post

Стъкло – производство на стъкло

Стъкло се наричат преохладените стопилки на натриево-калциеви силикати и силициев диоксид, както и тези на оксидите на бора, германия и др. Стъклото е инертен материал, което ще рече, че не взаимодейства с почти нищо и това го прави изключително подходящо за приложение в бита и индустрията. То е крехко и може да бъде както напълно прозрачно, така и оцветено. Суровините за производството му са в изобилие, а стъклените отпадъци не замърсяват химически или биологически природата. Много композитни материали използват стъклени ингредиенти.

Съставки използвани за производството на стъкло

фулгурит, стъкло от мълния

фулгурит

Кварцовият пясък (силициев диоксид SiO2) е основната стъклообразуваща суровина. Много често в природни условия, когато в пустинята или на плажа пясъкът бъде ударен от мълния, се наблюдава витрификация (встъкляване) и формиране на фулгурити. Това са кухи кореноподобни образувания от стопен силициев диоксид и други материали.

Промишлено произведеното стъкло за ежедневни цели, включва в състава си силициев диоксид, натриеви силикати (Na2SiO3) и калциевите силикати (CaSiO3). За получаването на стъкла със специални свойства или различно оцветяване, към изходните компоненти се добавят и други оксиди.

Например магнезиев оксид (MgO) и алуминиев оксид (Al2O3) се прибавят за по-добра химическа устойчивост. Добавянето на оловен оксид (PbO) води до получаването на оловен кристал, който най-често е наричан само кристал. Такова стъкло има по-висок показател на пречупване на светлината и прави например кристалните чаши да изглеждат по-искрящи. Лантанов оксид като ингредиент също повишава показателя на пречупване, но намалява разсейването и затова се използва при изработката на лещи за очила и други прибори.

Стъклопроизводство

Смилане на изходните материали

Суровините, които се употребяват в стъклопроизводственият процес, първо се смилат, за да се увеличи многократно контактната повърхност между частиците им. Същевременно се цели достигане до добра хомогенност и равномерно разпределение в целия обем на сместа.

Смесване на шихтата

Хомогенната смес от твърди вещества, която се използва за производството на стъкло се нарича шихта. Нейният състав е от изключително значение за различните видове стъклени продукти. Затова тя се приготвя по предварително зададена рецепта.

  1. Обикновено стъкло. Шихтата за обикновеното стъкло съдържа 55% силициев диоксид, чист динатриев карбонат (Na2CO3), калциев карбонат (CaCO3) под формата на варовик, помощни оксиди (магнезиев и алуминиев) и старо натрошено стъкло. При необходимост могат да се добавят оцветители под формата метални оксиди, които в стопилка отделят цветни йони. Например двувалентните желязни йони оцветяват стъклото в зеленикав цвят, а тривалентните в червено-кафяв. Сребърните йони придават жълт цвят, а кобалтовите син.
  2. Термоустойчиво стъкло. Шихтата съдържа до 70% силициев диоксид, 10 – 25% диборен триоксид (B2O3), малки количества динатриев оксид (Na2O) и диалуминиев триоксид (Al2O3). Този вид стъкло се използва за изработката на лабораторна стъклария, която се подлага на чести и резки температурни изменения. Също се употребява за изработката на готварски съдове и е познато у нас като йенско.
  3. Кристално стъкло. Съставът на неговата шихта съдържа силициев диоксид, оловен оксид (PbO), дикалиев оксид (K2O), динатриев оксид, цинков оксид и алуминиев оксид.
  4. Алумосиликатно стъкло. Шихтата включва следните оксиди: силициев, алуминиев, калциев, магнезиев, бариев и борен. Използва се за изработката на влакна фибростъкло за композитните материали, в  които изпълняват ролята на армиращ материал.
  5. Германиево стъкло. Шихтата съдържа германиев и алуминиев оксид. Готовият продукт се употребява за направата на оптични кабели.

Стапяне

Стъкларските пещи представляват големи огнеупорни вани, в които готовата шихта постъпва. В началото на пещите при температури от 500 до 1000 градуса изходните суровини се стапят, реагират и се наблюдава стъклообразуване. Получената стопилка има голям вискозитет и съдържа множество въздушни мехурчета.

CaCO3 + Na2CO3 → (CaNa2)(CO3)2 + 2SiO→ Na2SiO3 + CaSiO3 + 2CO3

производство на стъкло

вана в стъкларска пещ – процеси на образуване на стъклото

При придвижването си стопената маса достига до средата на пещта. Там при по-високи температури (1500°С) нейният вискозитет намалява, мехурчетата въздух се отделят и тя се избистря. Стопилката продължава да се премества към края на ваната, където температурите отново спадат под 1200 градуса и стъкломасата става подходяща за формуване на стъклени изделия. Тези стъкларски пещи функционират в непрекъснат процес на работа.

Формуване

В миналото продуктите от стъкло са се формували ръчно с духални лули. Днес този метод използват главно занаятчиите и хората на изкуството. Съвременните методи включват машинно изтегляне и издуване и още преси за формуване.

формуване на стъкло

ръчно формуване с помощта лула и мокри вестници

По правило стъклото се охлажда бързо и неравномерно като се втвърдява и си запазва придадената му форма. Заради голямото му повърхностно напрежение, стъклените предмети остават изключително гладки.

Причината за неравномерното охлаждане е лошата топлопроводимост на стъклото. И тъй като отвън то изстива по-бързо, а отвътре по-бавно, стъкленият продукт се стреми да се свие. Възникват вътрешни напрежения, което би довело до счупване.

За да се избегне увреждане на продукцията, получените стъклени изделия след формуване и преди да са се охладили се поставят в специални пещи с температури малко над 500 градуса. Процесът се нарича отгряване и има за цел постепенното, а не бързо изстиване.

формуване

формуване с машинно изтегляне и издуване; лиценз на изображението: CC BY-SA 4.0

Съществуват случаи, когато вътрешните напрежения са желан резултат. Например автомобилите използват безопасни стъкла, които при катастрофа се пръсват на множество малки парчета без остри ръбове. Тези стъкла се получават след бързо охлаждане на формуваните изделия, чрез потапяне в специални масла.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *