewypełnionych orbitach d w technologii pełnią rolę tlenków barwiących szkło.
KRYSTALOCHEMICZNE WARUNKI TWORZENIA SZKIEA

1.
Kation musi być dostatecznie duży dla skoordynowania co
najmniej trzech anionów. Warunek wynika z konieczności
zbudowania przestrzennie ciągłej  struktury .
2.
Anion nie może być zbyt duży.
3.
Właściwymi dla kationów szkłotwórczych
sÄ… liczby koordynacyjne 3 i 4.
KRYSTALOCHEMICZNE WARUNKI OBNIŻANIA
TEMPERATURY MI
KNI
CIA SZKIEA

1. Przez zastąpienie tetraedrów [SiO4] trójkątami [BO3]
2. Przez wprowadzenie modyfikatorów, kationów o większej liczbie
koordynacyjnej i niższej wartościowości
Mniejszej sile wiÄ…zania jonowego.
3. Przez częściowe zastąpienie kationów szkłotwórczych kationami o
mniejszej sile wiÄ…zania.
4. Przez zastąpienie modyfikatorów dwuwartościowych
jednowartościowymi.
5. Przez zastąpienie anionu dwuwartościowego jednowartościowym
np. O-2 º% F-1
ÅšWIATA
OWODY
Światłowód jest urządzeniem optycznym
zapewniającym warunki dla przepływu światła drogą
wielokrotnych odbić wewnętrznych
Każdy światłowód cylindryczny musi być zbudowany,
z co najmniej dwu materiałów o różnych
współczynnikach załamania światła. Materiał
przewodzący światło (rdzeń) musi posiadać większy
współczynnik załamania od materiału otaczającego
(płaszcz).
ÅšWIATA
OWODY
Bieg promienia na granicy dwu ośrodków
Przy określonym kącie padania kąt załamania Ś2 może osiągnąć wartość
Ą/2, promień nie opuszcza ośrodka optycznie gęstszego i następuje
całkowite wewnętrzne odbicie.
Wartość graniczna kąta padania Ś1 wynosi:
Szkło kwarcowe / powietrze = 35o05'
Szkło Flint lub crown / powietrze = 46o 16'
WYTWARZANIE ÅšWIATA
OWODÓW SZKLANYCH
Preforma scalana mechanicznie
WYTWARZANIE ÅšWIATA
OWODÓW SZKLANYCH
Preforma odlewana odśrodkowo
FORMOWANIE ÅšWIATA
OWODU
LITERATURA do wykładu
1. R. Pamuch, Współczesne materiały ceramiczne, Wyd. AGH,
Kraków, 2005
2. J. Dorosz, Technologia światłowodów włóknistych, Ceramika
86, Wyd. PTCer., Kraków, 2005
3. Foldery producentów