Материалы и изделия из стекла

Стекловолокно— волокнистый материал, получаемый из плавленной стекломассы.

Наиболее широко применяются бесщелочное алюмоборосиликатное Е-стекло, а также высокопрочное стекло на основе оксидов SiO₂, А1₂O₃, MgO.

Диаметр стекловолокна может колебаться от 0,1 до 300 мкм. Форма сечения может быть в виде круга, квадрата, прямоугольника треугольника, шестиугольника. Выпускаются и полые волокна. По длине волокно делится на штапельное (от 0,05 до 2...3 м) и непрерывное.

Плотность стекловолокна — 2400…600 кг/м³. Прочность элементарных стеклянных волокон в несколько десятков раз выше объ­емных образцов стекла: предел прочности при растяжении достигает 1500...3000 МПа для непрерывных волокон диаметром 6...10 мкм. Стек­ловолокно имеет высокие тепло-, электро- и звукоизоляционные свойства. Стекловолокно термо- и химически стойко, негорюче, не гниет.

Поверхность стеклянных волокон при транспортировке и раз­личных видах переработки замасливают для предотвращения исти­рания, т.к. от состояния поверхности волокон зависит их проч­ность. Из стекловолокна изготавливают стекловату, ткани и сетки а также нетканые материалы в виде жгутов и холстов, стекломатов.

Пеностекло (ячеистое стекло) — ячеистый материал, получаемый спеканием тонкоизмельченного стекольного порошка и порообразователя.

Пеностекло вырабатывают из стекольного боя либо используют те же сырьевые материалы, что и для производства других видов стекла:кварцевый песок, известняк, соду и сульфат натрия. Порообразователями могут быть кокс и известняк, антрацит и мел, а также карбиды кальция и кремния, выделяющие при спекании углекислый газ, образующий поры.

Пеностекло имеет специфическое строение: в материале стенок крупных пор (0,25...0,5 мм) содержатся мельчайшие микропоры, что обусловливает малую теплопроводность (0,058...0,12 Вт/(м^.К)) при дос­таточно большой прочности, водостойкости и морозостойкости.

Пористость различных видов пеностекла составляет 80...95%; плотность 150...250 кг/м³; прочность 2...6 МПа. У пеностекла высо­кие тепло- и звукоизоляционные свойства. Пеностекло — несгорае­мый материал с высокой (до 600°С) теплостойкостью.

Пеностекло легко обрабатывать — пилить, шлифовать; оно хорошо склеивается, например, с цементными материалами.

Стеклопорполучают путем грануляции и вспучивания жидко­го стекла с минеральными добавками (мелом, молотым песком, золой ТЭС и др.).

В сочетании с различными связующими веществами стеклопор ис­пользуют для изготовления штучной, мастичной и заливочной теплоизоляции. Наиболее эффективно применение стеклопора в ненаполненных пенопластах, т.к. введение его в пенопласт позволяет снизить расход полимера и значительно повысить огнестойкость теплоизоляционных изделий.

Армированное стекло— конструкционное изделия, получаемое методом непрерывного проката неорганического стекла с одновре­менным закатыванием внутрь листа металлической сетки из отож­женной хромированной или никелированной стальной проволоки.

Это стекло имеет предел прочности при сжатии 600 МПа; об­ладает повышенной огнестойкостью. Армированное стекло безосколочно при разрушении, со светопропускаемостью более 60%. Оно может иметь гладкую, кованую или узорчатую поверхность, быть бесцветным или цветным. Армированное стекло применяют для остекления фонарей верхнего света, оконных переплетов, устройства перегородок, лест­ничных маршей и др.

Ситаллы

Ситаллы (стеклокристаллические материалы) — искусствен­ный материал на основе неорганического стекла, получаемый путем полной или частично управляемой его кристаллизации.

Термин «ситаллы» образован от слов: стекло и кристаллы. По структуре и технологии получения ситаллы занимают промежуточное положение между обычным стеклом и керамикой. От неорганическо­го стекла они отличаются кристаллическим строением, а от керами­ческих материалов — более мелкозернистой и однородной микро­кристаллической структурой.

В состав ситаллов входят:

оксиды — Li₂O, А1₂O₃, SiO₂, MgO, СаО и др.;

нуклеаторы — соли светочувствительных металлов Au, Ag, Си, являющиеся коллоидными красителями и присутствующие в стекле в виде тонкодисперсных частиц. Нуклеаторы являются дополнитель­ными центрами кристаллизации. Они должны иметь кри­сталлическую решетку, подобную выделяющимся из стекла кристал­лическим фазам, и способствовать равномерной кристаллизации всей массы;

глушители (плохо растворимые частицы) — фтористые и фос­фатные соединения, TiO₂ и др.

Структура ситаллов мелкокристаллическая, однородная, ха­рактеризуется отсутствием пористости. Средний размер кристалли­тов в ситаллах 1...2 мкм. Содержание кристаллической фазы в ситаллах не менее 40...50 %. Кристаллиты срастаются между собой или свя­заны прослойками остаточного аморфного стекла. Количество стеклофазы не превышает нескольких процентов. Беспорядочная ориентация кристаллитов приводит к отсутствию в ситаллах анизо­тропии.

Регулируя режимы термообработки, можно изменить степень кристаллизации и размеры кристаллов, что отражается на свойствах изделия.

Свойства ситаллов изотропны и в основном определяются фа­зовым составом и их структурой.

По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными (глу­хие), прозрачными, а также окрашенными (темного, коричневого, се­рого, кремового и светлого цветов).

Прочность ситаллов зависит от температуры: до 700...780^оС прочность уменьшается незначительно, а при более высоких температурах быстро падает. Жаропрочность ситаллов составляет 800...1200°С.

Причина особо ценных свойств ситаллов заключается в их исключительной мелкозернистости и почти идеальной поликристаллической структуре. В них совершенно отсутствует всякая пористость. Усадка материала при его переработке незначительна. Большая аб­разивная стойкость делает их малочувствительными к поверхност­ным дефектам.

Ситаллы классифицируют в зависимости от способа производства, от характера исходных материалов, а также по назначению.

По способу производства ситаллы получают, главным обра­зом, путем плавления стекольной шихты специального состава, охлаждения расплава до пластического состояния и формования из него изделий методами стекольной или керамической технологии (вытяги­вание, выдувание, прокатка, прессование) с последующей ситаллизацией. Ситалловые изделия получают также порошковым методом спекания.

По характеру исходных материалов и свойств выделяют: петроситаллы, шлакоситаллы и технические ситаллы. Разновидностью ситаллов являются ситаллопласты — композиционные материалы, получаемые на базе пластических масс (фторопластов) и ситаллов.

По назначению ситаллы делятся на конструкционные (строительные и машиностроительные), технические, радио-, электро- и фототехнические ситаллы. На основе ситаллов получают различные клеи для склеивания металла, стекла, керамики.

Наиболее широкое распространение в строительстве получили шлакоситаллы и пеношлакоситаллы.

В машиностроении ситаллы применяют для изготовления подшипников, деталей двигателей, труб, жаростойких покрытий, ло­пастей компрессоров, точных калибров металлорежущих станков, метрологических мер длины, фильер для вытягивания синтетического волокна, абразивов для шлифования; в химическом машиностроении — пар трения, плунжеров, деталей химических насосов, реакторов, мешалок, запорных клапанов.

Радио- и электротехнические ситаллы используются для изготовления подложек, оболочек, плато, сетчатых экранов, антенных обтекателей и др., а также как жаростойкие покрытия для защиты металлов от действия высоких температур.

Фототехнические ситаллы применяются для изготовления сетчатых экранов телевизоров, коллиматоров света, дорожных знаков, зеркал телескопов, для замены фотоэмульсий диапозитивов, на шкалах приборов и др. Разрешающая способность и качество изображения у фотоситаллов выше, чем у обычных фотоэмульсий.