ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Теплоемкость. Удельная теплоемкость стекла ^ст, т - е. количество теплоты, необходимой для нагревания единицы массы стекла на Г, можно рассчитать по фор­муле слагаемости с точностью до 5—8 %:

Сст = Сі _ - f - С2 * - j - Сз ~~ Н... - J - сп ■

100 * 100 100 " 100 3* 35

Здесь Р, Р% Р3,..., Рг. — содержание отдельных оксидов, % по мас­се; Cj, С2, Сз,'.., С, і — соответствующие парциальные коэффициенты для расчета теплоемкости оксидов в стекле (табл. 3.5).

Таблица 3.5. Коэффициенты для расчета теплоемкости стекла при температуре 15—100 °С (по Винкельману и Реньо)

Оксид

С

Оксид

С

Sl02

803,5

Li20

2308,7

В203

954,2

СаО

799,2

AS203

535,9

ВаО

282,6

Р2Ов

798,8

MgO

1024,9

А)203

871

РЬО

215

Na20

1123

ZnO

524,1

К20

599,2

Как видно из табл. 3.5, тяжелые оксиды (ВаО, РЬО) резко понижают теплоемкость стекла, а легкие (В203, MgO, особенно Li20) сильно увеличивают ее. Поэтому бариевые и свинцовые стекла остывают медленнее всех остальных стекол и их чаще всего применяют для выра­ботки изделий сложной формы, требующих «длинного» интервала формования.

Теплоемкость, Дж/(кг-К) , измеряют методом кало­риметрии; точность измерений составляет примерно 5 % теплоемкости. Теплоемкость разных стекол составляет 340—1050 Дж/(кг-К). Она увеличивается с повышением температуры, т. е.

Ct = С0 (1 + 0,00078*); Ст = (1 + 0,00039*),

Где Со — теплоемкость стекла при 0°С; Ct— теплоемкость стекла при температуре t; Ст — средняя теплоемкость стекла от 0° до (; t — температура, °С.

Теплопроводность. Теплопроводностью стекла назы­вают его способность передавать теплоту в направлении от более нагретой части объема или поверхности к менее нагретой.

Пусть две поверхности образца стекла площадью S, м2, и толщиной а, м, нагреты до разных температур: ti>t2. Разность температур поверхностей составляет tx—t2=M. Тогда количество теплоты Q, Дж, прошедшей через образец от более горячей стороны к более холод­ной за время т, с, составит Q=h(SAtx/a), где Я — коэф­фициент теплопроводности стекла. Он выражается в Вт/ /(м-К).

Стекло малотеплопроводно. Коэффициент теплопро­водности разных стекол составляет 0,7—1,35 Вт/(м-К). а обычных натрий-кальцийсиликатных стекол — около 0,97 Вт/(м-К). Я металлов 40—480 Вт/(м-К). Наиболь­шее значение Я — кварцевого стекла, поэтому при заме­не Si02 любым другим оксидом теплопроводность стекол понижается. В порядке убывающего влияния на тепло­проводность оксиды образуют ряд: К20, Na20, PbO, BaO, СаО, ZnO, Fe203, Al203, MgO, B203.

Коэффициент теплопроводности стекла в Вт/(м-К) рассчитывают по формуле слагаемости с точностью ±5%:

Яот = Х]^ + Х2р2 + Я3р3 + • • • + КРп>

Где Рь Р2, Рз, рл — содержание отдельных оксидов в стекле, % ПО

Массе; Яі, Яг, Х3........ Хп парциальные значення нх теплопроводности

(табл. 3.6).

Теплопроводность стекла возрастает с повышением его температуры, удваиваясь при температуре размягче­ния.

Таблица 3.6. Коэффициенты дли расчета теплопроводности стекла (по данным Д. Е. Внльнера, О. В. Ильиной)

Окснд

К Вт/(м-К)Х Х10»

Окснд

Я, Вт/(м-К)Х Х10»

Окснд

%, Вт/(М. К)Х

Х103

SiOjj

8,74

СаО

11,6

ZnO

7,01

В203

15,1

ВаО

3,15

А1203

10,7

NajO

12,85

MgO

13,44

AS203

6,97

К2о

5,84

PbO

5,33

Sb203

6,55

Температурный коэффициент расширения. Под таким коэффициентом понимают увеличение длины или объема образца стекла при нагревании его на 1 °С, отнесенное к длине или объему до нагревания:

_1_ _ 1 Ay

Acv~ l0 At ; «'""To" ~ДГ: P°P-3acP -

Здесь acp — линейный, a Pep — объемный температурный коэффици­енты расширения; lo и V0 — соответственно первоначальные длина и объем образца; А/ и AV — увеличение длины нли объема прн нагре­вании образца иа At, °С.

От температурного коэффициента расширения стекла в основном зависит его сопротивляемость резким изме­нениям температуры (термическая устойчивость). Кроме того, в технике часто приходится спаивать стекла разно­
го состава одни с другими, а также стекла с керамикой и металлами. Если спаивае­мые материалы имеют раз­личное тепловое расширение, го прочного спая получить не удается: изделия при охлаж­дении растрескиваются.

Температурный коэффи­циент линейного расшире­ния измеряют дилатомет­ром. В дилатометре конст­рукции Государственного института стекла использу­ется разница в температурном расширении стекла и плав­леного кварца, коэффициент расширения которого зна­чительно меньше, чем промышленных стекол. При нагре­вании образец стекла, расширяясь, сдвигает кварцевую палочку, которая перемещает стрелку прибора индикато­ра. Зная температуру образца, измеряемую термопарой, и показания индикатора, строят график температурного расширения образца (рис. 3:1). В первый период нагре­вания удлинение образца стекла почти прямо пропорцио­нально росту температуры (отрезок АВ). На отрезке ДБ коэффициент линейного расширения стекла сильно воз­растает, а затем становится постоянным. При температу­ре, соответствующей точке Г, образец начинает «прови­сать»; эта температура представляет собой температуру размягчения Tf.

Температура в точке Д пересечения отрезков АБ и БВ соответствует вязкости 1012 Па-с, т. е. представляет собой температуру стеклования Tg. Следовательно, кри­вая температурного расширения стекла, построенная по данным дилатометра, позволяет наряду с температурным коэффициентом линейного расширения аср определить также температуру стеклования и размягчения. Величи­ну ctcp рассчитывают по формуле аср= (аДя - 107)/Ш, где а — цеиа деления индикатора, мм; An— число делений, соответ­ствующих прямолинейному отрезку АБ кривой расширения; I — дли­на образца, мм, измеренная с точностью до 0,01 мм; At, °С — интер­вал температур, соответствующий отрезку АБ.

ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Рис. 3.1. Изменение расширения стекла в зависимости от теипера - туры

Температурный коэффициент линейного расширения стекол изменяется от 5-10_7OC_1 (для плавленого квар­ца) до 200- 10~7°С~1; у металлов а> 100- ІО-^С-1. Величи­на этого коэффициента стекол зависит главным обра­зом от их состава. Его понижают тугоплавкие оксидьг

Si02, А120з, а также B203 (при его содержании в стекле менее 12—15 %) и MgO. Сильно увеличивают аСр Na20 и К20, но не Li20. Влияние последнего своеобраз­но: некоторые стеклокристаллические материалы, со­держащие соединения лития, могут иметь нулевое или отрицательное расширение. При расчете температурных коэффициентов линейного расширения обычно исполь­зуют парциальные коэффициенты (табл. 3.7).

Таблица 3.7. Усредненные парциальные значения температурных коэффициентов линейного расширения

Средние

Пределы

Средние

Пределы

Оксид

Парциальиые

Прило­

Оксид

Парциальные

Прило­

Значения

Жимости

Значения

Жимости

Или сое­

Коэффици­

(содер­

Или сое­

Коэффици­

(содер­

Динение

Ента а. 10'

Жание

Динение

Ента а-10'

Жание

(20—400 °С)

В %)

(20—400 °С)

В %>

Li20

270[3]

0—30

СоО

50

0—20

Na20

395

0—25

NiO

50

0—15

Кго

465[4]

0—20

В203

От —50

0—30

ВеО

45

0—30

До 0[5]

MgO

60

0—25

А1203

-35

0—20

СаО

130

0—25

S102

От 5

100—45

SrO

160

0—30

До* 38****

BaO

200

0—40

Zr02

Р205

—60

0—12

ZnO

50

0—20

140

PbO

130—190**

0—50

CaF, Na2SiFe

180

0—15

МпО

150

0—25

340

0—8

FeO

55

0—20

Na3AlFe CdS

480 200

0—8

0-5

Значения температурных коэффициентов линейного расширения некоторых важнейших промышленных сте­кол приведены в табл. 3.2.

Термическая стойкость. Стеклянные изделия нередко эксплуатируют в условиях резко изменяющихся темпе­ратур. Водоуказательные стекла в колонках паровых котлов, химические аппараты и посуда и т. п. испытыва­ют попеременное нагревание и охлаждение, а иногда и резкие тепловые удары. Между тем термическая устой­чивость (далее употребляется «термостойкость») стекла как материала, т. е. его способность противостоять, не разрушаясь, резким изменениям температур, как прави­ло, низка, поэтому ее увеличение имеет большое прак­тическое значение.

Термостойкость стекла зависит прежде всего от тем­пературного коэффициента линейного расширения. Су­щественное значение имеют и такие свойства стекла, как упругость, прочность на растяжение, теплопровод­ность и теплоемкость. На термостойкость стеклянных изделий кроме свойств стекла влияют их форма, разме­ры и толщина. Чем тоньше и меньше изделия, тем боль­ший перепад температур они могут выдерживать. При­чину этого легко понять, если знать, какие процессы пртекают в стекле при резком охлаждении и нагрева­нии.

Когда стекло охлаждается, его наружные слои стре­мятся уменьшиться в объеме. Этому препятствуют, од­нако, медленно остывающие (в силу низкой теплопро­водности) внутренние слои, которые как бы растягива­ют внешние, не давая им сжиматься. Поэтому в наружных слоях стекла при охлаждении возникают на­пряжения растяжения, а во внутренних — напряжения сжатия. Обратное явление происходит при резком на­гревании стекла. В этом случае внутренние слои дольше остаются холодными и задерживают расширение на­ружных слоев, как бы стягивая, сжимая их и создавая в них напряжения сжатия. Понятно, что возникающие напряжения будут возрастать: 1) с увеличением разни­цы в расширении внутренних и наружных слоев, т. е. температурного коэффициента линейного расширения стекла; 2) с уменьшением упругости стекла; 3) с повы­шением перепада температуры от внешних слоев стекла к внутренним, что зависит главным образом от толщи­ны стекла.

Поскольку предел прочности стекла при растяжении в 10—20 раз меньше, чем при сжатии, стекло особенно плохо переносит резкое охлаждение, выдерживая в этом случае изменение температур, в 5—7 раз меньшее, чем при нагревании.

Термическую устойчивость стекла характеризуют коэффициентом термостойкости К, равным

К = RpIaE VbJcp,

Где Rp —-предел прочности при растяжении, Па; а — температур­ный коэффициент линейного расширения, 1/град; Е — модуль упру­гости, Па; X — коэффициент теплопроводности стекла, Вт/(м-К); С —удельная теплоемкость, Дж/(кг-К.); р — плотность стекла, кг/м3.

Термостойкость стеклянных изделий можно рассчи­тать по формуле

Яизг(1—Р) а Е

Где Яизг — предел прочности стекла при изгибе, Па; а — коэффици­ент Пуассона, учитывающий форму и размеры изделия.

Термостойкость стекла обратно пропорциональна ко­эффициенту а. Термостойкими являются все стекла с низким коэффициентом теплового расширения. Наибо­лее термически устойчиво кварцевое стекло, а из про­мышленных стекол— боросиликатные и бесщелочные.

При определении термостойкости нагретые образцы стекла или стеклянные изделия резко охлаждают, по­гружая их в холодную воду. Некоторые технические из­делия испытывают в условиях, близких к условиям службы. Перепад температур, который выдерживают образцы различных стекол, колеблется от 80 °С (обыч­ные промышленные — оконные, тарные) до 1000 °С (кварцевые).

Термостойкость стекла, как и хрупкость, сильно за­висит от его однородности, а также от состояния по­верхности, степени стабилизации его структуры и нали­чия неравномерно распределенных напряжений. Равно­мерно распределенные напряжения сжатия (закалка) увеличивают термостойкость изделий в 1,5—2 раза. По­вышают термостойкость огневая полировка и химиче­ская обработка, устраняющие дефекты поверхности стекла.

ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА И ШЛАКОСИТАЛЛОВ

МНОГОСЛОЙНОЕ СТЕКЛО

Многослойное стекло относят к группе защитных без­опасных безосколочных стекол, которые отличаются наи­более совершенными защитными свойствами. Наиболь­шее распространение получило трехслойное стекло — триплекс, состоящее из двух листов стекла и эластичной прокладки. …

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ШЛАКОВЫХ СТЕКОЛ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕМУ

Химический состав исходных стекол, предназначен­ных для получения шлакоситаллов, должен удовлетво­рять ряду требований; одни из них определяются эксплу­атационными свойствами конечного материала, другие диктуются технологией их промышленного производства. Первые из них требуют, …

СТЕКЛЯННЫЕ ПУСТОТЕЛЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ БЛОКИ

Характеристика изделий. Стеклянные строительные блоки представляют собой изделия с герметически за­крытой полостью, образованной в результате сварки двух отпрессованных коробок с гладкими или рифлеными по­верхностями. Их выпускают квадратными, прямоуголь­ными, шестиугольными, угловыми; …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.