Тема: Строение и назначение стекла и керамических материалов

Тема: Строение и назначение стекла и керамических материалов

 

Текст задания:

 

С помощью учебника составьте конспект по теме: Строение и назначение стекла и керамических материалов

 

1. Внимательно прочитайте задание.

2. Вы можете воспользоваться:

· - инструкционно - технологической картой;

· - учебником СПО Материаловедение;

· - учебными плакатами

 

 

Строение и назначение стекла и керамических материалов

                                     Введение

Стекло - это вещество и материал. В наше время очень универсальный в практике человека, благодаря разнообразию своих свойств. По структуре, стекло - аморфно и изотропно. все виды стёкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии -- от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного -- в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых плавлением сырья. Температура варки стёкол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов. Стоить отметить, что стекло один из самых древних материалов.

Керамика - изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением. Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как материал в промышленности (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), строительстве, искусстве, широко используется в медицине, науке.

Виды стекла

Существует стекло кварцевое, химико-лабораторное, оптическое. Строители чаще всего используют силикатное стекло и листовое стекло разных заданных характеристик.

На самом деле стекло - удобный материал для изменения характеристик. Так при его производстве можно менять следующие характеристики: цвет, светопроницаемость, термостойкость, химическую стойкость, отражательную способность, теплоотражающие свойства, можно менять фактуру поверхности.

Соединяя стеколо с другими материалами, можно изменить свойства листового стекла и намного улучшить его характеристики. Если включить металлическую сетку, то можно получить армированное стекло и токопроводящее стекло. Нанеся на поверхность стекла специальное покрытие можно получить новые свойства, такие как: защиту от солнечного излучения, самозатемнение, самоочищение стекла.

Существуют разные виды стёкол. Всё зависит от сферы их использования.

Виды стекла:

- прозрачное - цветное (лакобель) - узорчатое - тонированное (окрашенное в массе) - закаленное - армированное - многослойное стекло (триплекс) - энергоcберегающее - солнцезащитное

- матовое

- эмалированное

- многослойное стекло (триплекс)

- оргстекло

Свойства стекла

К важнейшим свойствам стекла можно отнести плотность, прочность, твердость, хрупкость, теплопроводность, термическую устойчивость, оптические свойства.

Плотность -- это отношение массы тела к его объему. Она зависит от химического состава стекла и бывает от 2,2 до 7,5 г/см3. В некоторой степени плотность стекла зависит от температуры, с повышением которой плотность стекла уменьшается.

Прочность --способность материала выдерживать нагрузку на сжатие, растяжение и т. д. Предел прочности на сжатие колеблется от 500 до 2000МШ, на растяжение от 35 до 100 МПа.

Твердость -- способность стекла оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала. Твердость стекла по шкале Мооса равна 7. Некоторые виды стекол бывают твердостью 5--6 по шкале Мооса.

Теплопроводность -- это способность материала, в данном случае стекла, проводить тепло без перемещения вещества этого материала. У стекла коэффициент теплопроводности равен 0,0017--0,032 кал/(см-с-град). У оконных стекол эта цифра равна 0,0023. Как видно, коэффициент теплопроводности стекла весьма незначителен.

Тепловое расширение -- это увеличение линейных размеров тела при его нагревании. У стекла оно незначительное и равняется 88* 10~7.

Термическая устойчивость -- способность стекла выдерживать резкие изменения температуры не разрушаясь. Термическая устойчивость играет большую роль в строительных работах, так как выстроенные различные сооружения могут иметь весьма большую разницу в температуре внутри и снаружи. Термостойкость оконных стекол равняется 80--90°С. Термостойкость стекла во многом зависит от его химического состава. Следует указать, что кварцевое стекло выдерживает резкий перепад температур, который достигает до 1000°С.

Если вместо воды взять поташ K2CO3, то силикат натрия в стекле заменится на силикат калия K2SiO3. При этом получаются тугоплавкие стекла, состав которых может быть выражен формулой: K2O. CaO.6SiO2. Таким путем получают оконное стекло (так называемое бемское), бутылочное и вообще посудное стекло.

При замене окиси кальция окисью свинца PbO получают хрустальное стекло приблизительного состава K2O. PbO. 6SiO2. Свинцовые стекла сильно преломляют лучи света и отличаются блеском. Из них готовят хрустальную посуду, колбы для электроламп и пр.

Существует большое число сортов стекла, изготовляемых для разных целей: оптическое, термометрическое, увиолевое (проницаемое для ультрафиолетовых лучей; обычное стекло не пропускает эти лучи), различные жаростойкие стекла. Стекло является важным строительным материалом. Готовят ткани из стекла. Начинают широко применять стеклянные трубы (достоинство их: большая стойкость против корродирующих агентов). Жаростойкое стекло служит для изготовления кастрюль сковородок и т.д. стекло керамика фарфор

Обыкновенное бутылочное стекло окрашено в зеленый цвет солями двухвалентного железа. Цветные стекла получают введением в массу при плавлении различных добавок в мелкораздробленном состоянии. Так, закись кобальта CoO придает стеклу синюю окраску, закись меди Cu2O красную, окись хрома Cr2O3 ярко-зеленую окраску. Небольшие примеси в стекле в мелкораздробленном состоянии металлического серебра придают ему желтую окраску, а золота - красивую ярко-красную (рубиновое стекло) и т.д.

Использование стекла

Панели из профильного стекла (стеклопрофилит). Отечественной промышленностью освоен выпуск профилированных стеклянных изделий больших размеров. Подобные изделия имеют коробчатый, ковровый, ребристый и другие профили и используются для монтажа светопропускающих перегородок и перекрытий.

Стеклобетонные конструкции представляют собой бетонную обойму, внутри которой на растворе уложены стеклянные блоки. Эти конструкции несгораемы и препятствуют распространению огня. В промышленном строительстве стеклянные блоки применяют для устройства окон. В жилых и общественных зданиях пустотелые стеклянные блоки используют для заполнения наружных световых проемов, остекления лестничных клеток, а также для устройства светопрозрачных перекрытий и перегородок.

Стеклопакеты в индустриальном строительстве находят все большее применение. Они состоят из двух или трех листов стекла, между которыми образуется геометрически замкнутая воздушная полость. Стекло пакетное остекление обладает хорошей тепло- и звукозащитной способностью, оно не запотевает и не нуждается в протирке внутренних поверхностей. В зависимости от назначения стеклопакеты могут быть выполнены с применением оконного, закаленного, отражающего или других видов стекла.

Стеклянные трубы в ряде случаев (например, в условиях химической агрессии) могут оказаться эффективнее металлических. Они обладают высокой химической стойкостью, гладкой поверхностью, прозрачны и гигиеничны. Благодаря этим высоким качествам их широко используют в пищевой и химической промышленности. Основными недостатками стеклянных труб следует считать хрупкость, т.е. слабое сопротивление изгибу и ударам, а также невысокую термостойкость (около 40°С). В последнее время на основе боросиликатных стекол получены термостойкие трубы с малым тепловым расширением.

Керамика в производстве

Прочность зависит от фазового состава керамического черепка, пористости и наличия трещин. Марка стенового керамического изделия (кирпича и др.) по прочности обозначает предел прочности при сжатии, однако при установлении марки кирпича наряду с прочностью при сжатии учитывают показатель прочности при изгибе, поскольку кирпич в кладке подвергается изгибу.

Морозостойкость. Марка по морозостойкости обозначает число циклов попеременного замораживания п оттаивания, которое выдерживает керамическое изделие в насыщенном водой состоянии без признаков видимых повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание, выкрашнвание). Керамические изделия имеют марки по морозостойкости: 15, 25, 35, 50, 75, 100 в зависимости от своей структуры.

Керамический материал морозостоек, если в нем объем резервных пор достаточен для компенсации прироста объема замерзающей воды в "опасных" порах. К резервным относят открытые поры (диаметром больше 200 мкм), в которых капиллярное давление недостаточно для удержания воды, а также закрытые поры. "Опасные" поры удерживают воду, замерзающую при слабых морозах (-10°С).

Паропроницаемость стеновых керамических изделий способствует вентиляции помещений. Малая паро-проницаемость нередко служит причиной отпотевання внутренней поверхности стен помещений с повышенной влажностью воздуха.

Паропроницаемость зависит от пористости и характера пор. Например, коэффициент паропроницаемостн фасадных плиток полусухого прессования с водопоглощеннем 8,5; 6,5 и 0,25 % соответственно равен 0,155; 0,0525 и 0,029 г/(м-ч-Па). Неодинаковая Паропроницаемость слоев, из которых состоит наружная стена, вызывает накопление влаги. Так, фасадная облицовка стен глазурованными плитками может привести к накоплению влаги в контактном слое стена-плитка; последующее замерзание влаги вызывает отслоение облицовки.

Производство керамики

Важнейшим компонентом исходной массы при производстве тонкой керамики являются полевые шпаты (главным образом микролин) и кварц. Полевые шпаты, особенно чистых сортов, и их сростки с кварцем добываются из пегматитов. Во все возрастающих количествах кварцево-полевошпатовое сырье добывается из разнообразных горных пород путем обогащения и очистки от вредных минеральных примесей.

Однако повышенные и резко дифференцированные требования, предъявляемые к керамике металлургией, электротехникой и приборостроением, обусловили развитие производства огнеупоров и других видов технической керамики на основе чистых окислов, карбидов и др. соединений.

Свойства некоторых видов технической керамики резко отличаются от свойств изделий, изготовляемых из глин и каолинов, и потому объединяющими признаками керамических изделий и материалов остаются их получение спеканием при высоких температурах, а также использование в производстве родственных технологических методов, к которым относятся: обработка сырья и приготовление керамической массы, изготовление (формование), сушка и обжиг изделий.

По способу приготовления керамические массы подразделяют на порошкообразные, пластичные и жидкие. Порошкообразные керамические массы представляют собой увлажнённую или с добавкой органических связок и пластификаторов смесь измельченных и смешанных в сухом состоянии исходных минеральных компонентов.

Перемешиванием глин и каолинов с отстающими добавками во влажном состоянии (18-26% воды по массе) получают пластические формовочные массы, которые при дальнейшем увеличении содержания воды и с добавкой электролитов (пептизаторов) превращаются в жидкие керамические массы (суспензии) - литейные шликеры.

В производстве фарфора, фаянса и некоторых других видов керамики пластичную формовочную массу получают из шликера частичным обезвоживанием его в фильтр-прессах с последующей гомогенизацией в вакуумных массомялках и шнековых прессах.

При изготовлении некоторых видов технической керамики литейный шликер приготовляют без глин и каолинов, добавляя в тонкомолотую смесь исходного сырья термопластические и поверхностно-активные вещества (например, парафин, воск, олеиновую кислоту), которые потом удаляются предварительным низкотемпературным обжигом изделий.

Выбор метода формования керамики определяется в основном формой изделий. Изделия простой формы - огнеупорный кирпич, облицовочные плитки - прессуются из порошкообразных масс в стальных пресс-формах на механических и гидравлических пресс-автоматах.

Стеновые стройматериалы - кирпич, пустотелые и облицовочные блоки, черепица, канализационные и дренажные трубы и др. - формуются из пластичных масс в шнековых вакуумных прессах выдавливанием бруса через профильные мундштуки.

Изделия или заготовки заданной длины отрезают от бруса автоматами, синхронизированными с работой прессов. Хозяйственный фарфор и фаянс формуются преимущественно из пластичных масс в гипсовых формах на полуавтоматах и автоматах.

Санитарно-строительная керамика сложной конфигурации отливается в гипсовых формах из керамического шликера на механизированных конвейерных линиях. Радио- и пьезо- керамика, керметы и др. виды технической керамики в зависимости от их размеров и формы изготовляются главным образом прессованием из порошкообразных масс или отливкой из парафинового шликера в стальных пресс-формах.Заформованные тем или иным способом изделия подвергаются сушке в камерных, туннельных или конвейерных сушилках.

Обжиг керамики является самым важным технологическим процессом, обеспечивающим заданную степень спекания. Точным соблюдением режима обжига обеспечиваются необходимый фазовый состав и все важнейшие свойства керамики. За редким исключением спекание кристаллических фаз протекает с участием жидких фаз, образующихся из эвтектических расплавов.

В зависимости от состава керамической массы и температуры обжига в фарфоровых, стеатитовых и др. плотно спекшихся изделиях содержание жидкой фазы в процессе спекания достигает 40-50% по массе и более. Силами поверхностного натяжения, возникающими на границе жидкой и твёрдой фаз, зёрна кристаллических фаз (например, кварца в фарфоре) сближаются, а газы, распределённые между ними, вытесняются из капилляров.

В результате спекания размеры изделий уменьшаются, возрастают их механическая прочность и плотность. Спекание некоторых видов технической керамики (например, корундовой, бериллиевой, циркониевой) осуществляется без участия жидкой фазы в результате объемной диффузии и пластического течения, сопровождающихся ростом кристаллов.

Спекание в твердых фазах происходит при использовании весьма чистых материалов и при более высоких температурах, чем спекание с участием жидкой фазы, и потому получило распространение лишь в производстве технической керамики на основе чистых окислов и тому подобных материалов.

В соответствии с комплексом предъявляемых требований степень спекания разных видов керамики колеблется в широких пределах. Изделия из электрофарфора, фарфора, фаянса и других видов тонкой керамики покрываются перед обжигом глазурью, которая при высоких температурах обжига (1000-1400 0C), плавится, образуя стекловидный водо- и газонепроницаемый слой.

Глазурированием повышают технические и декоративно-художественные свойства керамики. Массивные изделия глазуруются после сушки и обжигаются в один прием. Тонкостенные изделия перед глазуровкой во избежание размокания в глазурной суспензии подвергают предварительному обжигу. В некоторых керамических производствах неглазурованная поверхность обожжённых изделий шлифуется абразивными порошками или абразивным инструментом. Изделия хозяйственной керамики украшаются керамическими красками, декалькоманией и золотом.

О керамических плитках известно еще с античных времен. Археологи установили, что плитка существовала уже в 13 веке до н.э. в Древнем Египте. Мозаичными плитками были покрыты полы домов зажиточных жителей в Древней Греции и Риме.

Древние зодчие Месопотамии, Египта применяли керамику для украшения своих творений. Вавилонские ворота, построенные во время царя Навуходоносора (605-562 г.г. до н.э.), посвященные богини Иштар были покрыты синей глазурованной плиткой с изображениями львов и драконов.

А в начале 17 века (1609 -1616 гг) в Стамбуле пораспоряжению девятнадцатилетнего султана Ахмеда была построена мечеть. Внутри ее стены облицованы плиткой всех оттенков голубого и синего, за что соотечественники называли этот храм «Голубая мечеть». Эта плитка была изготовлена в мастерских Изника, которые славились ее производством на весь мир.

На Руси керамика появилась и стала развиваться сравнительно недавно около десяти веков назад. В Европе художественная керамическая плитка стала популярна в XIV-XVII веках. А в середине XVIII века началось ее промышленное производство -- открылась первая фабрика по выпуску плитки.

Плитка, являясь одним из древнейших материалов, не выходит из моды и сегодня. Новые материалы для облицовки стен и полов не способны вытеснить плитку из наших домов, так как она обладает практически незаменимыми свойствами.

 

Тема: Строение и назначение стекла и керамических материалов

 

Текст задания: