Стекло, стеклообразное состояние

В природе и в технике все вещества могут существовать в следующих агрегатных состояниях:

• плазменном;

• газообразном;

• жидком;

• твердом.

Твердые тела могут иметь кристаллическую или аморфную структуру. Частный случай аморфного состояния - стеклообразное. Комиссия по терминологии АН СССР дала такое определение стеклу: «Стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава независимо от химического состава и температурной области затвердения и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым».

С точки зрения современных понятий различают термины «стекло» и «стеклообразное состояние». Так, М.М. Шульц и О.В. Мазурин дают следующее определение «стеклообразного состояния»: «Веществом в стеклообразном состоянии (стеклообразным веществом) называется твердое некристаллическое вещество, образовавшееся в результате охлаждения жидкости со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации во время охлаждения». Согласно Н.В. Соломину, «стеклом называется материал, в основном состоящий из стеклообразного вещества». Таким образом, термин «стекло» следует считать техническим термином в отличие от научного термина «стеклообразное состояние». В стекле могут оказаться пузыри, мелкие кристаллики. В материале, в основном состоящем из стеклообразного вещества, может быть даже специально образовано очень большое число мельчайших кристалликов, делающих материал непрозрачным или придающих ему ту или иную окраску. Такой материал называют «молочным» стеклом, окрашенным стеклом и т.д.

Стекло и изделие из стекла:

Стеклом называют твердый аморфный материал, получаемый при переохлаждении минеральных расплавов. В стеклообразном виде могут быть получены многие вещества. В строительстве же используют почти исключительно силикатное стекло, основным компонентом которого является диоксид кремния (кремнезем) SiO2. Кремнезем сам по себе без добавления каких-либо других веществ при охлаждении расплава способен образовывать стекло, как и некоторые другие оксиды (РгО5, В2О3); их называют стеклообразующими оксидами.

Стекло не является химическим веществом с определенным составом, который может быть выражен химической формулой; поэтому состав стекол условно выражают суммой оксидов (например, состав обычного оконного стекла SiO, — 7L..72 %; Na2O — 14...15 %; CaO — 6, 5...7 %; MgO - 4 %; Ai2O3 - 2%).

Сырье:

Основные компоненты строительных стекол — SiO2; А12Оз; Na2O; CaO; MgO — образуются в стекломассе при нагреве и последующем плавлении так называемых главных сырьевых материалов.

Главные сырьевые материалы вводят в стекольную шихту, как правило, в виде природных соединений.

Кремнезем SiO2 — основной стеклообразующий оксид, вводят в шихту в виде кварцевого песка или молотых песчаников и кварцитов с минимальным содержанием примесей (железа, хрома, титана), снижающих светопропускание стекла.

Глинозем А12О3 поступает в стекольную шихту в составе полевых шпатов, каолина, а для высокосортных стекол — в виде чистого оксида алюминия. Увеличение содержания SiO2 и А12О3 повышает тугоплавкость и химическую стойкость стекла

Оксиды натрия Na2O и калия К2О образуются в результате разложения при варке стекла введенных в шихту соответственно соды или сульфата натрия и поташа или калиевой селитры. Оксид натрия ускоряет процесс стеклообразования, понижая температуру плавления и облегчая осветление массы, но повышает коэффициент теплового расширения и уменьшает химическую стойкость стекла. Оксид калия снижает склонность стекла к кристаллизации, придает ему блеск и улучшает светопропускание. Оксиды кальция СаО и магния MgO в стекольную шихту вводят в виде мела, мрамора, известняка, доломита. Эти оксиды повышают химическую стойкость стекла, а оксид магния также снижает склонность стекла к кристаллизации. В специальные стекла (например, оптическое, лабораторное) вводят оксиды свинца, бария и цинка.

Вспомогательные сырьевые материалы (осветлители, глушители, красители и др.) вводят в шихту для ускорения варки стекла и придания ему требуемых свойств. Осветлители (сульфаты натрия и аммония и др.) способствуют удалению из стекломассы газовых пузырьков. Глушители (соединения фтора, фосфора и др.) делают стекло непрозрачным. К красителям относят соединения кобальта (синий цвет), хрома (зеленый), марганца (фиолетовый), железа (коричневые и сине-зеленые тона) и др.