папко…огнеупоры и ситаллы


2 Классификация огнеупорных материалов
Огнеупорами называются неметаллические материалы, предназначенные для использования в условиях высоких температур в различных тепловых агрегатах и имеющие огнеупорность не ниже 1580оС.
Огнеупорность – способность материалов сохранять без существенного изменения свои функциональные свойства при длительном механическом, термическом и химическом воздействии.
Огнеупорные материалы подразделяются на огнеупорные изделия, имеющие определенную геометрическую форму и размеры, и неформованные огнеупоры, выпускаемые в виде порошков или масс.
Огнеупорные изделия классифицируются:
по степени огнеупорности они разделяются на огнеупорные (1580–1770ºС), высокоогнеупорные (1770–2000ºС), высшей огнеупорности (>2000ºС); по форме и размерам – на прямые и клиновые нормальных размеров; фасонные простые, сложные, особо сложные и крупноблочные; специальные промышленные и лабораторные;
по кажущейся пористости, %,: особо плотные – менее 3; высокоплотные 3–10; повышенной плотности 10–16; уплотненные 16–20; среднеплотные 20–30; низкоплотные – более 30; высокопористые – от 45 до 75; ультрапористые – свыше 75; по минералогическому составу огнеупоры разделяются на типы и группы: кремнезёмистые (на основе кварцевого стекла, динасовые, кварцевые), алюмосиликатные (полукислые, шамотные, муллитокремнезёмистые, муллитовые, муллитокорундовые), глинозёмистые (корундовые, корундовые с добавками), глинозёмоизвестковые (алюминаткальциевые), высокомагнезиальные (периклазовые), магнезиальнопериклазовые (периклазофорстеритовые, форстеритовые, форстеритохромитовые), магнезиально-шпинелидные (периклазохромитовые, хромитопериклазовые, хромитовые, периклазошпинелидные, периклазошпинельные, шпинельные), магнезиально-известковые (периклазоизвестковые, известковопериклазовые), известковые, хромистые (хромоксидные, высокохромистые), цирконистые (оксидциркониевые, бакоровые, цирконовые).по способу упрочнения огнеупорные изделия классифицируются на: бетонные, с огнеупорным заполнителем, гидратационным или химическим связующим и добавками, приобретающие заданные свойства в результате твердения при нормальной температуре или при температуре не выше 600ºС; безобжиговые, приобретающие заданные свойства при термообработке не выше 600ºС; обожженные до спекания в процессе обжига; горячепрессованные, подвергнутые спеканию при прессовании; плавленолитые изделия;
по способу формования – на изделия пластического формования, полусухого прессования; литые и вибролитые из текучих масс; горячего прессования; плавленолитые; пиленые из отлитых блоков или из естественных горных пород.
3 Технические требования к огнеупорам
Выбор огнеупоров определяется их свойствами, важнейшими из которых являются следующие:1) способность выдерживать длительные термические и механические нагрузки при температуре службы; 2) стеклоустойчивость, т.е. способность противостоять агрессивному воздействию расплавленной стекломассы и шихты; 3) постоянство объема огнеупора при температуре службы;
4) достаточная термостойкость – в процессе эксплуатации разность температур между наружными и внутренними слоями огнеупора может составлять 1000оС;
5) точность размеров при больших габаритах, высокое качество поверхности;
6) теплофизические свойства:ТКЛР, который является показателем термостойкости; теплопроводность, которая зависит главным образом от пористости.
Огнеупорность – способность материала противостоять воздействию высоких температур. Она определяется на специальных образцах – пироскопах, имеющих форму усеченной пирамиды. Огнеупорность равна той температуре, при которой вершина пироскопа, изготовленного из испытуемого огнеупорного материала, касается основания вследствие деформации. Эту температуру определяют стандартным пироскопом, который устанавливается вместе с испытуемым. Размягчение и деформации огнеупорного материала происходит в результате плавления отдельных компонентов огнеупора и их взаимодействия между собой. Появление жидкой фазы в огнеупорном материале приводит к деформации под действием собственного веса.
Высокотемпературная прочность огнеупоров характеризует их сопротивление деформации под нагрузкой при высоких температурах. Образец нагревают в электропечи при нагрузке 0,2 МПа. При испытаниях определяют следующие показатели: температуру уменьшения образца на 0,6% (температуру начала деформации); температуру уменьшения высоты образца на 4%; температуры уменьшения образца на 10 и 20 %. По показателям температуры начала деформации под нагрузкой определяется максимальная температура службы). Это важный показатель огнеупорных изделий, так как в кладке стекловаренной печи они испытывают значительные механические нагрузки. Температура деформации под нагрузкой зависит от следующих факторов: плотности изделий – чем меньше пористость, тем выше температура деформации; количества стекловидной фазы – чем выше содержание стекловидной фазы и ниже ее вязкость, тем больше различие между огнеупорностью и температурой службы; минералогического состава и температуры плавления кристаллических фаз.
Рис. 1. График деформации образцов огнеупоров под нагрузкой при их нагреве:
1– шамот класса Б; 2 – шамот класса А;
3 – периклаз; 4 – динас

Изделия из динаса начинают деформироваться при температуре, близкой к температуре их огнеупорности. Это связано с образованием в них развитого кристаллического сростка тридимита. В отличие от динаса периклазовый огнеупор при огнеупорности 2300оС имеет температуру службы 1550оС. Изделия из шамота начинают деформироваться при температуре более низкой, чем температура огнеупорности, однако они характеризуются более пологой кривой размягчения, что позволяет при кратковременном превышении температуры службы сохранить устойчивость кладки печи.
Термостойкость огнеупорных материалов – способность противостоять резким изменениям температуры без разрушения. Термостойкость огнеупоров определяется двумя методами. По первому методу проводят одностороннее нагревание изделия при температуре горячего конца 1300оС и холодного конца при комнатной температуре. Затем изделие резко охлаждают в проточной воде. Термостойкость выражают числом теплосмен, вызвавших потерю массы изделия, равную 20%. По второму методу изготавливают кольцо, которое нагревают изнутри. Термостойкость выражают перепадом температур, при котором кольцо разрушится. Термостойкость определяется ТКЛР, механической прочностью, теплопроводностью, теплоемкостью материалов, их фазовым составом.
Постоянство объема. В процессе эксплуатации огнеупоров происходит постепенное изменение их фазового состава за счет перекристаллизации, диффузионных процессов и дополнительного спекания. Эти процессы сопровождаются необратимыми изменениями объема изделия вследствие усадки или расширения в процессе службы. Большинство огнеупоров характеризуется дополнительной усадкой. Увеличение объема в процессе службы характерно для динаса и связано с превращением кварца в тридимит или кристобалит. Величина дополнительного роста или усадки нормируется в зависимости от вида и назначения изделия.
Стеклоустойчивостью огнеупорных материалов называют их способность противостоять агрессивному воздействию компонентов шихты и стеклорасплава. От стеклоустойчивости огнеупоров зависят срок службы стекловаренных печей и качество вырабатываемого стекла. Количественно стеклоустойчивость определяется потерями огнеупорного материала при его растворении в расплаве стекол.
Пористость огнеупоров определяет их устойчивость к коррозии, прочность и склонность к деформации. Характеризуется показателями кажущейся пористости. Показатели пористости огнеупоров составляют от нуля для плавленых изделий до 60–75% у теплоизоляционных материалов.
Электропроводность огнеупорных материалов играет важную роль при футеровке электрических печей. Большая часть огнеупоров, за исключением углеродистых, карбидокремниевых, при низких температурах являются диэлектриками. При высоких температурах с появлением жидкой фазы электропроводность огнеупоров существенно повышается.
Теплофизические свойства, такие как теплопроводность, теплоемкость, ТКЛР являются важными показателями, оказывающими большое влияние на эффективность работы стекловаренной печи. Теплопроводность огнеупорных материалов оказывает большое влияние на эффективность работы стекловаренной печи. Огнеупорная кладка служит изолятором тепла и должна обладать минимальной теплопроводностью. В тех случаях, когда нагрев происходит через стенку тигля, огнеупорный материал служит проводником тепла и поэтому должен иметь по возможности большую теплопроводность. Теплоемкость огнеупорных изделий является показателем расхода тепла на нагрев кладки печи и особенно важна при расчете насадки регенераторов. Тепловое расширение огнеупорных материалов в теплотехнических установках учитывается путем создания в кладке специальных температурных швов.
4 Динасовые огнеупоры
Динас – наиболее распространенный кремнеземистый огнеупор, содержащий не менее 93% кремнезема (здесь и далее химический состав указан в мас.%). Изготавливается по керамической технологии из природных кварцитов, состоящих из -кварца.
В производстве динаса важно учитывать превращения, которые претерпевает кварц при обжиге. Порядок фазовых превращений, соответствующих диаграмме Фенера, не реализуется, их последовательность и завершенность определяется наличием минерализаторов. При получении динаса для стекловаренных печей в качестве минерализатора используется СаО, который вводится известковым молоком.
Технологическая схема производства динаса включает следующие стадии: дробление кварцитов и помол; смешение динасовой шихты, состоящей из смеси зернистого и тонкомолотого кварцита, динасового боя, известкового молока и других добавок; полусухое прессование при давлении порядка 100 МПа; сушка до влажности 1–1,2% и обжиг при температуре 1430оС с выдержка при максимальной температуре 30 ч. Поскольку -кварц характеризуется наибольшей плотностью в ряду модификаций кремнезема, то при обжиге динаса из-за модификационных превращений происходит уменьшение плотности и соответственно увеличение размеров и пористости изделий. Для уменьшения пористости динаса его обжигают при медленном нагреве: скорость подъема температуры в интервале температур 20–900оС составляет от 10 до 20оС /ч, далее она уменьшается от 8 до 1оС/ч. Скорость охлаждения также невелика.
В технологии динаса важное значение имеет скорость перехода одной модификации кремнезема в другую. Превращение высокотемпературных форм различных модификаций кремнезема протекает с трудом, так как эти модификации существенно отличаются по кристаллической структуре. Превращение кварца в кристобалит начинается с поверхности зерен кварцита и заметно ускоряется в присутствии примесных катионов. В присутствии минерализатора при температуре 1350–1430оС имеется достаточное количество расплава, в котором растворяется кварц и метастабильный кристобалит. Одновременно из расплава выделяется тридимит.
Качество динаса определяется содержанием в нем тридимита. Это связано с тем, что переход из высокотемпературной в низкотемпературные модификации (и наоборот) тридимита в процессе службы огнеупора сопровождается небольшим изменением объема, в то время как при переходе -кварц-кварц и -кристобалит -кристобалит происходит скачкообразное изменение объема соответственно на 0,82 и 4,9%. Тридимит имеет самый низкий показатель ТКЛР в ряду модификаций кремнезема.
Динас, содержащий много кварца, не пригоден для кладки стекловаренных печей. В процессе службы при высоких температурах происходит перерождение кварца в тридимит и кристобалит, что сопровождается увеличением размеров динаса и, как следствие, созданием высоких напряжений.
Мономинеральный динас на практике не удается получить. После обжига образуется материал, содержащий 60–80% -тридимита, 10–20% -кварца, 10–30% -кристобалита, 8–15% стеклофазы. -Кварц характеризуется наибольшей плотностью в ряду модификаций кремнезема, поэтому при обжиге динаса из-за модификационных превращений происходит уменьшение плотности и соответственно увеличение размеров (на 3–4%) и пористости изделий. Показателем степени тридимитизации динаса является его истинная плотность: чем меньше плотность, тем выше качество динаса. При производстве динасовых огнеупоров необходимо обеспечить одинаковую степень перерождения партии изделий, предназначенных для кладки стекловаренной печи.
Перерождение остаточного кварца в тридимит и кристобалит при температурах варки стекла вызывает необратимое расширение динасовых изделий, составляющее от 0,2 до 2%.
Рис. 1. График деформации образцов огнеупоров под нагрузкой при их нагреве:
1– шамот класса Б; 2 – шамот класса А;
3 – периклаз; 4 – динас
Динасовые изделия характеризуются высокой температурой начала деформации
под нагрузкой . Тридимит в динасе образует кристаллический каркас (сросток), который незначительно растворяется в жидкой фазе при высоких температурах. Поэтому динас деформируется только при 1650–1670оС, когда начинает плавиться кристаллический каркас из тридимита. При этом деформация динаса происходит в узком интервале температур (10–15оС). Высокой температуре деформации динаса способствует также медленное нарастание количества жидкой фазы при нагревании и большая вязкость расплава. Присутствие в динасе неперерожденного кварца снижает температуру начала деформации.
Термическая стойкость динасовых изделий, определяемая при нагревании до 1300оС с последующим охлаждением в воде, составляет всего 1–2 теплосмены. Низкая термостойкость динаса связана с модификационными превращениями кристобалита при 180–270оС, которое сопровождается скачкообразным увеличением объема материала, что, в свою очередь, вызывает нарушение структуры материала и образование трещин. В интервале температур 500–600оС происходит расширение вследствие превращения -кварца в -кварц. Величина расширения динаса при этом определяется количеством неперерожденного кварца. Кроме этого, термостойкость снижается из-за многофазности динаса – напряжения возникают из-за различия величин ТКЛР кварца, тридимита и кристобалита, неодинакового объемного расширения при переходе низкотемпературных модификаций в высокотемпературные. Поэтому динас не должен подвергаться резкому охлаждению ниже температуры 600оС. Это исключает применение динасовых материалов в тех конструктивных элементах печей, которые подвергаются резким колебаниям температуры, например, печей периодического действия. Модификационные превращения кремнезема в динасе необходимо учитывать при выводке печи.
По химическим свойствам динас является кислым огнеупором, поэтому щелочные компоненты шихты и стеклорасплава взаимодействуют с ним при высоких температурах с образованием менее огнеупорных силикатов. С увеличением плотности динаса его стеклоустойчивость возрастает. Огнеупорность, ºС 1690-1730; кажущаяся плотность, г/см3 не более 1,7-2; пористость, % 20-22; предел прочности при сжатии, Мпа 20-30; теплопроводность, Вт/м·К 1.75-2,2.
Высокая температура деформации под нагрузкой динаса позволяет использовать его в высокотемпературных печах при изготовлении нагруженных частей кладки. Динас используют для кладки сводов, стен пламенного пространства и горелок стекловаренных печей.
5 Кремнезёмистые огнеупоры. Марки диноса. Огнеуп. из плавленого кремн.
Динас – наиболее распространенный кремнеземистый огнеупор, содержащий не менее 93% кремнезема (здесь и далее химический состав указан в мас.%). Изготавливается по керамической технологии из природных кварцитов, состоящих из -кварца.
ГОСТ 3910 «Изделия огнеупорные динасовые для кладки стекловаренных печей» предусматривает следующие марки:
ДСУ – изделия динасовые уплотненные для кладки наиболее ответственных участков верхнего строения печи (содержание SiO2 не менее 96%);
ДСО – изделия динасовые для кладки наиболее ответственных участков верхнего строения печи (SiO2 не менее 95%);
Д1 – изделия динасовые для кладки участков строения с максимальной рабочей температурой 1530оС (SiO2 не менее 95%);
ДС – изделия динасовые для менее ответственных участков печи (SiO2 не менее 94%).
Огнеупоры из плавленого кремнезема представляют собой непрозрачное кварцевое стекло, содержащее 99,3–99,6% SiO2, 0,1–0,3% Al2O3. Сырьем для его получения являются обогащенные кварцевые пески. При температуре 2000оС вязкость стеклообразного кремнезема высока, а дальнейшее повышение температуры ведет к испарению. Поэтому литье расплава кремнезема невозможно. Формование изделий производят прессованием высоковязкой стекломассы после извлечения электрода. Огнеупоры по способу получения называют плавленопрессованными.
Свойства плавленого кремнезема: плотность 2,06–2,18 г/см3; кажущаяся пористость 0–5%; ТКЛР 0,5106 К1; теплопроводность увеличивается от 1,66 Вт/мК при 200оС до 4,56 Вт/мК при 1000оС. Преимущества таких огнеупоров: высокая чистота материала (содержание оксида железа менее 0,1%); высокая термостойкость; постоянство объема; высокое электросопротивление, высокая кислотостойкость. Недостатком плавленого кварца является кристаллизация при температурах выше 1150оС с выделением кристобалита. При охлаждении кварцевого бруса происходит его разрушение из-за изменения объема при модификационных переходах кристобалита.
Для получения кварцевых тиглей наплавленное в электрических печах кварцевое стекло переносят в форму и раздувают сжатым воздухом или вакуумируют. Одним из способов является наплавление кварцевого стекла во вращающейся центробежной форме.
Огнеупорный припас из плавленого кремнезема (сосуды, шибера, мешалки и др.) могут быть получены по керамической технологии из измельченного кварцевого стекла. Наплавление заготовок из кварцевого стекла осуществляют в плазменном реакторе. Изделия из измельченного кварцевого стекла формуют шликерным литьем, центробежным формованием, полусухим прессованием и обжигают при температуре 1100–1200оС.
Огнеупорные изделия из кварцевого стекла содержат 98% SiO2 и имеют следующие характеристики:
Кажущаяся плотность, г/см3, не более 1,8–1,9
Открытая пористость, % 10–20
ТКЛР, 106 К1 0,5
Термостойкость, теплосмены 50–52
6 Шамотные огнеупоры. Алюмосиликатные огнеупоры. Высоко- и глиноз. огнеуп.
Алюмосиликатные огнеупорные изделия делятся на: полукислые; шамотные; высокоглиноземистые, изготовленные керамическим способом; высокоглиноземистые, изготовленные литьем из расплава.
Структура, свойства и область применения алюмосиликатных огнеупорных материалов зависят от содержания Al2O3 и SiO2. Характеристики огнеупоров возрастают с ростом содержания Al2O3, что обусловлено образованием соединений с более высокими температурами плавления.
Шамотные огнеупоры выпускаются в количестве 65–70% от объемов производства всех огнеупоров. Их широкое распространение обусловлено их доступностью и низкой стоимостью, хорошей термической устойчивостью (до 50 теплосмен), небольшой усадкой при обжиге. Их используют для кладки бассейнов ванных печей (донный брус), питателей, регенераторов, отдельных элементов горшковых печей.
К шамотным относятся изделия с содержанием Al2O3 от 28 до 45%, к полукислым – с содержанием Al2O3 15–25% и SiO2 более 65%. Шамотные и полукислые огнеупоры состоят из мелких кристаллов муллита 3Al2O32SiO2, кристаллических модификаций кремнезема (кварца, кристобалита) и стеклофазы со значительным содержанием Al2O3.
Сырьем для производства шамотных огнеупоров являются огнеупорные глины и каолины.
Глину, каолин или их смеси обжигают на шамот при температуре 1200–1350оС. Шамот играет роль отощителя в керамических массах для огнеупоров, и в отличие от других отощителей (например, кварцевых песков) не снижает огнеупорность и другие свойства изделий. В зависимости от способа формования керамические массы для огнеупоров содержат 60–85% шамота, остальное – огнеупорная глина. Многошамотные массы состоят из 85% шамота и 15% связующей глины.
Свойства алюмосиликатных огнеупоров зависят как от состава, так и от способа формования. Минимальные значения пористости (18–20%), усадки, максимальная прочность (в 3 раза выше) обеспечиваются при непластичном формовании.
Шамотные огнеупоры разделяют по огнеупорности на четыре класса: класс А имеет огнеупорность не ниже 1690оС, класс Б – 1650оС, класс В – 1630оС.
Температура начала деформации под нагрузкой (температура применения) шамотных изделий составляет 1250–1450оС. Шамотные изделия характеризуются плавным пластическим характером деформации – интервал деформации составляет 200–250оС (рис.1). Образец не разрушается при испытаниях, а лишь деформируется. Это связано с тем, что в шамотных изделиях с повышением температуры непрерывно увеличивается количество жидкой фазы и повышается ее вязкость вследствие растворения кремнезема и глинозема. Широкий интервал деформации шамотных огнеупоров позволяет сохранить устойчивость кладки печи при кратковременном превышении температуры деформации.
При длительной службе в печах шамотные огнеупоры дают дополнительную усадку, причем при температурах, превышающих температуру их обжига, кладка деформируется и теряет строительную прочность.
Термостойкость шамотных огнеупоров зависит от состава масс, способа формования, температуры обжига, структуры изделий и может изменяться в широких пределах – от 7 до 50 теплосмен. С увеличением содержания шамота в составе масс термостойкость изделий повышается и у многошамотных изделий может достигать до 150 теплосмен.
Шамотно-каолиновые огнеупоры по технологии производства мало отличаются от шамотно-глинистых изделий. Сырьем для их производства служат каолины. В зависимости от огнеупорности сырья каолиновые изделия делятся на два класса: класс 0 – огнеупорность не ниже 1750оС; класс А – не ниже 1730оС. Каолиновые огнеупоры обладают высокой термостойкостью – до 26 теплосмен; температура начала деформации составляет 1450–1550оС, температура разрушения 1600–1650оС.
Стеклоустойчивость алюмосиликатных огнеупоров снижается с ростом содержания в составе стекла оксидов щелочных и щелочноземельных металлов.
Выпускаются огнеупоры следующих марок для кладки дна и бассейна стекловаренных печей, каналов студочных и выработочных частей: ШСУ-33, ШСУ-36, ШСУ-40 – шамотные уплотненные с содержанием Al2O3 не менее 33, 36 и 40% соответственно; ШСП-40 – шамотные повышенно-плотные с содержанием Al2O3 не менее 40%.Выпускаются шамотные изделия общего назначения марок ША, ШБ, ШАК с температурой применения 1350–1400оС. Изготавливаются изделия, предназначенные для кладки регенераторов марок ШВ-37, ШН-38, ШВ-42 с температурой применения не ниже 1330, 1400 и 1500оС соответственно.
Высокоглиноземистые огнеупоры содержат более 45% Al2O3 и в зависимости от содержания глинозема подразделяются на муллитокремнеземистые (МКРС)(силлиманитовые), содержащие 45–62% Al2O3; муллитовые (МЛС) (62–72% Al2O3); муллитокорундовые (МКС)(72–90% Al2O3) и корундовые (КС).
Муллитовые огнеупоры изготавливают из смеси технического глинозема и огнеупорной глины. При изготовлении керамических высокоглиноземистых огнеупоров применяется высокоглиноземистый шамот. Используются методы полусухого прессования, шликерного литья и изостатического формования. Температура обжига – до 1700оС.
Высокоглиноземистые огнеупоры отличаются от шамотных большим содержанием тугоплавких фаз (муллита, корунда), меньшим количеством стеклофазы и более высокой температурой ее размягчения. В связи с этим они характеризуются большей огнеупорностью, температурой службы под нагрузкой, химической устойчивостью, термостойкостью, малой пористостью и усадкой в процессе службы. Их используют для кладки различных участков печи и регенераторов.
Муллитовые огнеупоры являлись первыми плавлеными изделиями, используемыми в стекольной промышленности. Однако в настоящее время плавленолитые муллитовые изделия практически не выпускаются, т.к. при воздействии щелочных компонентов происходит разложение муллита на корунд и стеклофазу. Этот процесс сопровождается уменьшением объема изделий, что создает значительные напряжения.
1.6 Глиноземистые огнеупоры
К глиноземистым огнеупорам относят в первую очередь корундовые изделия, которые содержат не менее 95% Al2O3. Технология производства керамических корундовых и муллитовых огнеупоров не имеет принципиальных отличий.
Для некоторых элементов кладки стекловаренных печей достаточно широко используют специальные огнеупорные материалы, изготовляемые эффективными методами керамической технологии (изостатическое прессование, шликерное и виброшликерное литье, горячее прессование). При производстве керамических огнеупоров используются связующие (глина). Высококачественные огнеупоры получают спеканием при температурах порядка 1600оС чрезвычайно тонких реакционно-активных порошков без добавления связующего. Формуются они методом изостатического прессования. Подготовка порошка требует больших затрат, поэтому спеченные огнеупоры применяются только в местах, подвергающихся максимальной нагрузке. Такие огнеупоры практически не содержат стеклофазу, что обуславливает их высокую прочность и стеклоустойчивость.
По данной технологии выпускаются корундовые огнеупоры с 94–99,5% А12О3 плотностью 3,30–3,80 г/см3 и открытой пористостью 0,5–11%. Чистый глинозем спекается очень трудно, поэтому в сырьевую массу добавляется небольшое количество SiO2 и щелочноземельных оксидов. Вследствие этого при спекании получают стеклофазу, которая уменьшает прочность под нагрузкой таких огнеупоров.
Глиноземистые плавленолитые огнеупоры содержат более 92% Al2O3. Сырьем для производства огнеупоров служат бокситы и технический глинозем. Плавку шихты ведут при температуре 1960–2100оС. Основные технологические стадии изготовления плавленых огнеупоров приведены выше.
7 Электроплавленые огнеупоры, их свойства и применение
ОАО «Подольскогнеупор» (Россия) изготавливает электроплавленые корундовые изделия КЭЛ-93, КЭЛ-93 (Кор-95), применяемые для футеровки выработочных каналов питателей.
В зависимости от вида и количества вводимых в шихту добавок получают глиноземистые огнеупоры различного типа: α-глинозёмистые, α-β-глинозёмистые, β-глинозёмистые.
При использовании в качестве исходного сырья технического глинозема и кварцевого песка получают -глиноземистые огнеупоры. Основной кристаллической фазой является корунд -Al2O3. Они обладают высокой прочностью, но низкой термостойкостью. Из расплавов, содержащих 5–7% R2O (Na2O), получают -глиноземистые огнеупоры, которые характеризуются повышенными пористостью и термостойкостью. --глиноземистые огнеупоры получают при содержании Na2O 3,6–4,0%. Они отличаются малой термостойкостью, но низкой пористостью.
Глиноземистые огнеупоры содержат незначительную долю стеклофазы. Это обусловливает минимальную склонность к образованию пузырей при контакте со стекломассой и высокую коррозионную стойкость огнеупоров в расплавах малощелочных стекол.
Глиноземистые огнеупоры имеют высокую температуру применения, составляющую 1750–1850оС. При контакте с расплавом они мало размягчаются, однако в присутствии Na2O в составе стеклорасплава -Al2O3 (корунд) может перейти в -Al2O3, который представляет собой в данном случае алюминат натрия. Это приводит к увеличению объема и, как следствие, к образованию трещин. С другой стороны, -глиноземистые огнеупоры, содержащие щелочные компоненты, при контакте с SiO2 из расплава вследствие выделения Na2O превращаются в корунд. В результате происходит сильная усадка, что также вызывает разрушение огнеупора.
Корундовые электроплавленые огнеупоры характеризуются низким содержанием стеклофазы.
8 Бакоровые огнеупоры их фазовый состав, свойства и применение.
Плавленолитые бадделеитокорундовые огнеупоры (бакоры) являются наиболее распространенным материалом для кладки бассейнов стекловаренных печей и особо ответственных участков верхнего строения печи. Существенным отличием бадделеитокорундовых огнеупоров является их высокая стеклоустойчивость, огнеупорность, прочность. Использование плавленолитых огнеупоров для кладки бассейнов стекловаренных печей взамен шамотных позволило повысить температуры варки от 1300oС до 1500–1600oС и соответственно существенно повысить производительность печей.
Бадделеитокорундовые огнеупоры относятся к системе Al2O3–ZrO2–SiO2. Область наиболее распространенных составов бакоровых огнеупоров, содержащих от 30 до 42% ZrO2, определяется положением тройной эвтектики с температурой плавления 1765oС.
Сырьевыми материалами для производства бакоров являются цирконовый концентрат, технический глинозем, бокситы, алиты. Технология изготовления плавленолитых огнеупоров включает плавку шихты в дуговой электропечи, слив расплава в формы, отжиг и механическую обработку изделий.
Фазовый состав бакора включает кристаллы корунда и бадделеита ZrO2, полученных в результате совместной кристаллизации. При затвердевании расплава наблюдается следующая последовательность выделения кристаллических фаз: бадделеитэвтектическая смесь корунда с бадделеитомкорунд. С увеличением содержания ZrO2 выделяются отдельные кристаллы бадделеита.
Огнеупорные плавленолитые бадделеитокорундовые изделия выпускаются по под маркой БАКОР: БК-33, БК-37 и БК-41 с содержанием основного компонента (диоксида циркония) 33, 37 и 41% соответственно. Кроме плавленолитых огнеупоров выпускают формованные огнеупоры на основе электроплавленных порошков следующих марок: БКТ – бадделеитокорундовые термостойкие и БКВ – бадделеитокорундовые виброформованные.
С повышением содержания ZrO2 увеличивается коррозионная устойчивость бакоровых огнеупоров. Так, увеличение количества ZrO2 от 33% до 41% повышает коррозионную стойкость при температуре варки в 1,3–1,5 раза.
Одним из недостатков бакоров является их химическая и минералогическая неоднородность. Концентрация ZrO2, соотношение кристаллической и стеклофазы изменяются по объему бруса. Максимальное содержание стеклофазы (до 20–25%) в глубине бруса, так как кристаллизация идет с поверхности. Наиболее тугоплавкий ZrO2 кристаллизуется быстрее и скапливается в нижней зоне бруса. При этом формируется мелкокристаллическая зона с повышенной плотностью. Внутренние участки отливок с расплавом, обогащенным плавнями и примесями, затвердевают с формированием крупнокристаллической зоны с пустотами. Усадочные раковины в отливках располагаются вблизи участка поступления расплава и могут занимать 20–40% объема. Условия охлаждения отливки определяют характер ее кристаллизации, состав стекловидной фазы, структуру материала, а следовательно, и его свойства.

Рис.2. Макроструктура бакоров при различных вариантах заливки:
NC – нормальная усадочная раковина; OC – ориентированная раковина;
RC – редуцированная раковина; FC – без усадочной раковины
На рис.2 схематично представлена макроструктура бакоров при различных вариантах заливки огнеупорных блоков. При обычном наполнении (NC) усадочные раковины образуются на 1/3–1/2 толщины изделия. Путем особого расположения литникового отверстия и формы при заливке получают брус с ориентированной (ОC) усадочной раковиной. Если заливается брус намного большего объема с последующей обрезкой литниковой и пористой частей на станке с алмазным инструментом, получают блоки с небольшой усадочной раковиной в торце (RC) либо без усадочной раковины (FС) – цельнонаполненные (высокоплотные).
Температура применения электроплавленых бадделеитокорундовых огнеупоров составляет 1600–1750оС. Показатели ТКЛР составляют 6–7,510-6 К-1. При использовании бакора в стекловаренных печах необходимо учитывать объемные изменения в интервале температур 1000–1300оС, связанные с модификационными превращениями моноклинного ZrO2 в тетрагональный.
Бадделеитокорундовые огнеупоры характеризуются отсутствием проницаемой канальной пористости, что исключает возможность пропитки их расплавом. Это во многом предопределяет их высокую коррозионную стойкость в контакте со стекольными расплавами.
По коррозионной стойкости лучшим является огнеупор БК-33 типа А. Это связано с более высоким содержанием наиболее химически стойкого компонента – ZrO2. При этом наблюдается преимущественное растворение корунда. Стеклоустойчивость бакоровых огнеупоров, используемых для кладки бассейна стекловаренной печи, существенно зависит от текстуры, т.е. однородности или неоднородности качественных показателей огнеупора по всей толщине бруса.
Однородная текстура по всему объему огнеупоров обеспечивает их высокую эксплуатационную стойкость. При этом окислительные условия плавки при производстве этих огнеупоров, рациональный химический состав стеклофазы за счет оптимального количества SiO2 и Na2О и соответственно ее повышенные химическая стойкость и температура размягчения практически исключают образование в стекле пороков («мошки», пузыри, свили).
9 Магнезиальные огнеупоры, их применение. Оксидные огнеупоры.
Из группы магнезиальных огнеупоров в стекловаренных печах используются периклазовые, периклазохромитовые, хромитопериклазовые и форстеритовые изделия. Для производства магнезиальных огнеупоров используется обожженный природный магнезит MgСО3.Магнезиальные изделия – огнеупоры основного характера, поэтому обладают высокой устойчивостью к щелочным компонентам, улетучивающимся при варке стекла. Это определяет их применение для изготовления насадок регенераторов.
Периклазовые огнеупоры содержат не менее 85% MgO. Их огнеупорной основой служит периклаз. Основные примеси – CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3. При производстве периклазовых огнеупоров по керамической технологии формование изделий из измельченного предварительно обожженного магнезита ведут методом полусухого прессования с обжигом при температуре 1600–1750оС. Периклазовые огнеупоры характеризуются большой разницей между огнеупорностью (2300оС) и температурой деформации под нагрузкой (1550оС), а также небольшим интервалом деформации (рис.1). Кристаллы периклаза не образуют кристаллического сростка, они сцементированы неогнеупорными стекловидными связками. Плавление связки происходит при температуре 1450–1550оС, при этом с повышением температуры вязкость расплава существенно снижается. Огнеупоры имеют высокий ТКЛР (13–1510-6 К-1) и относительно невысокую теплопроводность, поэтому при резких перепадах температур на изделиях появляются трещины. Периклазовые изделия чувствительны к парам воды: при взаимодействии с ними MgO гидратируется с образованием Mg(OH)2.
Выпускаются периклазовые изделия марок П-91, П-90, П-89, содержащие соответственно 91, 90 и 89% MgO; содержание СаО и SiO2 не более 4%. Периклазовые изделия характеризуются следующими средними показателями: огнеупорность, ºС 2300; температура применения, ºС, не менее 1500; предел прочности при сжатии, Мпа, не менее 40; кажущаяся пористость, % 22-26. Для производства изделий ответственного назначения применяют плавленый периклаз, который получают путем плавки в дуговых электропечах спеченного периклазового порошка. Свойства изделий из плавленого периклаза: температура деформации под нагрузкой 1680–1750оС; кажущаяся плотность 3,5 г/см3; предел прочности при сжатии 150 МПа; термостойкость 20 теплосмен; высокая коррозионная стойкость. Выпускает огнеупоры марок ППЛУ (ППЛУ-95, ППЛС-97) – изделия периклазовые из плавленого периклаза (уплотненные или среднеплотные).
Магнезиально-шпинелидные огнеупоры в зависимости от содержания оксида магния делятся на две группы: хромитопериклазовые с относительно низким содержанием MgO (40–50%) и высоким Cr2O3 (15–35%); периклазохромитовые, содержащие не менее 60% MgO при низком содержании Cr2O3 (5–18%). Такое разделение достаточно условно и иногда все изделия этого типа называются хромитопериклазовыми.
Хромсодержащие огнеупоры получают при использовании магнезита и хромита. Технология производства изделий аналогична технологии периклазовых огнеупоров.
Хромитопериклазовые изделия характеризуются высокой огнеупорностью (не менее 1900оС) и термостойкостью, составляющей 2–9 теплосмен. Однако температура начала размягчения под нагрузкой составляет 1450–1550оС, что ограничивает область их применения. Хромсодержащие огнеупоры достаточно разнообразны по составу и показателям, что дает возможность широкого выбора материалов. В стекловаренных печах рекомендуется применять изделия, содержащие не более 3% Fe2O3, с хорошими показателями термостойкости. Эффективным методом повышения качества периклазохромитовых огнеупоров является использование в производстве плавленых периклазохромитовых и периклазовых порошков. Изготовление изделий из таких порошков производится по керамической технологии.
Форстеритовые огнеупоры – материалы, в которых основным компонентом является форстерит Mg2SiO4 (до 85%). Прочие минералы (периклаз, магнезиоферрит) содержаться в небольшом количестве. Форстеритовые огнеупоры относятся к нейтральным огнеупорным материалам. Сырьем для производства форстеритовых огнеупоров служат магнезиально-силикатные породы – оливины, серпентиниты, дуниты.
Минерал форстерит имеет большую анизотропию ТКЛР по осям, что обусловливает низкую термостойкость этих огнеупоров. Форстеритовые огнеупоры обладают пределом прочности при сжатии 25–30 МПа, пористостью 22–28%, температурой начала деформации под нагрузкой 1610°С, термостойкость 7 воздушных теплосмен.
1.9. Огнеупоры специального назначения
Хромоксидные огнеупоры. Высокая температура плавления Cr2O3, его очень высокая коррозионная устойчивость позволяют считать огнеупоры на основе оксида хрома перспективным материалом для стекольной промышленности.
Хромоксидные огнеупоры содержат 94–96% Cr2O3 и 4% TiO2. Формование производят методом шликерного литья или изостатического прессования сверхтонких порошков. Они характеризуются высокой огнеупорностью (более 2000оС) и температурой службы (более 1750оС). При нагревании до 1650оС хромоксидные огнеупоры дают дополнительную усадку 0,1–0,3%. Кажущаяся плотность огнеупоров составляет 4,2–4,6 г/см3, коэф. теплопроводности 2,28 Вт/мК; ТКЛР – 8,110-6 К-1.
Стеклоустойчивость хромоксидных огнеупоров в 5–10 раз превышает аналогичную характеристику всех огнеупорных материалов, особенно к стеклам алюмоборосиликатного состава. Поэтому данные огнеупоры применяют при кладке бассейна печей в производстве стекловолокна. Не рекомендуется использовать хромоксидные огнеупоры в газовом пространстве стекловаренной печи, так как это приводит растрескиванию блоков. Недостатком таких огнеупоров являются низкая термостойкость (1–3 теплосмены). Огнеупоры на основе оксида хрома электропроводны, причем при нагревании до температуры 1200оС удельное электрическое сопротивление снижается почти в 1000 раз.
Особенностью применения данных огнеупоров для кладки бассейна стекловаренной печи является окраска стекломассы в светло-зеленый цвет.
Огнеупоры на основе оксида олова содержат до 99% SnO2. Они обладают более высокой, чем бакоры, стеклоустойчивостью (в 2–5 раз), высокой электропроводностью, поэтому известны в первую очередь как материал электродов при электроварке. В отличие от молибденовых и графитовых электродов не восстанавливают в расплавах стекол оксиды свинца, мышьяка и др. до металлического состояния. Используются также в качестве материала огнеупорных тиглей и печных брусьев при варке специальных стекол (легкоплавких). Восстановление SnO2 до SnO и испарение при температурах свыше 1300оС ограничивает использование этого огнеупора.
Формование производят методами шликерного литья, изостатического прессования. Выпускаются оксидно-оловянные огнеупоры, используемые в основном в качестве пластинчатых и цилиндрических электродов, содержащие до 99% SnO2.
Свойства огнеупоров на основе оксида олова: кажущаяся плотность, г/см3 5,9-6,1; открытая пористость, % 8-13; предел прочности при сжатии, Мпа 100-150; теплопроводность Вт/м·К, при 1400 ºС 5,2.
Композиционные материалы. Разрабатываются композиционные огнеупорные материалы, которые представляют собой комбинации матричных материалов (глинозем, муллит) с нитевидными кристаллическими материалами (муллит, карбид кремния, циркон, каолиновое волокно). Большое значение при этом имеет оптимальный подбор матрицы и наполнителя, которые должны иметь близкие показатели теплового расширения. По сравнению с традиционными огнеупорами композиционные материалы характеризуются намного более высокой механической прочностью, улучшенными показателями термостойкости, теплопроводности и устойчивости к механическим и химическим воздействиям. Практически все промышленно развитые страны применяют в настоящее время волокнистые огнеупоры, а также нитевидные кристаллы и композиты. Использование волокнистых и композиционных огнеупоров позволяет существенно снизить массу кладки, уменьшить количество теплоты, аккумулированной печными ограждениями, обеспечить повышение производительности печей на 20–40% при сокращении расхода топлива на 30–50%.
10 Теплоизоляционные материалы: легковесные огнеупорные изделия, волокнистые материалы
Использование надежной тепловой изоляции обеспечивает экономию топлива, способствует повышению коррозионной устойчивости огнеупоров.
К материалам для тепловой изоляции печи предъявляются следующие требования:
низкое значение коэффициента теплопроводности;
– способность противостоять высоким температурам, до которых прогревается внутренний огнеупорный слой;
– строительная прочность должна быть достаточной, чтобы не разрушаться под действием собственного веса теплоизоляционного слоя;
– небольшая удельная теплоемкость, чтобы потери теплоты на аккумуляцию кладкой были минимальными;
– стоимость этих материалов должна быть по возможности невысокой.
Главной рабочей характеристикой теплоизоляционных материалов служит предельная температура их применения. Если действительная температура службы превышает предельно допустимую величину, то теплоизоляция может оказаться химически или механически неустойчивой и выйдет из строя.
По температуре применения теплоизоляционные материалы делят на три группы: низкотемпературные (до 900ºС), среднетемпературные (900–1200°С) и высокотемпературные (свыше 1200°С). Поэтому не все материалы, входящие в группу теплоизоляционных, являются огнеупорными.
В качестве естественных теплоизоляционных материалов используются диатомит, трепел, вермикулит и асбест. Диатомит и трепел используют для засыпок в порошкообразном виде. Кроме того, из них изготовляют кирпич на глинистой связке. Диатомитовые кирпичи обладают очень малой прочностью, и их применяют для выполнения слоя наружной тепловой изоляции стен и сводов печей. Их пористость составляет от 55 до 75%, а предельная температура применения достигает 1000°С.
Вермикулит при нагревании до 800–900°С вспучивается и увеличивает свой объем в 15–20 раз. Необожженный вермикулит используют для засыпок и изготовления плит. Средний коэффициент теплопроводности этих материалов равен 0,1 Вт/м·К. Вермикулитовые плиты имеют низкую плотность (до 0,25 г/см3) и соответственно малый вес, однако предельная температура их применения не превышает 600°С. В обожженном виде вермикулит используют для засыпок и изготовления различных изделий. В этом случае он применяется при рабочей температуре до 1100°С.
Асбест или горный лен представляет собой волокнистый материал, соответствующий формуле. При нагреве до температур выше 500°С он теряет связанную влагу и в результате разрушается, рассыпаясь в порошок. Поэтому асбест можно использовать до температуры 450°С. Из асбеста изготавливают шнуры, ткани, картон. Асбестовые изделия при пористости 65–75% имеют коэффициент теплопроводности порядка 0,17 Вт/м·К.
Легковесные огнеупорные изделия на основе шамота, динаса, высокоглиноземистых материалов и карборунда широко используются в практике стеклоделия. Легковесные изделия изготовляют тремя способами: выгорающих добавок, пенообразования и химическим. Выбор метода зависит от величины требуемой пористости и структуры огнеупора.
При способе выгорающих добавок в керамическую массу добавляются твердые горючие материалы – древесные опилки, каменный уголь, кокс и др. В процессе обжига добавки сгорают, и в изделии образуется большое количество крупных пор произвольной формы.
Пеновым способом можно получать изделия с пористостью до 80–85%. Сущность пенового способа заключается в смешении суспензии тонкомолотого огнеупорного материала с пеной, которая должна быть стойкой и прочной. Пенообразователями являются поверхностно-активные вещества; в качестве крепителя пены используют клей. Пеномассу с влажностью 40–45% заливают в формы. После сушки и обжига получают изделия с большим количеством мелких равномерно распределенных пор. Пеноизделия в отличии от изделий, получаемых методом выгорающих добавок, характеризуются более высокой пористостью и соответственно лучшими теплоизоляционными свойствами. Однако механическая прочность таких материалов ниже.
Химическим способом поры получают при выделении газообразных продуктов в результате взаимодействия доломита и гипса с серной кислотой. При этом образуется большое количество равномерно расположенных пор.
Механическая прочность легковесного огнеупора значительно меньше, чем плотного.Минимально допустимым является предел прочности 0,5 МПа. Температура применения изменяется от 1150 до 1550°С. Теплопроводность при 600°С изменяется от 0,25 до 0,7 Вт/м·К, закономерно снижаясь с уменьшением кажущейся плотности материалов.
Выпускаемые промышленностью легковесные материалы по температуре применения, химико-минералогическому составу и плотности классифицируются на диносовые, шамотные, муллитокремнезёмистые, муллитовые, корундовые.
Волокнистые огнеупорные материалы находят все большее применение для тепловой изоляции стекловаренных печей. Их достоинством является легкость, низкий коэффициент теплопроводности, высокая термостойкость, хорошая химическая стойкость.
Наибольшее распространение получили алюмосиликатные стекловолокнистые материалы каолинового состава (50% Al2O3, 50% SiO2). Их применяют в виде каолиновой ваты и изделий на ее основе.
Каолиновая вата относится к огнеупорным материалам муллитокремнеземистой группы. Она производится из натуральных огнеупорных глин и каолинов или синтетических смесей каолинового и высокоглиноземистого составов. Из каолиновой ваты получают различные изделия: рулонный материал, плотный войлок, плиты, маты, бумагу, картон и т.д.
Каолиновые волокна представляет собой высокотемпературное стекло. При температурах свыше 1150°С стеклофаза волокон кристаллизуется, при этом теряется прочность, упругость волокон, они становятся хрупкими и менее термостойкими.
В зависимости от группы, температуры применения и плотности огнеупорные теплоизоляционные стекловолокнистые материалы и изделия делятся на марки: МКРВ (муллитокремнезёмистая вата), МКРР-130 (муллитокремнезёмистый рулонный материал), МКРЗХ-150 (муллитокремнезёмистый хромсодержащий рулонный материал) и т.д.Температура применения муллитокремнеземистых изделий изменяется от 1150–1300°С в зависимости от вида изделия и марки. Теплопроводность изделий при температуре 600°С находится в пределах 0,23–0,16 Вт/м·К.
К искусственным теплоизоляционным материалам относится шлаковая вата, изготовленная из различных минеральных расплавов, чаще всего из шлаков рудоплавильных металлургических печей. Струю шлака раздувают паром, в результате чего образуются тончайшие нити, из которых и получают шлаковую вату. Шлаковая вата обладает хорошими теплоизоляционными свойствами и огнеупорностью. Ее применяют до температуры 600°С.
Температура применения муллитокремнеземистых материалов не превышает 1300°С. Создание волокнистых теплоизоляционных материалов с температурой службы 1600°С и выше возможно при использовании поликристаллических тугоплавких оксидов. Глиноземистые поликристаллические волокна состоят из кристаллов Al2O3, распределенных в аморфной матрице. Получены также поликристаллические волокна из ZrO2. Волокна получают вытягиванием через фильеры, газодутьевым способом, центробежнодутьевым и др. Особенностью получения поликристаллических волокон является последующий быстрый обжиг.
Теплоизоляционные изделия, изготовленные из волокон ZrO2, имеют низкую теплопроводность – она составляет 0,14, 0,20 и 0,27 Вт/м·К при 500, 1000 и 1500°С соответственно.
11 Неформованные огнеупорные материалы
К неформованным огнеупорным материалам относят огнеупорные порошки, цементы, массы, мертели. Они используются после затворения с водой или другой жидкостью. Огнеупорные массы спекаются и упрочняются в процессе эксплуатации печи.
Огнеупорные мертели представляют собой измельченные смеси огнеупорных отощающих и связующих материалов, которые в смеси с водой дают растворы. Эти растворы используются для заделки швов между формованными огнеупорными изделиями и связывания огнеупорных изделий в кладке. По составу различают динасовые, алюмосиликатные (полукислые, шамотные, высокоглиноземистые), корундовые, хромитопериклазовые и другие мертели. Химический состав мертеля должен соответствовать химическому составу огнеупоров в кладке печи. Огнеупорные мертели бывают пластифицированные и не пластифицированные. Пластифицирующие вещества, например ортофосфорную кислоту, вводят в мертели при их изготовлении или при затворении в растворы. Пластифицированные мертели требуют введения меньшего количества воды, обладают постоянством объема при нагревании, большей плотностью и стеклоустойчивостью.
Огнеупорные алюмосиликатные мертели предназначены для связывания алюмосиликатных огнеупоров в кладке. В зависимости от химического состава и огнеупорности выпускаются мертели следующих марок: МШ-31, МШ-36, МШ-38 – шамотные мертели с содержанием Al2O3 соответственно не менее 31, 36 и 38%. Мертель ММЛ-62 – муллитовый с содержанием Al2O3 не менее 62%; ММК-72 – муллитокорундовый мертель с содержанием Al2O3 не менее 72%.
Огнеупорные динасовые мертели предназначены для связывания динасовых изделий в огнеупорной кладке. Выпускаются пластифицированные мертели марок МД-90, МД-94, МД-96. Максимальная температура применения динасовых мертелей составляет 1500–1650°С и возрастает с ростом содержания SiO2.
Корундовый мертель применяют при кладке плотных и легковесных корундовых изделий. Максимальная температура применения корундового мертеля выше 1500 °С. Химический состав корундового мертеля МК-95: Al2O3 не менее 95%, Fe2O3 не более 0,15%, Р2О5 2,5–3%.
Для подготовки изоляционного и защитного слоя пода стекловаренной печи выпускаются неформованные огнеупоры (порошки): ЦирАСил – бадделеитокорундовый огнеупорный мертель; КБО-1 – крошка бакоровая огнеупорная. Мертель марки ЦирАСил применяется в качестве раствора толщиной 5-8 мм для выравнивающей выстилки дна бассейна бакоровыми плитками, а также для уплотнения швов и создания монолитного дна. Регламентируется содержание ZrО2 – не менее 27%, SiO2 – 20%, сумма плавней не более 4%, влажность не более 1,5%. Огнеупорность бадделеитокорундового порошка составляет 1710°С. Бакоровая крошка марки КБО-1 используется в качестве изоляционного слоя толщиной 35-80 мм между электроплавленной плиткой и донным шамотным брусом ШСУ-33.
Огнеупорные бетоны – конструкционные и ремонтные материалы для монолитной кладки стекловаренных печей. Огнеупорные бетоны по показателю максимальной температуры применения делятся на жаропрочные (температура применения до 1100 оС), огнеупорные (температура применения 1100–1300оС), высокоогнеупорные (1300–1700оС), высшей огнеупорности (свыше 1700оС). Основой огнеупорных бетонов являются измельченные огнеупорные материалы (кварцевый песок, шамот, корунд, муллит, циркон и др.), содержащиеся в количестве до 80–95%. В состав бетонов входят гидравлические связующие, чаще всего высокоглиноземистый цемент, а также фосфатные связующие, растворимое стекло.
Технология производства и кладка изделий из огнеупорных бетонов такая же, как и у строительных бетонов. Упрочнение бетонов происходит путем гидратационного или химического твердения при нагревании и путем спекания за счет реакций, протекающих в связующем и между связующим и наполнителем. Показатели эксплуатационных свойств бетонов изменяются в процессе службы в стекловаренной печи.
12 Служба огнеупоров бассейна стекловаренной печи
Процесс разъедания огнеупора стекломассой (коррозия) состоит в том, что компоненты стеклорасплава химически взаимодействуют с компонентами огнеупора, образуя более легкоплавкие соединения. Одновременно идет процесс растворения компонентов огнеупора. Рассмотрим основные факторы, влияющие на срок службы огнеупоров бассейна стекловаренной печи.
Химическая активность стекломассы по отношению к огнеупорам определяется в первую очередь реакционной способностью компонентов стекольного расплава и огнеупора. Например, стекломасса с повышенным содержанием щелочных оксидов особенно сильно разъедает огнеупоры, содержащие кислые компоненты (кремнезем). К такой стекломассе наиболее устойчивы высокоглиноземистые огнеупоры и огнеупоры, содержащие ZrO2. При варке борсодержащего стекла соединения бора являются плавнями для высокоглиноземистых соединений. В данном случае устойчивы цирконий- и хромсодержащие огнеупоры.
Отвод продуктов реакций из зоны взаимодействия на поверхности раздела расплав–огнеупор определяет скорость коррозии. В отсутствии конвективных потоков контактный слой насыщается твердыми или высоковязкими продуктами реакций. Это ведет к уменьшению скорости разрушения.
Чем выше химическая (коррозионная) стойкость компонентов огнеупора и чем больше возрастает вязкость контактного слоя расплава на границе огнеупор–стекломасса, тем медленнее коррозия. Большое значение в этом процессе имеет конвекция стекломассы, активность которой определяется градиентом температур по длине, ширине и глубине варочного бассейна. Соответственно наибольшие разрушения происходят в случае активных конвективных потоков, например коррозия дна при бурлении стекломассы, коррозия огнеупоров протоков, в которых стекломасса движется с высокой скоростью.
Интенсивность всех реакций взаимодействия компонентов стекломассы и огнеупоров определяется температурой стекломассы. В пламенных и электрических стекловаренных печах распределение температур по глубине стекломассы различается, а профиль коррозии практически зеркально повторяет профиль температур стекломассы (рис.3). Повышение температуры варки стекла возможно при использовании огнеупоров высокой стеклоустойчивости.
749308699500
Рис.3. Профили коррозии стеновых брусьев и распределение температур по глубине варочного бассейна:
а – пламенная печь; б – электрическая печь
Большое значение имеет структура огнеупора. Большинство огнеупорных материалов состоит из одной или нескольких кристаллических фаз, связанных стеклофазой. При коррозии огнеупора растворяется в первую очередь стеклофаза. Поэтому наиболее устойчивыми являются огнеупоры, практически не содержащие стеклофазу.
Важное значение имеет также пористость материала: чем меньше пористость, тем выше стойкость к расплавам. Соответственно огнеупоры, получаемые по керамической технологии, с пористостью до 30% не могут конкурировать с электроплавлеными огнеупорами (пористость 0,5–3%). Скорость коррозии зависит также от размера и формы пор. Стойкость пористого огнеупора, особенно с сообщающимися порами, на порядок ниже, чем плотного.
Скорость коррозионного процесса зависит также от вязкости расплава и смачиваемости огнеупора расплавом. Для стеклоустойчивости важно, чтобы смачиваемость была минимальной, для чего поверхностное натяжение расплава должно быть высоким. Это закономерно и в отношении вязкости – высокая вязкость стеклорасплава или растворенных продуктов коррозии снижают ее скорость. Вязкость снижается с ростом содержания в стекле щелочных компонентов, оксида бора, сульфатов.
Исследованиями механизма коррозии плавленолитых огнеупоров установлено существенное снижение их стойкости по мере уменьшения в составе стекла щелочных компонентов. Агрессивны бесщелочные расплавы, содержащие повышенное количество BaO, CaO. Это связано с тем, что коррозионная стойкость огнеупоров определяется степенью воздействия продуктов коррозии на вязкость расплава на границе раздела стекло–огнеупор. Величина градиента вязкости между исходным расплавом и формирующимся граничным слоем является одним из основных факторов, определяющих скорость коррозии огнеупора силикатным расплавом.
Характерный износ огнеупоров бассейна связан с вертикальной ячеистой коррозией. Стеклорасплав насыщен растворенными в нем газами или веществами, способными выделять дополнительное количество газов (оксиды переменной валентности, расплавы сульфатов, карбонатов). При растворении огнеупоров в расплаве нарушается физико-химическое равновесие, что является причиной выделения газообразной фазы с образованием пузырей у поверхности раздела. Вращение пузырей при их движении вверх-вниз усиливает конвекцию расплава и соответственно скорость коррозии.
Одной из наиболее характерных особенностей процесса взаимодействия огнеупора с расплавом в газопламенных печах является эффект максимальной коррозии материала на уровне зеркала стекломассы, на границе раздела трех фаз – твердой, жидкой и газообразной. Значительную роль при этом играет более высокая температура стекломассы. Схема коррозии приведена на рис.4.
Рис.4. Коррозия стенового бруса на уровне зеркала стекломассы:
а – начальный период; б – отрыв капли стекла; 1 – стекломасса; 2 – реакционный контактный слой; 3 – стекло, обогащенное продуктами коррозии; 4 – огнеупор
-571570231000Миграция щелочных компонентов в огнеупор из расплава способствует образованию слоя стекломассы, обедненного щелочными компонентами, и реакционного слоя продуктов взаимодействия.
Вследствие снижения концентрации щелочных компонентов и увеличения концентрации А12О3 поверхностное натяжение расплава в образующихся слоях увеличивается, что способствует их подъему выше уровня стекломассы.
Коррозия огнеупора на уровне зеркала стекломассы определяет в большинстве случаев длительность кампании стекловаренной печи. Участок стены на уровне зеркала стекломассы выполняют из наиболее стеклоустойчивых огнеупоров.
Пороки стекломассы, связанные с коррозией огнеупоров – камни (нерасплавившиеся кусочки огнеупоров), свили, газовые включения. Процесс коррозии неизбежен, поэтому при выборе огнеупоров значение имеет не только коррозионная устойчивость, но и возможность возникновения тех или иных пороков.
13 Служба огнеупоров верхнего строения печи
Условия службы огнеупоров верхнего строения печи связаны с агрессивным воздействием летучих и пылевидных компонентов шихты, продуктов сжигания топлива, а также с высокими термическими нагрузками. В ванных печах с поперечным направлением пламени пыление шихты происходит в зоне варки до 2–3 пар горелок, в печи с подковообразным направлением – вплоть до зоны осветления. Разрушение верхнего строения печи усиливается в случае содержания в шихте и стекломассе легколетучих компонентов – соединений фтора, бора, оксидов щелочных металлов, оксида свинца.
Коррозия огнеупоров происходит при взаимодействии компонентов шихты и стекломассы с компонентами огнеупоров. Кроме этого, компоненты шихты и продукты сгорания топлива вызывают эрозию – механическое разрушение огнеупоров. Снижение разрушающего действия компонентов шихты обеспечивается ее увлажнением, еще в большой степени – гранулированием шихты.
Повышение температуры варки усиливает разрушение огнеупоров: каждые 50–60оС повышения сокращает срок службы огнеупоров в 2 раза.
Активное воздействие факела, значительные термические нагрузки при переключении направления пламени в регенеративных печах в сочетании с коррозирующим действием компонентов стекла приводят к тому, что в пламенном пространстве наиболее сильно разрушаются влеты горелок. Поэтому для кладки влетов горелок, простенков между влетами в зоне варки, а также загрузочного кармана рекомендуется использовать бадделеитокорундовые огнеупоры.
Рациональная раскладка огнеупоров регенераторов определяется различным характером воздействия агрессивных факторов по высоте. В регенераторах наиболее сильно разрушается насадка. На верхнюю часть насадки (около 1/3 по высоте) действуют следующие факторы:
– высокая температура (свыше 1100оС) и ее циклические изменения;
– изменение газовой атмосферы;
– пыль шихты, газообразные продукты (B2O3, Na2O и др.).
В результате происходит разбухание огнеупора из-за образования силикатов, боратов, образование трещин из-за термического воздействия и усталости материала.
В нижней части насадки регенератора происходит коррозия щелочными компонентами, фтором; термические нагрузки менее существенны, однако циклические изменения температуры и атмосферы вызывают усталость материала.
40 Определение ситаллов. Основные этапы получения и их применение.

Технология получения ситаллов состоит из нескольких операций. Сначала получают изделия из стекломассы теми же способами, что и обычные стекла. Затем его подвергают чаще всего двухступенчатой термической обработке при температурах 500—700°С и 900—1100°С. На первой ступени происходит образование зародышей кристаллизации, на второй – развитие кристаллических фаз. Для обеспечения равномерной тонкокристаллической кристаллизации по всему объему были разработаны два подхода: гомогенное и гетерогенное ядрообразование. Если образование центров кристаллизации при зарождении новой фазы вещества внутри другой его фазы происходит в отсутствие посторонних частиц, то такой процесс определяется как гомогенная кристаллизация. В противном случае — это катализированная или гетерогенная кристаллизация. При помощи гомогенной кристаллизации получают рубиновые, опаловые и некоторые светочувствительные стекла, а по второй технологии — стеклокристаллические материалы. Содержание кристаллических фаз к окончанию технологического процесса достигает порядка 95%, размеры оптимально развитых кристаллов составляют 0,05—1 мкм. Изменение размеров при кристаллизации не превышает 1—2%.
Высокие эксплуатационные характеристики ситалловых изделий (прочность и износостойкость, химическая стойкость, способность выдерживать высокие температурные перепады) обеспечивают этому классу материалов возможность широкого применения в строительстве в качестве облицовочного материала, элементов слоистых панелей в конструкциях промышленных зданий. Шлакоситалл хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для настила полов промышленных и гражданских зданий, для облицовки наружных и внутренних стен, для футеровки строительных конструкций, подверженных химическим воздействиям и абразивному износу. Для расширения цветовой гаммы шлакоситалла его поверхность можно декорировать силикатными эмалями.
Ситалл обладает высокой прочностью, твердостью, химической и термической стойкость, низким температурным коэффициент расширения, поэтому на предприятиях химической, коксохимической и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности используют изделия из ситалла (панели, трубы, электроизоляторы и др.). Их получают методом стекольной или керамической технологии. Ситаллы применяют также для герметизации электровакуумных приборов, в оптике и т. д.
41 Кристализация стекол. Гомогенное зародышеобразование. Гетерогенная кристализация.



протеканию процесса зародышеобразования препятствует то,что на образование поверхности раздела требуется затраты энергии. Поверхностная энергия зародышей вносит дополнительный вклад в величину свободной энергии.поскольку зародыши не могут появиться без повышения свободной энергии системы, возникает необходимость преодоления энергетического барьера зародешеобразования. При малых значениях радиуса зародышей изменение свободной энергии положительно. Дальнейшее увеличение радиуса зародыша приводит к отрицательным значениям ссумарной свободной энергии и термодинамическая стабильность системы возрастает. Главную роль при зарождении центров кристаллизации играет переохлождение. При медленном охлождении образуется мелкозернистый материал, а при бысттром-крупнозернистый. Спонтанная кр-ция может происходить только в сильно пересыщенных растворах. Если метастабильная область расположенная ниже тем-ры плавления, центры кристаллов не образуются. Другая метастабильная зона находится в зоне низких температур хар-тся очень низкой скоростью образования центров кр-ции. При гетерогенном зародышеобразовании зарождения новой фазы нет, на дефектах структуры, при местных центрах и поверхностях раздела фаз . для гетерогенного зародышеобразования необходимо,чтобы поверхность, которая ускоряет обр. центров крист-ции смачивалась расплавом. На образование центров крис-ции оказывает влияние так же внутренняя поверхность (пыль,примеси) и дефекты. Введением небольших количеств веществ –катализаторов зародышеобразования можно вызвать процесс выделения зародышей во всем объеме и с высокой скоростью.
42
Кристаллизация стекломассы зависит от химического состава стекла, его вязкости, качества сырьевых материалов, времени выдержки расплава в опасном интервале температур, условий термической обработки стекломассы. Процесс кристаллизации стекла протекает в две стадии: образование центров кристаллизации (зародышей) и рост кристаллов на них. С понижением температуры расплава растет число центров кристаллизации, однако после достижения наибольшего значения при определенной температуре скорость образования кристаллов падает до нуля. Практически температурный интервал кристаллизации расплава стекла ограничивается нижним пределом температур, при котором появляются первые кристаллы, и верхним, при котором кристаллы растворяются.
Для того чтобы установить оптимальные параметры варки стекла и выработки изделий, необходимо знать опасный интервал температур, внутри которого стекло кристаллизуется. В большинстве случаев температура формования стекла бывает очень близкой к опасной температуре кристаллизации. Обычно при выборе состава промышленных стекол стремятся к тому, чтобы температура верхнего предела кристаллизации была на 25 ... 30 С ниже температуры ее формования.
Кристаллизация стекломассы зависит в основном от следующих факторов: химического состава стекла и его вязкости, вида применяемого сырья, взаимной растворимости отдельных компонентов, продолжительности выдерживания расплава при определенных температурах и условий термической обработки стекломассы. Наиболее активно стекла кристаллизуются на границе двух фаз при температурах, соответствующих вязкости стекла 103—104 Па·с.
На кристаллизацию стекла влияет его химический состав. Склонность к кристаллизации при замене одних оксидов другими уменьшается с повышением вязкости стекла в температурной области кристаллизации.
43
Метод катализированной крис-ции стекла дает возможность превращать стекла определенных составов в совершенно новые материалы. Для реализации процесса перехода стекла в ситалл необходимо сначала образовать в объеме стекла многочисленные центры кристаллизации, а затем на этих центрах вырастить кр-лы. Центры кр-ции могут вознокать самопроизвольно (гомогенное) или появляться в результате внесения посторонних частиц (гетерогенное). Катализаторы- вещ-ва,инициирующие процесс зарождения центров крис-ции. Требования к катализаторам: 1. Кат. Должен иметь неорганиченную растворимость в стекле при высоких тем-рах.2. кат должен обладать низкой энергией активации. 3. Ионы или атомы кат. Должны иметь повышенную скорость диффузии. Главная роль катализатора- создание высокоразвитой поверхности раздела фаз в объеме стекла.
Кат-ры: 1 оксидные .2. металлические. 3. Фториды и сульфиды.
Оксидные. TiO2, ZrO2, SnO2, Cr2O3,Fe2O3, P2O5, ZnO. Диоксид титана-наиболее используемый кат. Крис-ции,прежде всего в алюмосиликатных системах. Основное действие его-способность развивать явления ликвации. Ликвационные явления в титаносодержащих стеклах имеют ряд особенностей: 1. Ликвация хар-тся малым размером капель.2. увеличение сод. Кат. Приводит к усилению и уменьшению размера капель. 3. Ликвация стекла протекает по бинодальному механизму.Диоксиды циркония и олова считаются компонентами, плохо растворимыми в силикатных расплавах. С понижением тем-ры расплава раств-сть , ZrO2 резко снижается и он выделяется в виде хлопьев, на пов-сть кот. Легко зарождаются центры крис-ции. Действие SnO2 анологично действию ZrO2.это-один из лучших глушителей.Cr2O3. Так же обладает слабой растворимостью. Слабая растворимость способствует выделению из расплава при охлаждении хромсодержащих фаз. В качестве кат. Крис-ции Cr2O3 вводят в алюмосиликатные стекла при наличии оксида лития.
Оксид железа. Обычно исп-тся как кат-р в бесчелочных и малощелочных системах, но в сочетании с Cr2O3 , с кот. Обр. хроможелезистые шпинелиды. Они плохо раств. В расплаве и выделяются на стадии охлаждения.
Оксид фосфора. Типичный стеклообразователь. Его применяют для глушения стекла. Изменение концентрации позволяет регулировать степень глушения. Эффект глушения обусловлен образованием тугоплавких соединений. Нераств-сть его приводит к глушению.так же он способствует ликвации.
Оксид цинка. Применяют как усилитель глушения фтористыми и фосфатными соединениями. Его вводят совместно с P2O5.
Металлические кат. Медь вводят через Cu2O, варку стекла ведут в восстановительной среде. Сильно восстановительные условия непригодны,тк медь будет обр. слишком крупные агрегаты вся медб должна перейти в атомарное состояние.стекло,сод. Медь должно оставаться бесцветным.
Золото . условие варки не требует восст. Режима. Золото, хорошо раств-ся в свинецсодержащих стеклах и хуже в бессвиновых.. при быстром охлаждении стело получается бесцветным. При повторном нагревании происходит агрегация атомов золотадо коллоидных размеров. они и служат центрами крис-ции.
Фториды и сульфиды. Применяют в качестве глушителей. В стекле должно быть Al2O3. Для более мелкозернистый крис-ции.
44. фотонуклеация.
Фотонуклеация- это зародышеобразование под действие облучения. Исх. Материалом для получения ситаллов явл. Фоточувствительные стекла.они сод. Диспергированные ионы и сенсибилизаиоры, кот после облучения катализируют процессы гетерогенного зародышеобразования. При облучении сенсибилизаиоры выделяют электроны, кот группируются вокруг иона металла. В результате повторного нагрева происходит присоединение электронов и обр. нейтральных атомов.. образующихся в стекле зародышей металлических частиц должно хватать на формирование зородышей новой фазы. Основное преимущество фотонуклеационного механизма состоит в том, что обр. кристаллических зародышей нах. В прямой зависимости от интенсивнрсти оптической и тепловой обработки.. последующая кр-ция происходит на участках, подвергнутых облучению.
45

При получении ситаллов из стекол имеет место явления метастабильной ликвации. В метаст. Ликвации фазовое разделение происходит при высоких значениях вызкости. Это обуславливает низкие скорости процесса и жидкость не разделяется на два слоя, а представляет собой тонкодисперсное распределение одной фазы в другой. Взаимное распоеделение фаз в ликвирующем стекле м.б. как капельного х-ра так и и взаимопроникающие. Явления метастабильной ликвации способствуют появлению развитой поверхности раздела фаз во всем объеме стекла.это приводит к снижению энергетического барьера нуклеации при зарождении центров крис-ции. При ликвационном разделении возможно приближение хим. Состава микрофаз к составу будущих кристаллов. При избирательной кристаллизации одной из стеклофаз обр-щиеся кристаллы могут вызвать гетерогенное зародышеобразование второй фазы. Исх. Составы для получения ситаллов следует выбирать по соответствующим диаграммам состояния в областях ликвации.
46


47. определение режимов кристаллизации стекла в технологии ситаллов.
При проведении термообработки ситаллового стекла ее режим устанавливается так, чтобы обеспечить необходимый фазовый состав продуктов крист-ции с максимальным выделением ведущей крист. Фазы. И получить тонкокристаллич-у ст=ру. Для создания тонкокрист. Стр-ры с ограниченным размером кристаллов необходимо создать на первой стадии крист-ции большую плотность зародышей новой фазы , на кот в последствии будут рости кристаллы, те процессы образования центров крист-ции и роста крис-ов должны быть разделены по темп-ре.при разработке режима термообработки для получения ситаллов надо установить: 1. Температуру первой ступени термообработки (тем-ра максимума обр. центров крис-ции) и ее продолжительность 2. Тем-ру и длительность проведения второй ступени термообработки, соответствующей максимуму линейной скорости роста кристалов. Стекло подвергают градиентной крис-ции. В результате опр. Температурные интервалы появление опалестенции, интервала обр. тонкокристаллической объемной стр-ры без деформации образцов, оплавление. Получение кривой ДТА. Точка В отвечает тем-ре размягчения стекла, тем-ра первой ступени термообработки должна лежать в интервале А-В.вторая ступень охватывает интервал С-Д.отвечающий температурам максимальной скорости роста кристаллов.
48.Технологические схемы получения ситаллов. Стекольная технология и порошковый метод.
По стекольной технологии: приготовление шихты, варка стекла, формиравание изделий, отжиг изделий, термообработка. Термообработка может следовать непосредственно за формованием минуя отжиг. Термообработка осуществляется в 2 стадии, но возможна как одностадийная термообработка так и 3-ёхстадийная.эта технология применяется в тех случаях, когда изделие можно сформовать методами литья, прессования или вытягивания.
Порошковый метод:приготовление шихты, варка стекла ,гранулирование, помол стекла, приготовление шликера, горячее под давлением, выжигание связки, термообработка+ спекание.стекломасса выливается на воду тонкой струей и она гранулируется высушивается и подвергается тонкому помолу в шаровых мельницах. Затем приготавливается шликер при 80 С. Шликер поступает на литейные машины, где формируется изделие методом горячего литья в форме под давлением. После охлождения шликер в формах застывает и его выталкивают из форм..затем идет выжигание парафина. Выжигание активно начинается при 160С и продолжается до 400, тк изделие при выжигании связки может рассыпаться, эту стадию термообработки осуществляют в засыпке из глинозема.
49. ситаллы на основе системы MgO- Al2O3-SiO2. Основные крист. Фазы и их св-ва. Изменение фазового с-ва кордиеритовых ситаллов в процессе термообработки.
Основное значение имеют ситаллы кордиеритового ряда. Они хар-ся высокими диэлектрическими св-ми и термостойкостью.
Катализатором служит оксид титана. Режим обработки м.б. одноступенчатым. Для улучшения технологических свойств в кордиеритовые составы иногда вводят щелочные оксиды. Кристаллические фазы разнообразны: кордиерит , шпинель MgO- Al2O3, сапфирин 4MgO- 5Al2O3 2SiO2.муллит 5Al2O3 2SiO2. Обр. твердых рас-ров замещения и отклонение состава кордиерита ат теоретического происходит в следствие замены одних ионов на другие: Al на Mg и Si. Коордиеритовые стекла после термообработки дают прочные ситаллы и с хорошими диэлектрическими свойствами. Прочность на изгиб-120-260 мпа. Размеры кристаллов от 0,1-20 мкм. основные кристаллические фазы-кордиерит и рутил. Ситаллы обладают высокой твердостью и износостойкостью. Применяется для изготовления кожухов антен, для кухонной посуды.
50. ситаллы на основе системы Li2O- Al2O3-SiO2: фазовый состав, свойства, применение.
Составы стекол этой системы служат основой для получения ситаллов со слабоположительным, близким к нулю и отрицательным значением ТКЛР. В этой системе получают высокорасширяющиеся ситаллы и фотоситаллы. Наиболее низким значением ТКЛР обладает кварцевое стекло и высокотемпературный кварц. Такие ситаллы можно нагревать и охлаждать с любой скоростью.основные кристаллические фазы: эвкриптит, сподумен, петалит, дисиликат лития. В данной системе выделячются растворы со структурой высокотемпературного кварца. Эти ситаллы непрочные. Для получения прочных ситаллов раствор кристаллов должен составлять не более 1/ 4 длины волны падающего света. Такие кристаллы выделяются при низких тем-рах термообработки. В качестве основной кристаллической фазы выделяют твердые растворы на основе высокотемпературного кварца. Сочитание прочности с высокой термостойкостью дает возможность применять для изготоления изделий, работающих в условии высоких температур (смотровые окна, панели плит, ).
51. прозрачные ситаллы. Особенности их получения.
В оптически прозрачных ситаллах твердые растворы бета-кварца можно получить при оптимальном режиме термообработки как единственную кристаллическую фазу. Стеклокристаллические материалы на основе твердых растворов бета-кварца в отличие от стеклокристаллических масс, где основной кристаллической фазой является сподумен, позволяет легко достигнуть условий для получения прозрачности . в структуре метастабильных твердых растворов бета-кварца ионы лития могут быть частично замещены ионами магния и цинка. Прозрачные ситаллы можно получить с малым или отрицательным ТКЛР и вследствие они могут быть нечувствительным к тепловым ударам. Тем-ра термообработки не выше 900 С. Особенность этих ситаллов состоит в том, что нагревание до более высокой тем-ры приводит к потере прозрачности . оптические прозрачные ситаллы нашли применение в астрооптике для изготовления астрозеркал.они изготовлены диаметром 6,10 м.горячую отливку охлождают 3 мес.. затем помещают в печь кристаллизации и обрабатывают в течении нескольких мес.
52. Ситаллы на основе систем MgO- СаО-SiO2 и MgO- СаО -Al2O3-SiO2 . фазовый состав и свойства ситаллов.
Общее св-во –высокая износостойкость. В системе MgO- СаО-SiO2 осн.крист. фазы-диопсид и пироксены. Области ситаллизации в этой системе обычно выбирают в диопсидовом поле, так что выделяющейся фазой д.б. диопсид или твердый р-р пироксен.
В системе MgO- СаО -Al2O3-SiO2 с помощью каиализатора диоксида циркония получены твердые и износостойкие стеклокристаллические материала, заменяющие природный агат. Основные фазы-анортит, сфен. Высокие мех. Св-ва ситаллов дают возможность применения в различных конструкциях, где требуется высокая прочность , твердость.
53. пироксеновые ситаллы. Шлако-и петроситаллы.
Шлакоситалл представляет собой стеклокристаллический материал на основе металургических шлаков.технические ситаллы получают на основе искусственнеых минеральных смесей. Шлаковые ситаллы изготавливают из отходов промышленности. Производство шлакоситалла вкл. 2 этапа: 1. Получение стекла на основе шлака и изготовление из него изделий.2. термическая обработка изделий, приводящая к кристаллизации стекла..при использовании кат. MnS+FeS шлакоситалл получают серовато-черного цвета.по виду основной кристаллической фазы шлакоситаллы можно подразделить на след. Типы: 1 волостанитовые шлакоситаллы. Осн. Кр. Фаза-волостанит 2. Пироксеновые шлакоситаллы-твердые р-ры на основе диопсида. 3. Анортитовые шлакоситаллы.осн фаза-анортит. Характерной особенностью шлакоситаллов явл. Их мономинеральность. Благодаря обр тв р-ров в состав р-ров вовлекаются практически все катионы.это обеспечивает высокую износоустойчивость и мех прочность.
Петроситаллы. На основе различных горных пород-базальт, диабаз, глины, коалины получают петроситаллы. У закристаллизованного базальтового расплава были выделены 3 крист фазы:магнетит, авгит, плагиоклаз.петроситаллы обладают меньшей пористостьюи повышенной мех прочностью.увеличение прочности связано с тонкозернистой ст-рой ,тк там меньше дефектов.другой причиной увеличения прочности явл уменьшение разности ТКЛР кристал фаз и остаточной стеклофазы.
54 Биоситаллы.
Биоситаллы- биологически акт мат-лы способные обр прочную связь с живой костной тканью и стимулировать рост новой костной ткани. Они исп для получения костных эндопротезов и имплонтантов нового поколения. Материериалу биологического назначения предъяал ряд требований:1 нетоксичность 2 биологическая совместимость. 3 хим устойчивость в физиологической среде органиизма 4 прочные хар-ки д б близки к кости . для протезирования исп углеродные металлы, керам мат-лы. Но эти материалы биоинертные, кот имеют четкую границу разделас живой тканью. При разработке ситаллов наибольшей биологич активностью будут обладать кальций-фосфатные материалы. Выд след крист фазы: Ca3(PO4), Ca5(PO4)3F-фторапатит. изделие из биоситаллов получают по стекольной и керам тех-гии . пористые биоситаллы менее прочны , но они лучше сростаются с костью за счет пророст кост ткани в поры материала. Биоситаллы уступают керамике, но не уступают живой ткани.
55. Ситаллоцементы.
Ситаллоцементы- применяются для получения плотных спаев для получения диэлектрических покрытий. Стеклоцементы в процессе термообработки крист-ся в объеме, но степень крис-ции невысокая. К таким мат-лам след требования: 1. Соглосование по ТКЛР со спаевыми мат-ми.2. высокие диэлектрические св-ва. Материалы исп. В порошковом виде. При обжиге д.б обеспечен полный спай .
14. формование изделий из стекла. Стадии процесса формования. Скорость твердения. Факторы, влияющие на скорость твердения.
Формование- превращение вязкого расплава в тв изделие заданной конфигурации в результате приложения внешних сил и действия внутренних. Выделяют 2 стадии в прцессе ф-ния: 1. Формообразование. 2. Фиксация формы. Формообразование осущ-ся в интервале 102-107 Па с. Скорость и продолжительность во многом опр-ся температурной зависимостью вязкости. Стадия фиксации формы отвечает температурной области твердения стекла 107-1012 Па с. Скорость и продолжительность фиксации формы опред-ся теплофизическими свойствами стекла и условиями охлаждения. Продолжительность формования будет опред-ся продолжительностью самой длинной стадией. Формообразование происходит быстрее, чем фиксация формы и продолжительность формования опр-ся продолжит-ю фиксации формы. Для того,чтобы чтобы пр-сс фор-ния протекал быстро требуется малая скорость твердения на стадии формообразования и большая на стадии фиксации формы. Это достигается при увеличении ск-сти охлаждения. Чкм короче стекло, тем быстрее будет фиксироваться форма. Скорость твердения стекла при формовании опр.-ся факторами: 1. Вязкостью. 2. Скоростью охлаждения стекла.3. степенью равномерности охлаждения и твердения в массе.4. толщина изделия. Для увеличения производительности в механиз-ом формовании стекла необходимо решить след. Задачи : 1. Изменение состава стекла , изменение его длины. 2. Увеличивать ск-ть охлаждения. Пр-ссы формования стекла разделяют на :1. Непрерывные процессы.2. циклические.
15. свойства стекол, определяющие их способность к формованию.

16. текучесть стекломассы при формовании.
При формовании на стек-ссу действ. Силы 2 типов: 1. Внешние(мех-те силы вытягивания). 2. Внутренние, кот опр-ся св-ми стекломассы (силы тяжести, силы внутреннего натяжения). Внутренние и внешние силы могут действовать в одном направлении либо противодействовать друг другу. Текучесть стекломассы опр. Вязкостью. Текучесть ст-ссы при формовании опр-ся температурной зависимостью вязкости, но поскольку течение стекломассы при формовании происх с ее твердением, это значительно усложняет движение стекломассы. Дв-ние стек-ссы в процессе вытягивания происходит вдоль направления выталкивания. при флоат-процессе помимо направления осн. Потока происходит движение ст-ссы в поперечном направлении , в связи с дейст. Силы тяжести.
17. кинетика процессов охлаждения и твердения при формовании.
Влияние на скорость на скорость твердения оказывает условие охлаждения стекла. Охлаждения стекла опред-ся проц-ми теплопередачи внутри стеклаи теплоотдачи в окр. Среду. Теплоотдача осуществляется за счет теплопроводности и излучения. Скорость охлаждения увеличивается с ростом разности температур стек-ссы, теплофизическими свойствами стекла. В начальный момент времени формования тепловой поток наиболее интенсивный и по мере охлаждения стек-ссы скорость охлаждения падает и скорость твердения. Кинетика процессов твердения при формовании опр-ся так же способом формования. При свободном формовании пр-сс твердения развивается постепенно и происходит равномерное наростание толщины затвердевающих слоев.при формовании с использовании формующих поверхностей кинетика тв. Процессов усложняется . это связано со сложностью процесса теплообмена при взаимодействии стекломассы с формующей поверхностью.
18. теплообмен при формовании, взаимодействие стекломассы с формой.
Форма изделий образуется под воздействием внешних усилий с использованием ограничивающих поверхностей (формы, валки, пуансоны) . форма выполняет 2 функции: 1. Явл-ся механическим инструментом, кот придает заданные размары и формы. 2. Яв-ся теплообменным аппаратом. При формовании с помощью форм начальный момент контакта стек-ссы с поверхностью происходит ее резкое охлаждение. Из-за усадки поверхностного слоя стекла контакт стекломассы с формой нарушается , что замедляет процесс формования. Тепловой контакт ст-ссы оказывает влияние качество поверхности формы. Плотный контакт достигается при гладкой поверхности формы. Если же форма шероховатая, то стекло не заполняет впадины поверхностей, те происходит точечный контакт стек-ссы с выступами, т.е теплообмен менее интенсивный, а поверхность стеклоизделия становится кованной. Эффективным способом при интенсификации теплообмена с помощью форм явл-ся увеличение внешней поверхности форм. Важным явл-ся температурный режим формования (300-600 С). При тем-ре менее 300 С возникают следующие браки формования: посечки, складки. А если температура выше 600 С увеличивается продолжительность формования , прилипание стекла к форме. К материалу предъявляются следующие требования: жаростойкость, высокая теплопроводность, износостойкость. Материалы, для изготовления форм: жаростойкая легированная сталь, чугун, бронза, дерево, графит. Высокие требования предъявляются к черновым формам. Материал чистовых форм выдерживает менее существенные тепловые нагрузки, но качество обработки чистовой формы определяет качество поверхности готового изделия.
19. циклические способы формования: прессование, выдувание, прессовыдувание.
Прессование- высокопроизводительный сп-б формования. Рабочий интервал вязкости при прессовании 102 -106,5 Па с. На 1-1 стадии капля стекломассы подается в форму . на 2-й опускается пуансон, опускается горловое кольцо. После выдержки необходимый для фиксации формы пуансон поднимается и на 3-ей стадии удаляется путем открытия формы. Недостатки: невозможность получить тонкостенные изделия, кованность поверхности. Выдувание- самый распространенный сп-б формования. Происходит в результате растягивающих усилий. Рабочий интервал вязкости 102-106 Па с. Формование бутылок осуществляется на секционных машинах IS-10,8,6. Подача капли в форму осуществляется горлом вниз. В горловой форме создается вакуум. Происходит формование горла изделия с помощью керна. Затем керн опускается, действие вакуума прекращается, сверху опускается донный затвор. В горловую часть подается сжатый воздух и выдувается пулька. Черновая форма открывается и пулька передается в чистовую форму. В чистовой форме подводится дутьевая головка подается сжатый воздух и происходит окончательное выдувание. При методе двойного выдувания на бутылке появляется фидерная волна, кот явл-ся следствием разнотолщинности . это ограничивает возможность снизить массу бутылки. Более современным является способ прессовыдувания .используется для формования широкогорлой тары на автоматах IS и узкогорлой тары. При способе прессовыдувания используется более равномерное распределение стекломассы, устраняется разнотолщинность , отсутствует фидерная волна.
24. Механизм возникновения остаточных напряжений в стекле при охлаждении.
Остаточные напряжения возникают в стекле при охлаждении выше Tg, при этом особенно опасным является интервал соответствующий вязкости 1012-1013,5 Па*с. При охлаждении, при температурах соответствующих более низкой вязкости, напряжение быстрее снимается из-за относительно низкой подвижности структурных элементов.
Внешний слой переходит в твёрдое состояние, то есть застывает, он теряет способность к пластическим деформациям, в отличии от внутреннего слоя, температура которого меньше Tg.
По мере снижения температуры внутренний слой стремится сжаться, но этому препятствует затвердевший внешний слой.
В результате прочной связи внутренних и внешних слоев, внутренний слой находится в несколько растянутом состоянии, при этом растяжение достигается за счет пластической деформации.
По мере последующего охлаждения T1<Tg и это деформированное состояние фиксируется.
В поверхностных слоях сжатие, во внутренних слоях растяжение.
Эти напряжения не снимаются при выравнивании температуры, при охлаждении до комнатной температуры.
Величина остаточных напряжений зависит от градиента темеператур и величины ТКЛР.
При условии T1>Tg, T2<Tg ТКЛР внутренних и внешних слоёв будет различен(ТКЛР внутр. слоёв>ТКЛРвнеш. слоёв). Вследствие этого скорость изменения линейных размеров внутреннего слоя больше, чем внешнего слоя. Это является причиной растягивающих деформаций во внутреннем слое.(конспект)
Быстрое охлаждение отформованного стеклоизделия может привести к созданию в нём внутренних напряжений. Эти напряжения возникают потому, что при быстром охлаждении нагретого стекла его наружные слои остывают быстрее, чем внутренние. В результате наружные слои стремятся к сжатию, в то время как более нагретые внутренние препятствуют этому. Когда процесс охлаждения заканчивается и температура наружных и внутренних слоёв выравнивается, внутренние напряжения могут остаться (тогда они называются остаточными)
Остаточные напряжения возникают в стекле в процессе его перехода из пластического в хрупкое, то есть твердое состояние. Временные напряжения образуются в процессе дальнейшего охлаждения уже твердого стекла. Остаточные напряжения в изделиях нежелательны. Остаточные напряжения, как правило, служат причиной разрушения изделий при механической обработке или воздействии на них внешних нагрузок. На возникновение напряжений влияют различные факторы, например скорость охлаждения изделий, их массивность. Так, при медленном и равномерном охлаждении изделия напряжения в нем почти не возникают и, наоборот, чем быстрее остывает изделие, тем больше в нем возникают напряжения. В массивных фигурных изделия чаще возникают напряжения, чем в маленьких и простых по форме.
25. Отжиг стеклоизделий. Стадии температурно-временного режима отжига стеклоизделий.
Отжиг стеклоизделий – процесс термической обработки, целью которой является исключение образования остаточных напряжений выше допустимых. По существу, это процесс охлаждения стеклоизделий по строго определённому графику. tв.о.=1012Па*с; tн.о.=1013,5Па*с.
I стадия – охлаждение(нагрев)
II стадия – выдержка при tв.о. (снятие напряжений)
Эта температура может быть определена по дилатометрической кривой, температурной кривой вязкости, расчетным методом.
III стадия – стадия ответственного отжига (от верхней температуры отжига до нижней температуры отжига)
Скорость охлаждения на этой стадии должна исключать возникновение напряжения выше допустимых.
Допустимые напряжения определены для каждого вида стекол и выражаются в нм/см, а именно величине разности хода обыкновенного и необыкновенного лучей. Также скорость охлаждения выражается толщиной изделия.
Например для плоскополяризованной пластины
vIII=0,05*δ/a2
IV стадия – быстрое охлаждение, скорость охлаждения должна исключить разрушение изделия из-за возникновения временных напряжений.26. Режимы отжига, методы их расчета. Контроль качества отжига.
1) Режим отжига для образцов в виде плоскопараллельных пластин.
1. υ1=(20/а2) ÷(30/а2) ℃/мин (а–полутолщина пластины, см)
τ1=(tв.о.-t0)/υ12. τ2=(70÷120) а23. υ3=0,05σ/а2 τ3=(tв.о.-tн.о.)/υ34. υ4=(10/а2) ÷(15/а2) τ4=(tв.о.-tсреды)/υ42)Режим отжига фоат-стекла, поступающего в печь отжига при tв.о.
1. τ2=520а2συ3=σ/13а22.υ4=8,5υ3Максимальная скорость охлаждения в интервале температур 480–100℃:
υ4=200/13а23)расчет режима отжига для тарного стекла
1. =(20/амах) ÷(30/амах) ℃/мин (амах–максимальная толщина изделий)
τ1=(tизд.-tв.о.)/υ12.τ2=(70÷120) амах223.υ3=1,33/амах2 τ3=(tв.о.-tн.о.)/υ34. υ4=(10/амах2) ÷(15/амах2) τ4=(tн.о.-tизд.')/υ4 (где tизд.'=40℃)Контроль качества отжига
Основывается на явлении двойного лучепреломления, которое возникает в напряженном образце при прохождении через него плоскополяризованного луча. Проводится на полярископах-поляриметрах. Для обеспечения низких показателей остаточных напряжений примерно 0,5 нм/см проводят тонкий отжиг в электропечах периодического действия при очень малых скоростях охлаждения (1–2℃/час).
27.Закалка стекла. Механизм упрочнения при закалке стекла.
Процесс создания в стекле значительных постоянных напряжений путем быстрого охлаждения стекла от температуры выше Tg (не меньше чем Tg+80).
При закалке стекла напряжение суммируется с остаточными напряжениями, создаваемые в стекле (с учетом их знаков). В результате напряжения растяжения на нижней поверхности листа стекла, возникновение при нагрузке компенсирующихся напряжений сжатия распределенными в поверхностных слоях закалённого стекла. Это обеспечивает повышение прочности изделий в 4-6 раз, а также их термостойкость.
Условием получения прочного стекла, является охлаждение обоих поверхностей с одинаковой скоростью. Поэтому закалке подвергается листовое стекло и посуда. Не подвергаются изделия сложной формы.
Закаленное стекло относится к безопасному, так как разрушается на мелкие осколки без острых углов.
28.Факторы, определяющие степень закалки. Режимы закалки. Контроль качества закалённого стекла.
Степень заколки определяется:
Температурой закалки (чем она выше, тем выше степень закалки)
Составом стекла и свойствами(от величины ТКЛР, чем выше ТКЛР, тем эффективнее закалка)
Степень закалки увеличивается с увеличением модуля упругости и Tg
Скорость охлаждения(интенсивность теплоотдачи). Наиболее часто применяется воздушная закалка. Для повышения степени закалки создаются принудительные конвекции воздуха.
Для повышения степени закалки используют закалочные жидкости(минеральные) масла, расплавы солей, металлы.
Закалка с использованием жидких закалочных сред проводится для изделий с низким ТКЛР таких стекол.
Режим закалки определяется следующим образом: нагревают до температуры закалки, время нагрева 40–45 сек на 1 мм толщины, затем скорость охлаждения – определяет время закалки примерно 0,5d2 (d–толщина листа, мм). Обычно время закалки 12–15 сек.
29. Лазерная обработка стекла, ее назначение.
Лазерное излучение обеспечивает возможность концентрации большой энергии в малой области пространства (λ от долей мкм до сотен мкм)
Лазерное изл. применяется для быстрого локального нагрева материала.
Для эффективного нагрева материал должен обладать хорошей поглощающей способностью для излучения, т. е. быть непрозрачным для данного излучения.
Стекла прозрачны для излучения с λ до 4,5 мкм, поэтому лазерное излучение должно иметь большую λ: СО-лазеры (5,1 – 5,7мкм); СО2 –лазеры (10,6 мкм )
Из-за низкой теплопроводности стекла небольшой энергии достаточно для нагрева поверхности до очень высоких температур (вплоть до испарения). Поэтому изменяя дозировки лазерного луча, можно обеспечить разную степень нагревания и проведение различных операций: управляемое термораскалывание, при котором идет разделение стекла по линии нагрева лазерным лучом. Тнагрева < Тстеклования, но выше Т термостойкого стекла из-за появления напряжений, кот. приводят к появлению трещин. Такая трещина идет за лазерным лучом.
Преимущества: высокая точность геометрических размеров при лазерной обработке (резке).

30. Виды мех обработки. Абразивные материалы для обработки
Мех обработка – обраб. изделий в холодном состоянии с помощью шлифования или полирования.
Механич. обраб. вкл. след. стад.: резка, шлифов., плир, декарир. путём нанес алмаз. резьбы, сверление отверстий, фацетирование(обраб. стекла под опред. углом).
Шлифование стекла применяется для доводки геометр. размеров до заданных. При обработке оптическ. заготовок шлифование проводят в 2 стадии:
1. Грубая шлифовка – обдирка – при кот. происходит основной съём матер. (1-2 мм;)
2. Тонкая шлифовка – дистировка – это окончательная доводка геометрических размеров до заданных, съём 10-12 мкм и подготовка поверхности к полированию.
Стекло – хрупкий материал с высокой твёрдостью и низкой теплопроводностью, => при обработке стекла не применяются резание, как для Ме, т.к. из-за механич. и термич. нагрузок матер. будет разруш-ся. При шлифовании происх. постепенне снятие слоя стекла, при этом использ. тв. абразив. материалы (тв. 9-10;8 по Маосу).
Абразив. материала делятся по шлифующей способности. кот. оценивается относительно алмаза. Такие синтетич. матер. как В4С, N4B имеют шлиф. способ-ть = 6. К абраз. матер. относ. корунд, SiC, кварцевы песок, наждак(семсь корунда, гематита,магнатита и кварца).
абраз. матерю. предст. соб зёрна разл. крупности. По группе зернистости они делятся на шлифпорошок, шлифзерно и тонкие порошки.
Абраз. матер. мож. использ. в виде свобднго абразива: в виде суспензии шлифпрошка.
Если зёрна абразива закреплены на поверхн. инстр. с пом. связки, то речь идёт о абраз. инструменте. Чаще использ. алмаз. абраз. инстр. В качестве свободного абразива. использ. корунд.
Кач-во абраз. порошков опред. их шлиф. способ-ю и классом шереховатости получаемой пов-ти. Абраз. материал должен облад. способ-ю самозамачиваться, т.е. он должен не округляться, а разрушаться послойно.
Мех-м шлифования:
Под действие зёрен абразива происх. упругая деформ. стекла. Затем энергия упруги идеформ. преобраз. в энергию хим. атомов. Происход. возбужд. колеб-х движ. атомов, что и приводит к разрыву связей. часть энергии рассеив. в виде излуч. и в виде эмиссии частиц матер. Полезным явл. затрата механич. энерг. на измельчение матер. и эти затраты далеки от 100%. Это связано с тем, что часть энергии рассеив. в виде тепловой энергии, часть затрачивается на измельчение уже отколовшихся частиц и зёрен абразива. снятие слоя стекла происх. благодаря появл. и распред. трещин; пересечение трещин приводит к образ. выколок. Созд-ся рельефный слой и трещеноватый. Глубина этих слоёв зависит от природы и крупности зёрен абразива. Чем крупнее абразив, тем больше эти слои=>выше производительность шлифования и хуже качество пов-ти. Чем выше шлиф-щая способ-ть абразива, тем шлиф. более производительно. Производительность шлиф-я флинтовых стёкл больше кроновых из-за различия в твердости (ТВ. ф.< к).
При воздействии свободного абразива на стекло действуют силы: 1) вдавливание; 2)распенивающие действие воды; 3) при прокатывании зёрен ударно-вибрационные действия.
При шлиф-ии связанным абразивом единичное закрепленное стекло работает как абразив.
Особ-ть обраб-ки связанным абразивом – наличие направленной шерох-ти, кот. проявл. при большой крупности зерен. При грубой шлиф-ки связ. абразивом слой абразива нанос. на пов-ть в виде кольца.
Дистировка провод-ся алмазным инстр.
Механич. обраб. провод-ся с использ. воды или связочной охлажд. жид-ю. Роль воды: отвд тепла с пов-ти; расклеивающее действие; удаление разрушенных частиц стекла.
Чаще использ-ся смазочно-охлажд. жид-ть – вода с добавл. ПАВ. ПАВ адсорбир-ся на пов-ти стекла, снижая пов-ную энергию => сниж-ся прочности пов-ти.

31. Шлифование свободным и связанным образивом. Алмаз обраб-ка.
Мех обработка – обраб. изделий в холодном состоянии с помощью шлифования или полирования.
Механич. обраб. вкл. след. стад.: резка, шлифов., плир, декарир. путём нанес алмаз. резьбы, сверление отверстий, фацетирование(обраб. стекла под опред. углом).
Шлифование стекла применяется для доводки геометр. размеров до заданных. При обработке оптическ. заготовок шлифование проводят в 2 стадии:
1. Грубая шлифовка – обдирка – при кот. происходит основной съём матер. (1-2 мм;)
2. Тонкая шлифовка – дистировка – это окончательная доводка геометрических размеров до заданных, съём 10-12 мкм и подготовка поверхности к полированию.
Стекло – хрупкий материал с высокой твёрдостью и низкой теплопроводностью, => при обработке стекла не применяются резание, как для Ме, т.к. из-за механич. и термич. нагрузок матер. будет разруш-ся. При шлифовании происх. постепенне снятие слоя стекла, при этом использ. тв. абразив. материалы (тв. 9-10;8 по Маосу).
Абразив. материала делятся по шлифующей способности. кот. оценивается относительно алмаза. Такие синтетич. матер. как В4С, N4B имеют шлиф. способ-ть = 6. К абраз. матер. относ. корунд, SiC, кварцевы песок, наждак(семсь корунда, гематита,магнатита и кварца).
абраз. матерю. предст. соб зёрна разл. крупности. По группе зернистости они делятся на шлифпорошок, шлифзерно и тонкие порошки.
Абраз. матер. мож. использ. в виде свобднго абразива: в виде суспензии шлифпрошка.
Если зёрна абразива закреплены на поверхн. инстр. с пом. связки, то речь идёт о абраз. инструменте. Чаще использ. алмаз. абраз. инстр. В качестве свободного абразива. использ. корунд.
Кач-во абраз. порошков опред. их шлиф. способ-ю и классом шереховатости получаемой пов-ти. Абраз. материал должен облад. способ-ю самозамачиваться, т.е. он должен не округляться, а разрушаться послойно.
Мех-м шлифования:
Под действие зёрен абразива происх. упругая деформ. стекла. Затем энергия упруги идеформ. преобраз. в энергию хим. атомов. Происход. возбужд. колеб-х движ. атомов, что и приводит к разрыву связей. часть энергии рассеив. в виде излуч. и в виде эмиссии частиц матер. Полезным явл. затрата механич. энерг. на измельчение матер. и эти затраты далеки от 100%. Это связано с тем, что часть энергии рассеив. в виде тепловой энергии, часть затрачивается на измельчение уже отколовшихся частиц и зёрен абразива. снятие слоя стекла происх. благодаря появл. и распред. трещин; пересечение трещин приводит к образ. выколок. Созд-ся рельефный слой и трещеноватый. Глубина этих слоёв зависит от природы и крупности зёрен абразива. Чем крупнее абразив, тем больше эти слои=>выше производительность шлифования и хуже качество пов-ти. Чем выше шлиф-щая способ-ть абразива, тем шлиф. более производительно. Производительность шлиф-я флинтовых стёкл больше кроновых из-за различия в твердости (ТВ. ф.< к).
При воздействии свободного абразива на стекло действуют силы: 1) вдавливание; 2)распенивающие действие воды; 3) при прокатывании зёрен ударно-вибрационные действия.
При шлиф-ии связанным абразивом единичное закрепленное стекло работает как абразив.
Особ-ть обраб-ки связанным абразивом – наличие направленной шерох-ти, кот. проявл. при большой крупности зерен. При грубой шлиф-ки связ. абразивом слой абразива нанос. на пов-ть в виде кольца.
Дистировка провод-ся алмазным инстр.
Механич. обраб. провод-ся с использ. воды или связочной охлажд. жид-ю. Роль воды: отвд тепла с пов-ти; расклеивающее действие; удаление разрушенных частиц стекла.
Чаще использ-ся смазочно-охлажд. жид-ть – вода с добавл. ПАВ. ПАВ адсорбир-ся на пов-ти стекла, снижая пов-ную энергию => сниж-ся прочности пов-ти.

32. Полирование стекла. Факторы, влияющие на процесс полирования
П. – это сложный ф.-х. процесс. П-ем стекла удаляются шероховатость на поверхности стекла до размеров, меньших длин волн видимого света 0,4 – 0,7 мкм. При этом поверхность стекла становится гладкой, зеркальной и не рассеивает падающий свет. При П. рабочим инструментом явл. полировальники, на рабочую поверхность которых нанесены: смола или пенополеуритан. При исп. полиуритана производительность П. выше. Точность обработки выше при исп. смоляных полировальников. Между вращ-ся полировальниками и стеклом помещается полировальный тонкодисперсный порошок.
Удаление пов-ных слоев идет послойно на молек-ом уровне. При П. использ. полирующие суспензии (полярит). Полярит получен на основе оксидов редкоземельных элементов. Также полирующ. способность имеют оксиды Fe(111), Zr, Al, из природных материалов – трепел, пемза. Полирующая суспенз. имеет pH=4-6.
При П наблюдается уменьшение массы стекла. При П. наблюд. постепенное снятие выпукостей рельефного слоя.
Под воздействием кислой среды на поверхности стекла образ. гелеобразная кремнезем. пленка. Пленка снимается полирующим порошком при движении полировальника, сразу образуется вновь и т. д.
При П. оптических деталей качество полирования определяется классом шереховатости (их 14) и точностью обработки

33. Хим. обраб. стекла: полир-е и матирование.
1. Травление пов-ти стекла
2. Хим полирование.
Реакционная способ-ть пов-ти стекла высока., что связ. с присутсв. ионов щелочных и щелочн-зем. Ме на пов-ти, присутствием немостиковых ионов кислорода и нестабильных радикалов: Si – O- и Si+ . Эти радикалы наз-ют силанольными. Во влажной атмосфере поисх. реакции
Si – O- + H2OSi – OH
Si+ Si – OH
Гр. Si-OH химически не устойчива. Ион Н+ может замениться другим соединением, а при 12000С начинается отделение молекулы воды с образ-ем мостикового кислорода, => взаимод-е пов-ти стекла с реагентами всегда происходит с участием воды и именно к водным р-рам стекло более устойчиво.
Силикатные стёкла слабо реагируют с минеральными к-ми кроме H3PO4 и HF.
При взаимодействии HF с пов-ю стекла:
SiO2*nH2O + 4HF SiF4 + (2+n)H2OSiO2*nH2O + 6HF H2SiF6 + (2+n)H2OВозможно протекание: H2SiF6 SiF4 +2HF
Т.о. в травильном р-ре присутствует HF и H2SiF6.
HF взаимод-ет с оксидами 2 группы (PbO, CaO,ZnO), а H2SiF6 взаимод-ет с оксидами щелочных Ме, в рез-те при обработке хрусталя получают:
PbO + 2HF PbF2 + H2O
CaO + 2HF CaF2 + H2O
K2O + H2SiF6 K2SiF6 + H2O
Na2O + H2SiF6 Na2SiF6 + H2O
Для проведения полирования в полировальную смесь добавляют серную к-ту. Это связано с тем. что образуются фториды и кремний фториды Ме – это мало и трудно растворимые соли, кот. оседают на пов-ти и созд. эффект матовости. К-та обеспеч. перевод компонентов в растворённую форму по р-циям:
PbF2 + H2SO4 ↔ PbSO4 + 2HF
K2SiF6 + H2SO4 ↔ K2SO4 + H2SiF6
Они обратимы, и конечные продукты зависят от условия проведения процесса. Для хрусталя использ-ся 40% HF и 93% H2SO4.
На полирование влияют:
1. технологич. параметры
2. хим . состав (Pb-содержащие стёкла полируются быстрее чем бариевые). Чем < SiO2 тем ниже хим. устойчивость и более активно протек. полир-е.
Матирование м.б. достигнуто при обработке соединениями фтора, т.е. травлением. Лучше использовать не HF, а кислые фториды аммония и калия. Хим. р-ции такие же,чтоо и при полировке. При этом на пов-ть стекла оседают кристаллы фторидов и кремний фторидов Ме и обеспеч-ся эффект рассеивания света. Использ-ся жид. р-ры и пастообразные реагенты (к порошку фторида добавл. крахмал и воду). При регулировании концентрации р-ра или пасты получ. пов-ти разной фактуры.
Недостаток хим. обраб.: 1) образ-ся больше кол-во кислых сточных вод; 2) выброс в атмосферу парообраз. кислотных реагентов. Это требует организации сист. очистки воздуха, нейтрализ. сточных вод известковым молоком.
20.Непрерывные процессы формовании стеклоизделий:прокат,вытягивание
Вытягивание стекломассы производится непрерывно под действием односторонне направленных растягивающих усилий, создаваемых вытяжным механизмом. Принцип данного способа заключается в постепенном оттягивании исходной непрерывно пополняющейся и питающей процесс порции стекломассы (луковицы) в изделие заданной конфигурации (лист, труба, волокно). Различают вертикальное (вверх или вниз) и горизонтальное вытягивание, а по виду узла формования—лодочное и безлодочное.
Вертикальное вытягивание вверх широко используется для формования лодочным или безлодочным способами плоского (или рифленого) листового стекла толщиной от 0,8 до 15 мм и шириной ленты до 3000 мм, а также труб толстостенных диаметром 50—200 мм и трубок диаметром 2—30 мм.
При лодочном способе вертикального вытягивания ленты стекла используется специальное формообразующее тело — лодочка в виде прямоугольного шамотного бруса, имеющего сквозной продоль-ый вырез — щель. . При принудительном погружении лодочки в стекломассу последняя выдавливается через щель и накапливается над ней в виде луковицы, из которой непрерывно оттягивается лента стекла посредством системы вращающихся валков вытяжной машины (валки взаимодействуют уже с затвердевшей лентой).Для интенсификации охлаждения и твердения ленты по обе стороны от нее устанавливают водяные холодильники.Недостатками данного способа являются ограниченная производительность и невысокое качество поверхности ленты обусловленное образованием продольной полосности , зависящей от состояния щели лодочки.
Безлодочное вертикальное вытягивание ленты стекла осуществляется непосредственно со свободной поверхности стекломассы в результате оптимального регулирования ее вязкости (с целью образования луковицы) путем экранирования узла формования (зеркала-стекла) оградительными устройствами и водяными холодильниками. При этом для формования и удерживания бортов ленты по ее краям устанавливают по паре бортоформующих роликов принудительного вращения, а в остальном процессе аналогичен лодочному вытягиванию. Данный способ весьма распространен как более производительный и позволяющий получать ленту стекла с лучшим качеством поверхности, но эта технология весьма чувствительна к отклонениям в технологическом режиме и недостаточно эффективна при вытягивании тонкого стекла (2 мм).
Способ горизонтального вытягивания получил распространение при формовании плоского листового стекла толщиной 0,4—20 мм и шириной ленты до 3650 мм и наибольшее использование для выработки стеклянных трубок диаметром от 2 до 50 мм. Очевидные преимущества данного способа в том и другом случаях —это возможность существенного повышения скорости формования и горизонтальное направление технологических линий выработки, что повышает их эксплуатационную надежность и эффективность.
При горизонтальном вытягивании лента стекла формуется со свободной поверхности стекломассы вначале вертикально по аналогии с безло- дочным способом с помощью двух пар бортоформующих роликов (по краям ленты), а затем, сохраняя еще пластичность, с помощью перегиб- ного вала меняет направление своего движения на горизонтальное (рис. 11.9). Такой способ позволяет вырабатывать стекло с высоким качеством поверхности в очень широком диапазоне толщин, а главное — тонкие стекла.
Прокатка стекломассы производится периодически или непрерывно под действием (соответственно) одно- или двусторонних сжимающе- растягивающих (раскатывающих) усилий, создаваемых вращающимися валками.
Периодическая прокатка осуществляется в один прием! путем формования в лист порции стекломассы (выливаемой из горшка) на металлическом неподвижном столе (с бортами) под давлением одного или двух катящихся по нему валков (второй применяют при необходимости сглаживания поверхности листа). Этот малопроизводительный способ формования характерен образованием на листе поверхности невысокого качества — «кованой» в результате резкого ее охлаждения и твердения при контакте с холодным валом. При способе непрерывной прокатки струя стекломассы (поступающая из печи через сливной порог) формуется в ленту толщиной 3— 40 мм и шириной до 3000 мм между двумя вращающимися навстречу один другому металлическими полыми валками (рис. 11.11,6), которые охлаждаются изнутри водой во избежание прилипания к ним стекломассы. Поступающая на формование с естественным напором струя стекломассы, растекаясь перед валками на требуемую ширину, образует луковицу, из которой прокатывается лента, поступающая после валков в пластическом состоянии на приемную плиту и открытый рольганг для окончательного охлаждения и затвердевания. Непрерывная прокатка — простой, надежный и высокопроизводительный способ формования листового стекла, однако невысокое качество («кованость») его поверхности, неравномерно (градиентно) затвердевающей при резком ее охлаждении между прокатными валками, исключает возможность применения такого стекла без дополнительной обработки (полирования) .

21.Флоат-процесс.Физико-химические основы флоат-процесса.
Флоат-способ формования ленты стекла осуществляется в закрытой ванне на поверхности расплавленного металла (олова) путем свободного растекания стекломассы (сливаемой в начало ванны по лотку из печи) и движения по расплаву металла плавающей ленты, которая при этом, постепенно охлаждаясь и затвердевая, непрерывно оттягивается из ванны вращающимися роликами конвейера, расположенного с другого конца ванны. Процесс формования происходит под действием массовой силы и противодействия сил вязкого сопротивления и поверхностного натяжения. В результате контакта нижней поверхности ленты с идеально гладкой поверхностью расплавленного металла и огневой полировки ее верхней поверхности (под действием поверхностного натяжения) достигается исключительно высокое качество поверхности листового флоат-стекла. Для предотвращения окисления олова в ванне при высоких температурах и порчи поверхности стекла (отложение оксидной пленки) в ванне создают изолированную инертную среду (смесь азота с водородом).
При формовании 1100 С стекломасса соответствует вязкости 103 Па с.температура в зоне активного формования составлет 900-1000 С.При формовании ленты стекла действуют 2 силы:
1.сила тяжести- благодаря ей стекломасса рас.текается по поверхности Ме.
2. сила поверхностного натяжения.Поверхносные силы ограничивают растяжения до образования линзы(слой стекла)до образования равновесной толщины.
гдеи -плотности и поверх.натяжение на границе Ме-газ, и -плотность и поверх.натяжение на границе стекло-газ.
Это самый производительный и эффективный способ, позволяющий вырабатывать листовое стекло в большом диапазоне толщин — от 2 до 30 мм при ширине ленты до 4000 мм. К недостаткам способа относятся сложность аппаратурного оснащения и эксплуатации технологической линии .

15.Свойства стекол, определяющие их способность к формованию.
1.Реологические свойства(вязкости, поверхностное натяжение)
Вязкость-способность передвижения одного слоя отностельно неподвижного слоя.
где -приложенная сила;-коэффициент пропорциональности(динамической вязкости);
-поверхность соприкосающихся слоев,-градиент скорости движения.
Путем изменения состава стекла,а также температурных условий формования можно регулировать реологические свойства.Температурный интервал формования стекла соответствует вязкости 102-106,6Па с.Для условий механиз. формования позволяет оценить выроботочные свойства стекла:
1.TG-температура капли TG=2,63(Tlit-Tg)+ Tlit, 2.температурный интервал формообразования.
Поверхностое натяжение-способность поверхности жидкости к самопроизвольному сокращению из-за действия сил межмолекулярного взаимодействия.Действие сил поверхностного наяжения направлено на уменьшение площади поверхности. Мерой поверхностного натяжения является работа,которую надо затратить,чтобы организовать еденицу поверхности. Положительное влияние:способствует процессу формования стекловолокна,флоат-стекла. Отрицательное: сужение ленты стекла при вытягивании,невозможно получить изделия с острыми ребрами.
2.Кристализационная способность.
Для исключения кристаллизации при выработке температура питателя и формуемой капли должна быть выше,чем температура ликвидуса.Для характеристики кристалл. Способности введен показатель называется индекс рабочего интервала если D<0 то стекло кристаллизуется при выработке.показатель кристалл. Стекла яв-ся температура кристаллизации стекла,которая должна быть ниже тем-ры выработки на 70-80 С.
3.термические свойства стекла(теплопроводность,теплоемкость,температуропроводность)
При охлождении стекоизделий в пр-се формования скорость охложения определяется Эффективной теплопроводностью через эту велечину передачи тепла за счет теплопроводности и излучением,она зависит от теплопрозрачности сткла-прозрачность стекол в ИК излучении,теплопрозрачность зависит от красящих компонантов.
Теплопроводность-способность проводить тепло в градиентном температурном поле-от более горячих к более холодным.
Теплоемкость-количество теплоты,которое необходимо подвести к телу для повышения его температуры на заданную величину.
Коэффициент температуропроводности характеризует скорость выравнивания температуры по толщине изделия в нестационарном тепловом потоке(от одной т-ры к другой).,-коэф.теплопроводности,с- удельная теплоемкость,d-плотность.
23.Механизм возникновения временных напрежений в стекле при охлождении и нагревании
Внутренними (собственными) называют напряжения, уравновешенные в пределах данного тела (или части его) без участия механических или температурных воздействий. По степени локальности эти напряжения в стеклах делятся на две категории: напряжения I рода — макроскопические, действующие в областях, соизмеримых с размерами тела; напряжения II рода — микроскопические, действующие в областях, соизмеримых с размерами микронеоднородностей.
Напряжения I рода, в свою очередь, разделяются на временные и постоянные. Временные напряжения возникают при нагреве или охлаждении стекла вследствие неравномерности температурного поля в объеме изделия, вызывающей неравномерные по объему упругие деформации, и исчезают при выравнивании температуры. Такие напряжение, не вызывающие остаточных деформаций, называют также термоупругими. Напряжения, остающиеся в стекле после выравнивания температур, называются постоянными. Временные напряжения возникают, как правило, при нагревании или охлаждении стекла в области температур ниже Тg, постоянные — при его охлаждении от температур выше Те. . В связи с низкой теплопроводностью стекла в изделии возникают градиенты температур, элементарные объемы расширяются (сжимаются) неравномерно, что приводит к образованию внутренних упругих напряжений.
. При нагревании температура наружных слоев пластинки выше, чем внутренних (Т2>Т1), вследствие чего наружные слои стремятся расшириться до больших размеров. Температурная деформация (расширение) каждого из слоев (если бы они не были связаны друг с другом и расширялись независимо) составила бы соответственно аТ2 и аТи причем аТ2>а,Т[ (а —ТКЛР стекла). Однако в действительности слои связаны, и внутренний слой пластинки препятствует расширению внешних, что вызывает возникновение в пластинке упругих напряжений: сжатия-—в наружном слое (упругая деформация еуПр<0) и растяжения — во внутреннем (уПр>0). При этом результирующая деформация е в каждом слое пластинки не равна температурной аТ, а больше или меньше ее на упругую деформацию. где -среднее значение по толщине. При охлаждении стекла от температур ниже Tg (в хрупком состоянии) в связи с более быстрым снижением температуры в наружных слоях (Т2<Т1) и более быстрым сжатием их (Т2<Т1) распределение временных термоупругих напряжений обратно наблюдаемому при нагревании: напряжения растяжения — в наружных слоях, сжатия—во внутреннем. При больших градиентах температур (—Т) напряжения растяжения могут превысить предел прочности стекла, и изделие разрушается.Такое явление (релаксация временных напряжены через образование трещин) наблюдается, например, при испытании стекла на термостойкость.
22.Виды внутренних напрежений в стекле.Механизм возникновения напрежения при охлождении.
Внутренними (собственными) называют напряжения, уравновешенные в пределах данного тела (или части его) без участия механических или температурных воздействий.
Временные напряжения возникают при нагреве или охлаждении стекла вследствие неравномерности температурного поля в объеме изделия, вызывающей неравномерные по объему упругие деформации, и исчезают при выравнивании температуры. Такие напряжение, не вызывающие остаточных деформаций, называют также термоупругими. Напряжения, остающиеся в стекле после выравнивания температур, называются постоянными. Временные напряжения возникают, как правило, при нагревании или охлаждении стекла в области температур ниже Тg, постоянные — при его охлаждении от температур выше Те. . Постоянные напряжения (или остаточные) возникают также вследствие неравномерности температурного поля в объеме стекла, но при одном условии — при образовании остаточных деформаций. Такие деформации в твердых телах, обладающих пластичностью (металлах), могут быть результатом пластических деформаций, возникающих в случае, когда термоупругие напряжения превышают предел текучести материала. В стекле, являющемся хрупким телом, для которого предел прочности намного ниже предела текучести, при низких температурах (ниже Tg) пластические деформации (а соответственно, постоянные напряжения) не возникают.
Процесс образования остаточных напряжений в пластине стекла, охлаждаемой симметрично с двух сторон, представлен схематически на рис. 13.2. Как видно из него, на стадии I охлаждения пластина, находясь в вязкопластическом состоянии (T>Tg), не имеет напряжений (сг=0): термоупругие напряжения, возникшие вследствие градиента температур, релаксируют в связи с низкой вязкостью стекла (т)<С <СЮ12 Па-с). При дальнейшем охлаждении (стадия II) температура наружных слоев снижается ниже Tg, они затвердевают (становятся упругими), сжимаются, но внутренний слой в связи с низкой теплопро-водностью стекла остается в вязкопластическом состоянии. При этом внутренний слой, имеющий большой объем, препятствует сжатию наружных слоев, что вызывает образование временных термоупругих напряжений: растяжения— в наружных слоях, сжатия — по внутреннем. По мере охлаждения под действием этих напряжений в стекле возникают пластические деформации, приводящие к постепенному уменьшению напряжений вплоть до полной их релаксации (о=0, стадия 3).При достижении температур ниже Tg возникшие деформации «замораживаются» и вызывают появление в упругой пластине постоянных напряжений, значения которых пропорциональны деформациям, а соответственно равны значениям временных термоупругих напряжений (стадия 4)Однако знаки этих напряжений противоположны. Различная скорость охлаждения наружных и внутренних слоев стекла обусловливает и различную структуру этих слоев: в наружных слоях, охлажденных с более высокой скоростью, фиксируется неравновесная структура, соответствующая более высоким температурам и являющаяся менее плотной (разница плотности достигает 20 кг/м3). Образование градиента структуры и свойств по толщине стекла, в свою очередь, приводит к возникновению постоянных напряжений I рода, однако эти структурные напряжения на порядок ниже закалочных.

34 Химическая обработка стекла. Способы упрочнения: травление, ионный обмен.
Неорганические стекла относятся к достаточно инертным и химически устойчивым материалам. Однако при известных условиях проявляется повышенная физико-химическая активность поверхности стёкол, заложенная в самой их природе. Стекло, обычно содержащее щелочные компоненты, в той или иной мере гидролизуются с образованием на поверхности силанольных (—Si0Н) и других реакционноспособных групп, стимулирующих появление на поверхности энергетически неуравновешенных хемосорбционных центров.
Процесс травления стекла основан на свойстве фтористого водорода активно взаимодействовать не только со щелочными компонентами (N20, К2О, Li2O) и другими модификаторами (СаО, МgО, ВаО, РbО и ZnО), но также, что особенно важно, с оксидом кремния,. образующим структурный каркас большинства неорганических стёкол. В результате такого взаимодействия НF разрушает структурный каркас и наступает быстрое разложение стекла — травление. Большинство фторидов, фтористый водород, а также свободный фтор только в присутствии паров воды вступают во взаимодействие со щелочным силикатным стеклом, образуя фтористый кремний, фториды кальция, натрия по реакции Na2O·CaO·6SiO2+28HF→6SiF6+CaF2+2NaF+14H2O
Т.о., в процессе травления с помощью паров или раствора НF одни компоненты стекла растворяются и переходят в раствор в процессе травления, а образующиеся нерастворимые и малорастворимые соли отлагаются и прочно удерживаются на поверхности стекла, придавая ему матовость. Высокая концентрация травильного раствора ускоряет процесс травления, а с увеличением его продолжительности возрастают количество вытравленного стекла и скорость его разложения. Обычно травление продолжается от 1 мни до нескольких часов при 18—20 °С. На ускорение процесса травления также влияет движение травильного раствора, препятствующее осаждению на поверхности стекла плохо растворимых продуктов реакции. Поверхность стекла, которая не должна подвергаться травлению, защищают, нанося на нее кислотоупорные покрытия: лаки, смолы, животный и растительный воск и жиры. Области применения и технология химического травлении определяются конечным эффектом, достигаемым в ходе такой обработки стекла. В частности, различают применение химического травления стекла для полирования, матирования или декорирования его поверхности, а также с аслью упрочнения стекла. Упрочнение травлением основывается на существенном улучшения состояния поверхности стекла путем удаления или «залечивания» поверхностных дефектов при обработке поверхности стенда различными химическими реагентами. Наибольший эффект упрочнения стекла достигается яри во1м0жи0 более водном удаления поверхностного дефектного слоя (обычно на глубину 50—150 мкм) в результате его растворении (травления) агрессивно действующими на стекло растворам* кислот я щелочей Обычно дли «той цели ори чек «ют растворы плавиковой кислоты или ее смесей с серной, азотной или фосфорной кислотами.
Характер и интенсивность удаления дефектного слоя с поверхности стекла, а следовательно, возможная степень увеличении его прочности и термической стойкости зависит от химической природы стекла, состава и концентрации гранильных кислотных реагеитон, времени н глубины травления стекла н температуры растворов.
Ионный обмен и поверхностном слое стекла происходит с целью упрочнения, а также видоизменения других физико-химических свойств поверхности преимущественно щелочесодержащих стекол. Посредством диффузии ноны поверхностного слоя стекла замешаются ионами реагента, который может контактировать со стеклом, находясь в различном фазовом состояния: расплавленном, твердом или газообразном.
Высокотемпературный ионный обмен состоит в замене ионов стекла чаще всего Na+, K+ или обоих вместе на катионы Li+ из реагента (расплава, газовой фазы) при осуществлении данного процесса в высокотемпературной области (500—700"С) с целью увеличения подвижности диффундирующих ионов. Продолжительность выдержки в расплаве подбирается в зависимости от вида стекла и реагента и колеблется от 20 до 240 мин. В результате замены модифицированный таким путем поверхностный слой стекла приобретает меньший коэффициент термическою расширения. При высокотемпературном ионном обмене прочность стекла увеличивается в 2-2,5 раза, термостойкость — в 1,8—2 раза, повышается химическая устойчивость поверхности (к кислотам) и ее электросопротивление.
Низкотемпературный ионный обмен сводится к замещению щелочных ионов в стекле щелочными ионами большего радиуса, т.е. в стеклах, содержащих натрий, последний замещается на К, Rb и др., a в содержащих Li последний замещается на Na, К, Rb и др.
Наряду с изменением характера взаимодиффузии ионов в поверхностных слоях стекла процесс осуществляется в более низкой температурной области (400—450), т.е. ниже температуры, при которой в стекле возможна релаксация напряжений, образующихся при ионном обмене. Образование напряжений в данном случае обусловлено увеличением плотности упаковки ионов в обменном слое, который, стремясь в связи с этим увеличить свой удельный объем, однако, лишен этой возможности, поскольку связан с высоковязкими внутренними слоями (жесткой матрицей), и невозможность деформации в них условных поверхностного слоя служит источником его перехода в напряженное состояние.
При низкотемпературном ионном обмене образуется сравнительно небольшой по толщине сжатый слой (порядка 20—40 мкм), однако в ней развиваются интенсивные напряжения сжатия, в результате чего эффект упрочнения стекла достигается намного больший (в 3—7 раза и более), чем при высокотемпературном процессе.
С ростом температуры скорость диффузии ионов и глубина их проникания в стекло увеличиваются, однако при этом усиливается релаксация напряжений, т.е. их значение и упрочняющее действие снижаются.
Ионный обмен в настоящее время все шире используется для регулирования в требуемом направлении прочности.

Приложенные файлы

  • docx 14724159
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий