Изготовление и характеристики силикатного стекла

Существуют универсальные строительные материалы, которые используются при возведении любых объектов, независимо от их технологического назначения. Силикатное стекло относится как раз к таким элементам. Это один из древнейших материалов, который человечество научилось производить еще с незапамятных времен. Причем по составу нынешнее вещество мало чем отличается от древнейшего. Изменилась только технология изготовления и бесполезных примесей в составе стало намного меньше.

Изготовление материала

На сегодняшний день существует один общепринятый способ изготовления. Силикатная промышленность по производству стекла требует первоначальной подготовки сырья, после чего начинается непосредственный процесс выплавки.

Поэтапно это выглядит так:

• 1.    Основными компонентами для производства являются кварцевый песок, известняк и сода. Из них при помощи специального оборудования готовится однородная масса - шихта, в которую все указанные элементы входят в измельченном виде.
• 2.    Далее приготовленный состав поступает в печь, где под воздействием температуры от 300 до 2500 градусов происходит его расплав до однородной жидкой массы. Такой широкий диапазон вызван наличием большого количества марок стекла и зависит от используемых присадок. Нередко таковыми выступают твердосплавные металлы.
• 3.    Далее полученное вещество поступает в формы, которые будут соответствовать виду готового изделия. Там стекло застывает с температурой, достаточной для предотвращения кристаллизации составляющих компонентов.
• 4.    Полученный материал не обязательно будет прозрачным. Этот параметр также зависит от использования дополнительных элементов при выплавке.

Профессиональные химики называют материал натрий-кальций-силикатное стекло. Это связано с тем, что вещество представляет собой сплав трех оксидов - одновалентного натрия, двухвалентного кальция и четырехвалентного кремния. Причем в одной структурной единице содержится по одной доле оксидов металлов и сразу шесть долей оксида кремния. Именно этим и обусловлены все свойства, которыми обладает стекло.

В состав силикатного стекла также могут входить другие металлы и их соединения. Они добавляются, чтобы изменить технические характеристики и придать материалу новые параметры, которые могли бы помочь ему в выполнении непосредственных функций. Неметаллические элементы при этом применяются значительно реже и составляют в основном фториды.

Дело в том, что у стекла очень много различных отраслей использования, так что оно имеет много марок. Отличаются эти продукты своей прозрачностью, прочностью, твердостью, цветом. За каждый отдельный показатель отвечает особый химический элемент. Поэтому любая нестандартная модель будет стоить дороже, чем обычное стекло, получаемое из известняка, песка и соды.

Жидкое стекло

Кроме привычного и знакомого всем твердого материала, который установлен во всех домах в оконных рамах, существует также жидкое силикатное стекло. Это водно-щелочной раствор стандартного вещества, в который не входит оксид кальция. Он получается путем обработки кремнеземсодержащего сырья концентрированным гидроксидом натрия или сплавлением кварцевого песка с обыкновенной содой.

Данный состав также широко применяется в строительной промышленности. В частности он служит для изготовления огнеупорных материалов. После обработки жидкостью бетон, дерево, краска перестаю бояться открытого огня. Вещество также хорошо укрепляет слабые грунты, склонные к выветриванию полезных микроэлементов. Используется в качестве основного компонента при изготовлении термостойкой керамики для выплавки металлических форм.

Одной из основных характеристик материала является силикатный модуль жидкого стекла. Этот показатель характеризует процентное содержание оксида кремния к оксиду натрия в составе. Величина лишь показывает выход продукта из кремнезема, но никак не определяет качество самого раствора. Для расчетов используются химические методы исследования, которые проводятся при помощи специального оборудования.

Характеристики материала

Применимость любого материала определяется его техническими параметрами. Свойства силикатного стекла, не содержащего примесей, при нормальных условиях:

• •    физическая плотность находится в диапазоне 2500-2600 килограмм на кубический метр и не зависит от температурных условий атмосферы;
• •    модуль упругости (модуль Юнга) - 70 гигапаскаль;
• •    модуль сдвига, который характеризует способность сопротивляться сдвиговой деформации, находится на отметке 26,2 гигапаскаль;
• •    величина отношения относительного поперечного сжатия к относительному продольному растяжению или коэффициент Пуассона - 0,25;
• •    предел прочности - 1000 мегапаскаль, но при закаливании удается увеличить базовый показатель в 3-4 раза. Посуда из силикатного стекла есть в каждом доме, так что многие знают, что если уронить стакан на пол, то он не всегда разбивается, так как для его изготовления используют закаленную марку;
• •    показатель твердости по шкале Мооса - 7 единиц;
• •    по показателям хрупкости стекло относится к категории идеально хрупких материалов, что означает его разбиваемость без видимой деформации;
• •    теплопроводность крайне низкая - 0,0023 кал/(см*с*град);
• •    температура плавления находится в диапазоне 400-600 градусов по Цельсию.

Цена такого стекла за квадратный метр зависит от марки.