Классификация стекол по назначению

 

Неорганические стекла классифицируются по виду стеклообразующего вещества, виду модификаторов, технологии изготовления и назначению.

По виду стеклообразующего вещества неорганические стекла делятся на силикатные (SiO₂), алюмосиликатные (А1₂0₃–SiO₂), боросиликатные (В₂0₃–SiO₂), алюмоборосиликатные (А1₂0₃–В₂0₅–SiO₂), алюмофосфатные (А1₂0₃–Р₂0₅), халъкогенидные (например, Аs₃₁Gе₃₀Sе₂₁Те₁₈₀), галогенидные и другие стекла.

По виду модификаторов различают щелочные, бесщелочные и кварце­вые неорганические стекла. Прочность щелочных стекол под действием влаги уменьшается вдвое, так как вода выщелачивает стекло. При этом, образуются щелочные растворы, которые расклинивают стекло, вызы­вая появление микротрещин в поверхностном слое.

По технологии изготовления неорганическое стекло может быть по­лучено выдуванием, литьем, штамповкой, вытягиванием в листы, трубки, волокна и др. Стекло выпускается промышленностью в виде готовых изделий, заготовок и отдельных деталей.

По назначению неорганические стекла делятся на техническое, строи­тельное и бытовое (стеклотара, посудное, бытовое и др.).

Техническое стекло по области применения делится на электротехническое, транспортное; оптическое, светотехническое, тер­мостойкое, тугоплавкое, легкоплавкое, химико-лабораторное и др.

Электротехническое стекло. Высокие значения удельного электросопротивления, большая электрическая прочность (16–50 кВ/мм), низкие зна­чения диэлектрических потерь (tgδ=0,0018–0,0175) и сравнительно высокая диэлектрическая проницаемость (ε=3,5–16), которая повышается при увели­чении концентрации РbО или ВаО. При нагреве в интервале температур 200–400 °С удельное электросопротивление уменьша­ется в 10⁸–10¹⁰ раз, что связано с увеличе­нием подвижности щелочных ионов, и стекло теряет свои изолирующие свой­ства. Оксиды тяжелых металлов – свинца и бария уменьшают подвижность ионов и снижают потери.

При впаивании металла в стекло, при сва­ривании стекол разного состава в стекле появляются термические напряжения из-за различия температурных коэффициентов линейного расширения. Если температур­ные коэффициенты обоих материалов близки, то спаи стекла с материалом назы­ваются согласованными спаями, а если раз­личны – несогласованными спаями.

Как диэлектрик используют для колб ос­ветительных ламп и радиоламп, в элект­ровакуумных устройствах, для изоляторов, для герметизации интегральных схем. Так, в виде тонкой (до 3–4 мкм) пленки стек­ло используют в качестве прочной, нетрескающейся и теплостойкой изоляции на металлических проводах и термопарах. Халькогенидное стекло используется для герметизации полупроводниковых при­боров. Электропроводящие (полупровод­никовые) стекла: халькогенидные и ок­сидные ванадиевые – находят широкое применение в качестве термисторов, фо­тосопротивлений.

Электротехнические стекла в зависимости от величины температурного коэффици­ента линейного расширения разделяются на платиновые (С89-2), молибденовые (С49-1) и вольфрамовые (С38-1). Каждая группа стекол используется для согласо­ванных спаев с Мо, W и сплавами Fe-N. В марке электротехнического стекла ука­зывается значение температурного коэф­фициента линейного расширения.

Транспортное стекло. В машиностроении эффективно применя­ется как конструкционный материал при условии нейтрализации хрупкости, что достигается его закалкой, как правило, в воздушном потоке.

Специфическими свойствами стекол явля­ются их оптические свойства: светопрозрачность, отражение, рассеяние, поглоще­ние и преломление света. Коэффициент преломления таких стекол составляет 1,47–1,96, коэффициент рассеяния нахо­дится в интервале 20–71.

Разновидностями транспортного стекла яв­ляются триплексы и термопан, применяе­мые для остекления в транспортных сред­ствах, скафандрах.

Триплексы – композиционный материал, получаемый из двух листов закаленного силикатного (или органического) стекла толщиной 2–3 мм, склеенных прозрачной эластичной полимерной (обычно из поливинилбутираля) пленкой. При разруше­нии триплекса образовавшиеся неострые осколки удерживаются на полимерной пленке.

Термопан – трехслойное стекло, состоящее из двух листов закаленных стекол и воз­душного промежутка между ними. Эта воздушная прослойка обеспечивает тепло­изоляцию.

Оптическое и светотехническое стекло. Оптические свойства стекол зависят от их окраски, которая определяется химиче­ским составом стекол, а также от состоя­ния поверхности изделий. Оптические изделия должны иметь изотропную, сво­бодную от напряжений структуру, кото­рую получают отжигом, и гладкие полиро­ванные поверхности.

Обычное неокрашенное листовое стекло пропускает до 90%, отражает примерно 8%и поглощает около 1% видимого и частично инфракрасного света; ультра­фиолетовое излучение поглощается почти полностью. Кварцевое стекло является прозрачным для ультрафиолетового из­лучения. Светорассеивающие стекла со­держат в своем составе фтор. Стекло с большим содержанием РbО поглощает рентгеновские лучи.

Оптические стекла, применяемые в оп­тических приборах и инструментах, под­разделяют на кроны, отличающиеся ма­лым преломлением (n_д=1,50), и флинты (n_д=1,67) – с высоким содержанием ок­сида свинца.

Термостойкое и тугоплавкое стекло.

«Пирекс» – термостойкое стекло на осно­ве SiO₂ (80,5%) с повышенным содер­жанием В₂0₃ (12%), Na₂0 (4%), а также оксидами алюминия, калия и магния.

«Мазда» – тугоплавкое стекло на основе SiO₂ (57,6%) с оксидами алюминия (25%), кальция (7,4%), магния (8%) и калия. «Пирекс» и «Мазда» используются для из­готовления изделий, использующихся при повышенных температурах эксплуатации: оболочки термометров, смотровые стекла и др.

Легкоплавкое стекло. Эти стекла изготовляют на основе РbО (70%) с добавлением В₂О₃ (20%) или В₂0₃ (68,8%) с добавлением ZnО (28,6%) и Na₂O (2,6%); используются для изготовления эмалей, глазури и припоев для спаи­вания стекла.

Строительное стекло выпускают следующих видов: листо­вое, облицовочное и изделия и конструкции из стекла.

Листовое стекло изготавливают из стеклянной массы, в состав которой входят 71–73% SiO₂, 13,5–15% Na₂O, до 10% СаО, до 4% МgО и до 2% А1₂0₃. Масса 1 м² листового стекла 2–5 кг. Светопропускание – не ме­нее 87%.

Листовое стекло вырабатывают трех сортов и в зависимости от толщины шести размеров (марок): 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Сорт листового стекла опреде­ляется наличием дефектов, к которым относятся: полосность – неровность на поверхности; свиль – узкие нитевидные полоски; пузыри – газовые включения и др. Ширина листов стекла 250–1600 мм, длина 250–2200 мм.

Промышленностью вырабатываются также специальные виды листового стекла: витринное (полированное), теплопоглощающее, увиолевое (пропускаю­щее 25–75% ультрафиолетовых лучей), закаленное, архитектурно-строи­тельное и др.

Листовое стекло – основной вид стекла, используемый для остекления оконных и дверных проемов, витрин, наружной и внутренней отделки зданий.

Облицовочное стекло применяют для отделки фасадов и внутренних помещений здания. К потребительским свойствам такого стекла относятся высокая декоративность (яркие цвета, блестящая поверхность), большая атмосферостойкость и долговечность. К группе облицовочных стекол отно­сятся:

стемалит – листовой строительный материл из закаленного полирован­ного (толщиной 6–12 мм) стекла, покрытого с внутренней стороны непроз­рачной (глухой) керамической краской. Покрытие защищается со стороны помещения тонким слоем алюминия, нанесенным в вакууме. Применяется для внутренней и наружной облицовки зданий;

марблит – листовой строительный материал толщиной 12 мм из цвет­ного глушеного стекла с полированной лицевой поверхностью и рифленой тыльной, может имитировать мрамор;

стеклянная эмалированная плитка – изготавливается из отходов листо­вого стекла (стеклянная эмаль), наплавляемых на поверхность стекла, наре­занного на требуемые размеры (150x150, 150x70 мм при толщине 3–5 мм);

стеклянная мозаика – ковровая мозаика в виде мелких квадратных пли­ток (20x20 или 25x25 мм) из непрозрачного (глушеного) цветного стекла, выложенных в однотонные или мозаичные ковры;

смальта – кубики или пластинки толщиной 10 мм из цветной глушеной стекломассы, полученные отливкой или прессованием; применяется для изготовления мозаик.

Изделия и конструкции из стекла. К наиболее распростра­ненным изделиям и конструкциям из стекла в строительной промышлен­ности относятся:

стеклоблоки – полые блоки из двух отформованных половинок, сваренных между собой. Светопропускание–не менее 65%, светорассеяние–около 25% (светорассеяние повышают рифлением внутренней стороны блоков), теплопроводность – 0,4 Вт/(м·К). Применяются для заполнения световых проемов в наружных стенах и устройства светопрозрачных покрытий и пе­регородок;

стеклопакеты – два-три листа стекла, соединенных по периметру ме­таллической рамкой (обоймой), между которыми создана герметически замкнутая воздушная полость. Применяются для остекления зданий;

стеклопрофилит – крупногабаритные строительные панели из про­фильного стекла, изготовляемые методом непрерывного проката коробча­того, таврового, швеллерного и полукруглого профилей. Стеклопрофилит может быть армированным и неармированным, бесцветным и цветным. Применяется для устройства светопрозрачных ограждений зданий и соору­жений.

Стекловолокно – волокнистый материал, получаемый из расплавлен­ной стекломассы. Наиболее широко применяются бесщелочное алюмо-боросиликатное Е-стекло, а также высокопрочное стекло на основе ок­сидов: SiO₂, А1₂0₃, МgO. Диаметр стекловолокна колеблется от 0,1 до 300 мкм. Форма сечения может быть в виде крута, 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 2400–2600 кг/м³. Прочность элементарных стеклянных волокон в несколько десятков раз выше объем­ных образцов стекла: прочность на растяжение достигает 1500–3000 МПа для непре­рывных волокон диаметром 6–10 мкм. Стеклово­локно имеет высокие тепло-, электро- и звукоизоляционные свойства, оно термо- и химически стойко, негорюче, не гниет.

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

Стекловата – материал из стеклянных волокон, диаметр которых для изготовления теплоизоляционных изделий не должен превышать 21 мкм. Структура ваты должна быть рыхлой – количество прядей, состоящих из параллельно расположенных волокон, не более 20% по массе. Плотность в рыхлом состоянии не должна быть более 130 кг/м³. Теплопроводность – 0,05 Вт/(м·К) при 25 °С. Стеклянную вату из непрерывного волокна применяют для изготовления теплоизоляционных материалов и изделий при тем­пературах изолируемых поверхностей от -200 до +450°С.

Стекловата из супертонкого волокна имеет плотность 25 кг/м³, тепло­проводность 0,03 Вт/(м·К), температурах эксплуатации от -60 до +450°С, звукопоглощение 0,65–0,95 в диапазоне частот 400–2000 Гц. Стек­ловата из супертонкого волокна, а также изделия на ее основе используют­ся в строительстве в качестве звукоизоляционного материала.

Стекломаты (АСИМ, АТИМС, АТМ-3) – материалы, состоящие из стекловолокон, расположенных между двумя слоями стеклоткани или стеклосетки, простеганной стеклонитками. Они применяются при температу­рах 60–600°С в качестве армирующих элементов в композиционных мате­риалах.

Стеклорубероид и стекловойлок – рулонные материалы, получаемые путем двухстороннего нанесения битумного (битумно-резинового или битумно-полимерного) вяжущего вещества, соответственно, на стеклово-локнистый холст или стекловойлок и покрытия с одной или двух сторон сплошным слоем посыпки. Сочетание биостойкой основы и пропитки с повышенными физико-механическими свойствами позволяет достичь дол­говечности для стеклорубероида около 30 лет.

В зависимости от вида посыпки, предотвращающей слипание при хра­нении в рулонах, и назначения стеклорубероид выпускают следующих ма­рок: С-РК (с крупнозернистой посыпкой), С-РЧ (с чешуйчатой посыпкой) С-РМ (с пылевидной или мелкозернистой посыпкой). Применяют стекло­рубероид для верхнего и нижнего слоев кровельного ковра и для оклеенной гидроизоляции.

Гидростеклоизол – гидроизоляционный рулонный материал, предназна­ченный для гидроизоляции железобетонных обделок туннелей (марка Т), пролетных строений мостов, путепроводов и других инженерных сооружений (марка М).

Гидростеклоизол состоит из стеклоосновы (тканой или нетканой сет­чатки, дублированной стеклохолстом), покрытой с обеих сторон слоем би­тумной массы, в которую входят битум, минеральный наполнитель (около 20%) с молотым тальком, магнезитом, а также пластификатором. Отличается помимо высокой водонепроницаемости хорошими прочностными показа­телями при растяжении в продольном направлении. Он выдерживает раз­рывную нагрузку при высшей категории качества 735 Н. Теплостойкость – 60–65 °С, температура хрупкости – от -20 до -10°С.

Гидростеклоизол наклеивают без применения мастик – равномерным плавлением (например, используя пламя газовой горелки) его поверхности.

Пеностекло (ячеистое стекло) – ячеистый материал, получаемый спе­канием тонко измельченного стекольного порошка и порообразователя. 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. Обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Пеностекло – несгораемый матери­ал с высокой (до 600 °С) теплостойкостью. Легко обрабатывается (пи­лится, шлифуется); оно хорошо склеивается, например, с цементными материалами.

Щиты из пеностекла применяют для теплоизоляции ограждающих кон­струкций зданий (стен, перекрытий, кровель и др.), в конструкциях холо­дильников (изоляция поверхностей с температурой эксплуатации до 180 °С), для декоративной отделки интерьеров. Из пеностекла с открытыми порами изготовляют фильтры для кислот и щелочей.

Стеклопор получают путем фануляции и вспучивания жидкого стекла с минеральными добавками (мелом, молотым песком, золой ТЭС и др.). Вы­пускается трех марок: СЛ ρ₀=15–40 кг/м³, λ=0,028–0,035 Вт/(м·К); Л ρ₀=40–80 кг/м³, λ=0,032–0,04 Вт/(м·К); ρ ₀=80–120 кг/м³, λ=0,038–0,05Вт/(м·К).

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

Армированное стекло – конструкционное изделие, 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, повышенную огнестой­кость, безосколочно при разрушении, светопропускаемость – более 60%. 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.