Transcript 1. Стъкло

ФАКУЛТЕТ ПО ПРИРОДНИ НАУКИ
1
Катедра „Органична химия и технология“
СИЛИКАТНИ МАТЕРИАЛИ
1. Стъкло – състав, свойства,
видове и употреба.
2. Керамични материали
Доц. д-р В. Грозев
1. Стъкло
2
Под термина „стъкло“ се разбира твърд материал, получен чрез бързо охлаждане на стопилка за
да се получи аморфна структура. По-голямата част от стъклата са оптически прозрачни и крехки.
Стъклото може да се направи от много материали: метални сплави, йонни стопилки, полимери.
Познати са различни видове стъкла – обикновено, боросиликатно, кварцово, от полимери и
други.
1.1. Състав на стъклата
Основна съставна част на стъклата e SiO2, който се съдържа в кварцовия пясък. Температурата
на встъкляване на кварца е висока, затова към него се прибавя натриев карбонат Na2CO3, наречен
„сода“. Натриевият карбонат намалява температурата на встъкляване, но придава водоразтворимост
на стъклата. Поради тези причини се добавят някои оксиди – калциев оксид (СаО), магнезиев оксид
(МgО) и др. Например съставът на плоското прозоречното стъкло е : силициев диоксид, 72% + натриев
оксид (Na2O) 14,2% + вар (CaO) 10.0% + магнезиев оксид (MgO) 2.5% + алуминий (Al2O3) - 0,6%. При
този състав стъклото има висок коефициент на топлинно разширение и се топи при ниска температура
(около 5500С).
За придаване на определени свойства в стъклата се в техния състав се внасят и други
компоненти:
за по-добро огледално отражение и по-висок индекс на пречупване се прибавя оловен оксид.
(оловни стъкла). Оловното стъкло има следния състав: силициев диоксид 59% + олово оксид (PbO)
25% + калиев оксид (K 2 O) 12% + сода (Na 2 O): 2.0% + цинков оксид (ZnO) 1.5% + 0.4% алуминиев
оксид Същият ефект има и бария;
- при включване на желязо стъклото абсорбира инфрачервената светлина.
- други компоненти, напр. за оцветяване на стъклата – кобалтов оксид за синь цвят.
1. Стъкло
1.2. Свойства на стъклата
3
Най – важни са оптичните свойства на стъклата. Обикновените стъкла са прозрачни за видимата
светлина. Разработени са специални композиции стъкла, прозрачни за ултравиолетовите и
инфрачервени лъчи. Прозрачността се дължи на факта, че стъклата са хомогенни. При тях липсват
нееднородности, които разсейват светлината.
Поглъщането на светлината в стъклата е слабо изразено. Стъклото може да бъде произведено
толкова чисто, че стотици километри стъкло остават прозрачни за инфрачервените вълни в кабелите
с оптични влакна.
Други характеристики на стъклата могат да бъдат: коефициент на топлинно разширение,
термоустойчивост, якостни характеристики.
Митът за бавнотечащото стъкло.
1.3. Видове стъкла
Според производствения процес стъклата могат да бъдат:
Флоатно - 90% от плоското стъкло в света се произвежда чрез технологията на фоатно стъкло,
изобретена от сър Алистър Пилкингтон от компанията «Пилкингтон Гласс» При нея разтопеното
стъкло се излива в единия край на вана с разтопен калай.. Стъклото се стича по повърхността на
калая и се подравнява, създавайки плоска повърхност от двете страни. Стъклото бавно се охлажда и
втвърдява, докато преминава по разтопения калай, след което излиза от ваната като непрекъсната
лента. След това стъклото се полира. Завършеният продукт има почти идеално успоредни
повърхности.
1. Стъкло
4
1.3. Видове стъкла – продължение
Закалено стъкло.Стъклото се поставя в пещ, която го нагрява над точката на закаляване от 600
°C. След това стъклото бързо се охлажда с въздух.. Това създава натискови напрежения по
повърхността на стъклото. Закаленото стъкло обикновено има якост, шест пъти по-висока от тази на
обикновеното стъкло.
Ламинирано стъкло
Ламинираното стъкло е изобретено през 1903 от френския химик Е. Бенедиктюс и е вдъхновено
от случайност — една стъклена епруветка, покрита с пласт целулозен нитрат поради лабораторна
небрежност, при изпускане се чупи, но не се разпада на парчета. Той създава стъклено-пластмасов
композит с основната цел да намали нараняванията при произшествия.
Днес ламинираното стъкло се произвежда чрез свързване на два или повече слоя обикновено
флоатно стъкло с пластмасов вътрешен слой. Типична схема на ламинирано стъкло е 3 mm стъкло /
0,38 mm междинен слой / 3 mm стъкло.
Друга класификация на стъклата е според някои техни характеристики, свързани с приложението
и състава им. Част от тях бяха разгледани в т. 1.1.
1. Стъкло
5
1.4. Употреба на стъклото
Разглеждаме изплзването на стъклото като оптични влакна. Оптичните влакна могат да бъдат
използвани като алтернатива на медните проводници за телекомуникация, защото са гъвкави и
могат да бъдат свързани заедно в кабел.
Устройството на оптичен кабел е представено на схемата:
Принципът на предаване на светлина
по оста на влакното използва ефекта
сърцевина
обвивка
на пълно вътрешно отражение в
средата, който се постига с изработването
на влакното от ядро и външен
слой с различен показател на светлината.
Използваната светлина обикновено
е с дължина в инфрачервената област, а
светлинните източници са най-често лазери.
Схема на оптично влакно
1. Стъкло
6
Ръчно произведени стъклени висулки показват някои от множеството
цветове и форми на изкуството от стъкло.
3. Керамични материали
7
Traditional ceramic raw materials include clay minerals such as kaolinite, more recent materials include
aluminium oxide, more commonly known as alumina.






For convenience ceramic products are usually divided into four sectors, and these are shown below with
some examples:
Structural, including bricks, pipes, floor and roof tiles
Устойчиви на температура материали (за пещи)Refractories, such as kiln linings, gas fire radiants,
steel and glass making crucibles
Whitewares, including tableware, wall tiles, decorative art objects and sanitary ware
Technical, is also known as Engineering, Advanced, Special, and in Japan, Fine Ceramics. Such items
include tiles used in the Space Shuttle program, gas burner nozzles, bullet-proof vests, nuclear fuel
uranium oxide pellets, bio-medical implants, jet engine turbine blades, and missile nose cones. Frequently
the raw materials do not include clays.
The modern ceramic materials, which are classified as advanced ceramics, include silicon carbide and
tungsten (волфрамов карбид) carbide. Both are valued for their abrasion resistance, and hence find use
in corrosive environments such as the wear plates of crushing equipment in mining operations where other
ceramic materials would not be suitable. Advanced ceramics are also used in the medicine, electrical, and
aerospace industries



Synthesis[edit]
WC can be prepared by reaction of tungsten metal and carbon at 1400–2000 °C.[8] Other methods include
a patented lower temperature fluid bed process that reacts either tungsten metal or blue WO3 with CO/CO2
mixture and H2 between 900 and 1200 °C.[9]