Жидкое стекло свойства и характеристики: Область применения и методы использования жидкого стекла

Содержание

Жидкое стекло: виды, свойства, сферы применения

Строительный рынок представлен огромным количеством практичных и эффективных материалов, которые применяются при проведении строительно-ремонтных работ. Одним из них является жидкое стекло, которое благодаря уникальной вязкой структуре и высоким эксплуатационным характеристикам используется для обустройства надежной гидроизоляции различных типов поверхностей.

Что такое жидкое стекло? Оно представляет собой водный щелочной продукт, созданный на основе силикатов натрия и калия. Существует другое название стекла – силикатный клей. Технология изготовления материала предусматривает плавление натриевых и калиевых солей при воздействии высокой температуры.

Разновидности жидкого стекла

Впервые жидкое стекло было изобретено немецким минерологом в начале 19-го века, с тех пор его первоначальный состав остается практически неизменным.

С использованием современных технологий производятся следующие типы стекла:

  • Натриевое стекло. Вязкий раствор на основе натриевых солей, обладает повышенной прочностью и адгезией с минералами различной структуры. Он устойчив к возгоранию, перегреву и деформациям.
  • Калиевое стекло. Продукт, разработанный на основе калиевых солей, обладает рыхлой структурой и высокой гигроскопичностью. Подобная поверхность исключает появление бликов, устойчива к перегреву и повреждениям.
  • Литиевое стекло. Раствор, который производится в ограниченных количествах, благодаря своей структуре обеспечивает термическую защиту любому основанию.

Все разновидности стекла относятся к категории монощелочных продуктов. Кроме того, существуют растворы комбинированного и комплексного типа импортного производства.

Свойства и преимущества материала

Внешне жидкое стекло напоминает тягучую резиновую массу, которая после затвердения создает прочную водонепроницаемую основу.

Выделяют основные свойства жидкого стекла:

  • водоотталкивающее – предотвращает проникновение воды;
  • антисептическое – защищает от образования опасных микроорганизмов и грибка;
  • антистатическое – препятствует образованию электростатического разряда;
  • огнеупорное – защищает от возгорания и негативного воздействия кислотосодержащих компонентов;
  • отвердевающее – обеспечивает повышенную прочность и износостойкость обработанного основания.

Подобные характеристики выявляют ряд существенных преимуществ материала:

  • быстрое заполнение мелких щелей и пор, защита деревянных и бетонных оснований;
  • создание прочной влагозащитной пленки;
  • невысокая стоимость и экономный расход материала;
  • длительный срок службы;
  • возможность проведения работ в помещениях с высоким уровнем влажности.

Использование жидкого стекла предусматривает соблюдение специальных правил:

  • Стекло не применяется для гидрозащиты оснований из кирпича.
  • Для повышения прочности стеклянной пленки необходимо использовать дополнительные варианты гидроизоляции.
  • Быстрое затвердевание материала требует опыта и навыков работы с ним.
  • До начала работ поверхность тщательно очищается от мусора и пыли. После чего обрабатывается грунтовкой глубокого проникновения. Далее выполняется грунтовка жидким стеклом с равномерным распределением по всей рабочей зоне.

Области использования жидкого стекла

Материал нашел свое применение во многих сферах человеческой деятельности – в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и быту.

Использование ЖС в строительстве

Благодаря высокой адгезии стекло все чаще используется в строительной сфере:

  • Для гидроизоляции подвалов, чердаков и фундаментов. Оно защищает бетон от повышенной влажности, ультрафиолетового излучения и возгорания.
  • Для гидроизоляции колодцев, скважин и бассейнов. В местах прямого контакта бетонной поверхности с водой материал обеспечивает надежную защиту от разрушения и деформации. Раствор наносится тонким слоем в несколько этапов на внутреннюю часть стен гидросооружений.
  • Для кладки отопительного оборудования – каминов и печей. Раствор готовится с добавлением огнеупорного цемента и песка.
  • Для производства декоративных материалов – замазок, гидрофобизаторов, красящих и клеевых составов.
  • Для изготовления антисептических составов, применяемых при обработке бетонных и деревянных оснований.
  • Для изготовления защитных растворов, используемых при обработке соединительных стыков в канализационных и водопроводных трубах.
  • Для производства прочных красок для дерева, устойчивых к воздействию влаги и высоких температур.

Гидроизоляционное стекло используется и как самостоятельный материал, и в качестве добавок при изготовлении пропиток и смесей.

Применение жидкого стекла в быту

Для чего нужно использовать ЖС в бытовой сфере? Универсальный материал, который применяется для следующего:

  • выполнение ремонтных работ – монтаж ПВХ-плитки, пластиковых панелей, линолеума;
  • производство герметизирующих составов для труб из металла;
  • повышение огнеупорных характеристик различных тканей;
  • сельскохозяйственные и садоводческие работы – обработка поврежденных стволов деревьев;
  • реставрационные работы – восстановление стеклянных, пластиковых, деревянных и фарфоровых поверхностей;
  • производство наливных трехмерных полов;
  • реставрация автомобильных кузовов;
  • декоративная отделка помещений при использовании потолков подвесного типа, зеркальной и керамической плитки, витражей и панно;
  • очистка кухонной посуды и утвари.

Приготовление растворов на основе жидкого стекла

Грунтовочный раствор

Из жидкого стекла можно приготовить грунтовочную смесь для обработки оснований различного типа. Для этого соблюдаются следующие пропорции:

  • 2 части цемента;
  • 2 части стекла.

Определившись с тем, что такое стекло в жидкой форме, можно рассмотреть варианты приготовления наиболее востребованных растворов на его основе.

В цемент добавляется требуемое количество воды, затем вводится стекло. Ингредиенты перемешиваются строительным миксером до получения тягучей смеси. Сколько сохнет готовая смесь? Продолжительность отвердения – 35 минут, поэтому обработка поверхностей начинается после приготовления смеси. Для нанесения используется мягкая кисть или валик.

Гидроизоляционное средство

Чтобы защитить поверхность от повышенной влаги, образования плесени и грибка, рекомендуется приготовить гидроизоляционную смесь. Для этого используется равное количество ингредиентов:

  • 3 части песка;
  • 3 части портландцемента;
  • 3 части стекла.

Ингредиенты необходимо разбавить с водой для получения густой смеси. Готовый раствор подходит для изоляции гидросооружений.

Огнеупорное средство

Этот раствор обеспечит защиту поверхностей от возгорания. Готовится в следующих пропорциях:

  • 1 часть цемента;
  • 3 части песка;
  • 20 % стекла от общего объема раствора;
  • вода.

Вначале замешивается цементно-песчаная смесь на воде, затем вводится стекло. Готовый раствор применяется для каминной и печной кладки.

Антисептический раствор

Антисептики на основе стекла предотвращают образование бактерий, грибка и плесени на бетонных, каменных и деревянных основаниях. Раствор готовится следующим образом:

  • 1 часть стекла;
  • 1 часть воды.

Для нанесения готового средства на поверхность используется мягкий валик.

Пропитывающее средство

Пропитка для обработки стеновых, потолочных и напольных поверхностей готовится следующим образом:

  • 450 г стекла;
  • 1 литр воды.

Как использовать готовый раствор? Обработка поверхностей осуществляется в несколько слоев, при этом каждый последующий наносится после полного высыхания предыдущего.

Рекомендации по использованию жидкого стекла

Как пользоваться жидким стеклом при гидроизоляции поверхностей? Пошаговая инструкция предусматривает соблюдение следующих этапов:

  • Поверхность тщательно очищается от имеющихся загрязнений.
  • При помощи кисти или валика наносится грунтовочная смесь.
  • Спустя полчаса добавляется второй слой грунтовки. При этом важно соблюдать равномерное распределение смеси на поверхности.
  • Готовится защитный раствор на основе цементно-песчаной смеси и жидкого стекла.
  • При помощи шпателя раствор наносится на поверхность тонким слоем.

Материал имеет продолжительный срок эксплуатации в условиях низких температур, поэтому допускается хранение в зимний период на открытом воздухе.

Благодаря высокой эффективности подобный материал имеет широкий диапазон использования. Так растворимое стекло на калиевой основе применяется для изоляции фундаментов, тогда как на натриевой – для защиты бетонных строений, гидросооружений, в садоводстве и бытовой сфере.

Имея представление о том, как сделать жидкое стекло и защитные составы на его основе, можно решить вопросы с гидроизоляцией поверхностей различных типов.

Жидкое стекло натриевое: применение в строительстве

Что такое жидкое стекло? Жидко стекло – это раствор из силикатных солей, другими словами, силикатный клей. В состав смеси входит калий и натрий. Данные элементы также используют для производства традиционного стекла. Материал назван исходя из составляющих компонентов. Жидкое стекло широко применяют в различных сферах, к примеру, сельском хозяйстве и строительстве. Так как оно имеет подходящие свойства и характеристики.

Как правило, в строительстве используют его для гидроизоляции. А также оно выполняет защитную функцию. Слоем жидкого стекла покрывают стенки бассейнов, колодцев, напольный материал и стены помещений повышенной влажности. Срок эксплуатации конструкции с применением этого материала будет продлён на достаточное количество времени.

Содержание статьи

  • 1 Основные свойства материала
    • 1.1 Виды силикатного клея
    • 1.2 Жидкое стекло: применение для гидроизоляции
  • 2 Преимущества и недостатки жидкого стекла
  • 3 Применение силикатного состава
  • 4 Рекомендации профессионалов при работе с продуктом
  • 5 Особенности материала

Основные свойства материала

По мнению профессиональных строителей, жидкое стекло имеет два основных свойства – склеивание строительных элементов и гидроизоляция. Склеенные материалы становятся более прочными и крепко соединёнными между собой.

По составу материалы снаружи крепче, чем внутри. После их обработки жидким стеклом, периферия изделия достигает внутреннего уровня прочности. Жидкое стекло проникает в структуру материала и делает его более крепким. На поверхности образуется водонепроницаемая гладкая плёнка.

Следует знать, что жидкое стекло нельзя наносить на поверхности, которые подлежат дальнейшей окраске, лакированию или покрытию штукатуркой и шпаклёвкой. Так как отделочные материалы не будут связываться с покрытым силикатным клеем.

Обработанные семена жидким стеклом дают возможность получить высококачественный сельскохозяйственный продукт с повышенной устойчивостью к различным заболеваниям растения и эффективным ростом.

Виды силикатного клея

Смесь бывает нескольких видов, в зависимости от компонентов в составе материала. Используемая соль в производстве влияет на основные характеристики и его предназначения.

Жидкое стекло натриевое обладает гидроизоляционными свойствами. Оно может служить добавкой для укрепления растворов для фундаментальной конструкции. И также используется для изготовления клеевых смесей, антисептических средств и огнеустойчивых составов.

Калийный раствор обладает повышенной устойчивостью к химическим воздействиям и атмосферному влиянию. В основном его используют для изготовления красок с защитными свойствами.

Жидкое стекло: применение для гидроизоляции

Свойства клея продлевают срок эксплуатации штукатурки, исключают отслаивание и трещины отделки. Образовывается крепкий продукт силикат кальция после вступления в химическую реакцию жидкого стекла с отделочным материалом.

Производители добавляют жидкое стекло для изготовления плит или блочных элементов с высокой теплоизоляцией. Особенность элементов с использованием жидкого стекла – высокая степень гидроизоляции.

Смесь применяется для укрепления цоколя, фундамента или стен сооружения. Окружающая среда может негативно влиять на конструкцию из традиционных строительных материалов. К примеру, перепад температуры, повышенная влага. Жидкое стекло для гидроизоляции бетона служит как добавочный материал, способный продлит срок службы готовой бетонной конструкции.

Преимущества и недостатки жидкого стекла

Смесь имеет низкую теплопроводность и клеящую структуру. Её покрытие характеризует высокую степень плотности и прочности. При обработке материал выдерживает до 1300 градусов, легко переносит оттаивание и заморозку.

Жидкое стекло может применяться в быту также как антисептик. Состав эффективен при борьбе с плесенью, грибком и прочими вредными микроорганизмами.

Продукт не содержит вредных веществ, безопасен для окружающей среды. Состав не несёт вреда человеку при низких и высоких температурах.

К недостаткам относят высокую щелочную среду смеси. В работе с данным составом нужно надевать перчатки для защиты от повреждений кожи. Попавший клей на накожный покров может образовать ожоги.

Применение силикатного состава

Для получения хорошего результата в работе с данным материалом следует придерживаться технологических рекомендаций. Неправильно нанесенный на основание клей может снизить качество произведенной конструкции.

Жидкое стекло – применение и его особенности:

  • На первом этапе нужно очистить рабочую поверхность от загрязнений.
  • Если обрабатывается плоскость из бетона, то как правило, не используют чистую смесь. Предварительно производится силикатный раствор с добавлением цементного песка в соотношении 1:10. Нужно цементный песок размеренно распределить по заготовленному раствору.
  • Силикат нужно наносить на рабочее основание кистью или валиком.
  • Обработка силикатом дерева не требует добавочных материалов. Небольшие деревянные элементы можно окунуть в стекло. Его состав не только покроет внешние стороны изделия, но и немного проникнет в структуру.
  • Клей имеет жидкую консистенцию, благодаря которой проникает даже в самые мелкие щели, делает конструкцию монолитной и гидроизоляционной.

Рекомендации профессионалов при работе с продуктом

Для исключения неприятных ситуаций в работе, стоит обратить внимание на следующие советы:

  1. Жидкое стекло не вносят в готовые растворы. Как правило, его равномерно вводят в водный состав, согласно пропорции.
  2. Работать с данным строительным материалом можно в пределах температуры от +5 до +30 градусов по Цельсию.
  3. Грунтовочная смесь изготавливается по пропорции 1:1. То есть, объем жидкого стекла равен объему цемента. Наносится раствор аналогично, как и силикатный клей без добавок.
  4. Если обрабатываются деревянные элементы, то пропитка изготавливается в соотношении 1:2,5 (жидкое стекло и вода).
  5. Рекомендовано заготавливать смесь из жидкого стекла в небольших объёмах, так как материал имеет свойство очень быстро схватываться. Работать с таким составом нужно быстро и оперативно.
  6. Обработка металлических поверхностей требует предварительного обезжиривания специальным средством.
  7. Проникновения силикатного раствора в однократном нанесении на бетонное основание доходит до 3 мм, и 20 мм в многослойном покрытии.

Особенности материала

Для работы с бетоном, строители используют натриевое жидкое стекло. Оно способствует затвердению залитой бетонной смеси в короткий срок. За интенсивное затвердение материала отвечает алюминат натрия, который возникает в реакции бетонного раствора и силикатного клея.

На сегодняшний день на рынке доступен этот клей от различных производителей. Ценовая политика находится в допустимых значениях. Особенно экономически выгодно использовать жидкое стекло для гидроизоляции.

Нередко жидкое стекло для пола используют в современности. К примеру, укладке линолеума, плитки или заливки полов по различным технологиям. Целесообразно использовать его в качестве замазок для водопроводных труб из чугуна. Современные садоводы используют материал для обрезки деревьев. Покрытый срез ограничивает растение от различных заболеваний и вредителей.

Срок хранения клея не должен превышать один год. Обязательным условием является плотное закрытие ёмкости с материалом и запретный доступ для детей.

Таким образом, жидкое стекло — это уникальный силикатный продукт. Универсальное средство из солей можно использовать в чистом виде и добавлять в строительную смесь. Его свойства дают возможность получить высококачественную работу в быту строительстве и прочих сферах деятельности.

Видео по теме:

цементная стяжка после обработки жидким стеклом

02:43

Простой совет КАК БЫСТРО и ЛЕГКО дозировать по ОБЪЁМУ жидкие ДОБАВКИ в бетон.

02:19

Приготовление растворов жидкого стекла и хлористого кальция для монолитного арболита

03:06

характеристики материала, правила применения и рекомендации специалистов

Несмотря на появление на строительном рынке все новых и новых материалов, некоторые смеси продолжают использоваться в течение столетий. Один из таких материалов — жидкое стекло (иногда используют сокращение — ЖС). Причиной такого долголетия стало выгодное сочетание впечатляющих характеристик, простоты использования и приемлемой стоимости. Познакомимся с этим материалом поближе и выясним, что советуют профессиональные строители по его применению.

Общая характеристика материала

Жидкое стекло (другое название состава – силикатный клей) получил в 1818 году немецкий химик Я. Н. фон Фукс. Материал представляет собой раствор силиката натрия (или калия) в водно-щелочном растворителе. Этот прозрачный быстро кристаллизующийся клей знаком многим людям со школьных уроков труда. А вот о том, что жидкое стекло имеет широкое применение в строительстве и быту, осведомлены не все.

Силикатный клей хорошо прилипает ко многим поверхностям и после высыхания образует пленку, непроницаемую для воды. Материал дешев, поскольку массово выпускается промышленностью. В то же время, чтобы полностью раскрыть положительные свойства материала, важно правильно выбрать марку ЖС и наносить состав с соблюдением технологии.


Защита дерева

Деревянные гигроскопичные конструкции сильно нуждаются в высококачественной защите. В отличие от бетона, при контактировании с деревом натриевый клей в нее не впитается, но будет образовывать внешний предохранительный слой. По этой причине для грамотной обработки древесины крайне важна первичная подготовка. Его не просто очищают от грязи и пли, но также дополнительно зачищают наждачной бумагой. Этот прием дает возможность сделать более гладкие поверхности и отличную адгезию (значит долговечность) пленки. По инструкции жидкое натриевое стекло наносят на поверхности, которые не планируется обрабатывать краской, ведь дерево станет зеркально гладким и его нереально будет окрасить. Места, которые регулярно подвергаются воздействию влаги (стропила, балочное перекрытие, подвал) – лучшие претенденты на применение жидкого стекла, а использование состава выполняется с учетом таких советов:

  • Лучшие результаты получатся, если составы наносят при температурном уровне +20…+45 градусов, валиком или широкой кистью.
  • Для гидроизоляции высокого качества толщина готовой пленки должна быть минимум 100 мкм.
  • Разведенный водой состав в требуемой пропорции, наносят на зачищенную и обработанную поверхность минимум в 2 слоя.

А теперь о готовки.

Как приготовить состав

Строительный рынок перенасыщен всевозможными составами в готовом виде с комплексом полезных качеств. Несмотря на это, жидкое стекло в роли составляющей самостоятельно сделанных смесей будет успешно конкурировать с промышленной продукцией за счет отличного соотношения цены и качества. В сделанных своими руками смесях доля жидкого стекла будет колебаться в таких пропорциях:

  • Подготовка огнеустойчивой смеси – нужно 10-25%.
  • Пропитка поверхности – ½, т.е. 50% раствора цемента.
  • Добавки в бетон – 5-20% массы бетона.

В реальности строители используют проверенное соотношение, которое позволяет получить требуемый результат:

  • Гидроизоляция бассейна, влажных комнат, стен, полов и перекрытий. Раствор готовят из расчета 1 мера жидкого стекла и 10 мер раствора бетона. О результате обработки пола цементного вида в гараже посмотрите в видеоролике.
  • Гидроизоляция колодцев – для стеновой обмазки делают раствор из песка, цемента и натриевого клея в равных долях.
  • Повышающий прочность смеси состав. Для этого жидкое стекло добавляют в бетон, а соотношение 20 мер готовой смеси и 1 мера жидкого стекла.
  • Устойчивая к воде смесь (для заделывания щелей в конструкциях), причем цемент и песок соединяют в соотношении 2 к 5. В состав следует влить 15%-ный раствор натриевого стекла.
  • Защита поверхностей из металла от воздействия коррозии, причем цемент и жидкое стекло нужно смешать в равных пропорциях, а после просыхания окрашивание.
  • Обработка дерева силикатным клеем, причем эту смесь готовят из 5 литров воды и 2 литров клея, наносят в 2 слоя. Покрытие в идеале стоит обновлять каждые 4 года.
  • Огнеупорный состав (ремонт и кладка). Соедините 3 меры песка и 1 меру цемента, а после добавьте 15%-ный раствор жидкого стекла.
  • Изготовление фасадного лакокрасочного материала – к силикатному клею подмешайте выбранный краситель до требуемой насыщенности цвета. Посредством силикатного состава можно убрать старый лакокрасочный слой (масляный или лаковый).
  • Грунтовка для напольной стяжки – цементный состав и силикатный клей нужно смешать в соотношении 4 к 2.
  • Клеевой состав для линолеума или плитки, причем расход будет от 0.2 до 0.4 кг на квадратный метр.

Особенности применения натриевого жидкого стекла

Помимо скоростьи в подготовке смеси и нанесения стоит помнить про специфику и требуемые меры безопасности:

  1. Защита глаз и кожных покровов от прямого контакта, причем отлично подойдет маска, перчатки, защитная обувь и одежда, защитные очки. Если клей попадет на глаза или кожу, промойте пострадавший участок водой.
  2. Транспортировка и хранение – переносить и хранит состав следует в герметичной таре, допустимо хранение при отрицательных температурах, а после оттаивания при комнатной температуре клей не утратит свои качества.
  3. Выбор метода нанесения жидкого стекла будет зависеть от метода использования, применяют краскопульт, валик или кисть.

Вариант применения краскопульта считается самым лучшим.

Заключение

Жидкое натриевое стекло является доступным и проверенным материалом для того, чтобы производить различные строительные работы. В плане эстетики покрытие уступает дорогим аналогам, но если в приоритете минимизация трат, то такой материал является лучшим решением.

 

характеристики материала, правила применения и рекомендации специалистов

Несмотря на появление на строительном рынке все новых и новых материалов, некоторые смеси продолжают использоваться в течение столетий. Один из таких материалов — жидкое стекло (иногда используют сокращение — ЖС). Причиной такого долголетия стало выгодное сочетание впечатляющих характеристик, простоты использования и приемлемой стоимости. Познакомимся с этим материалом поближе и выясним, что советуют профессиональные строители по его применению.

Общая характеристика материала

Жидкое стекло (другое название состава – силикатный клей) получил в 1818 году немецкий химик Я. Н. фон Фукс. Материал представляет собой раствор силиката натрия (или калия) в водно-щелочном растворителе. Этот прозрачный быстро кристаллизующийся клей знаком многим людям со школьных уроков труда. А вот о том, что жидкое стекло имеет широкое применение в строительстве и быту, осведомлены не все.

Силикатный клей хорошо прилипает ко многим поверхностям и после высыхания образует пленку, непроницаемую для воды. Материал дешев, поскольку массово выпускается промышленностью. В то же время, чтобы полностью раскрыть положительные свойства материала, важно правильно выбрать марку ЖС и наносить состав с соблюдением технологии.

Разновидности жидкого стекла

Технология изготовления клея на основе солей кремниевой кислоты практически не изменилась за два столетия. Раньше жидкое стекло получали, растворяя чистый кремний в растворах щелочей. Сегодня в концентрированные растворы едкого натра (или гидроксидов калия, лития) помещают кремнезем и смесь нагревают при повышенном давлении.

От того, какая щелочь (натриевая, калиевая, литиевая) использовалась при растворении, зависят свойства полученного ЖС:

  • Главное преимущество натриевого ЖС – отличные показатели адгезии (способности прилипать) ко многим минералам и строительным материалам. Полученная после кристаллизации масса не плавится от нагрева, не горит и практически не боится деформации при механических нагрузках. Эти свойства обусловили большую популярность натриевого ЖС у строителей.
  • Силикатный клей на основе солей калия образует более рыхлую массу, которая отличается высокой гигроскопичностью. Состав также не боится огня, стоек к деформациям. Еще одна положительная особенность калиевого жидкого стекла в том, что обработанная им поверхность приобретает матовую текстуру и не дает световых бликов.

Встречаются также составы на основе силиката лития. Это более редкая разновидность, которая создает хорошую защиту обработанной поверхности от теплового воздействия.

Отечественная силикатная промышленность выпускает разновидности жидкого стекла на основе только одного вида щелочи. Но встречаются и многокомпонентные составы зарубежного производства. Они дороже отечественных, но в некоторых ситуациях показывают лучшие результаты.

Основные преимущества материала

Жидкое стекло – это прозрачная масса, которая немного напоминает по свойствам резину (она тягучая, пластичная и практически непроницаемая для воды). После нанесения на поверхность состав кристаллизуется. Образовавшееся покрытие обладает целым рядом положительных свойств:

  • Благодаря хорошей пластичности силикатный клей при нанесении заполняет любые трещины и поры на обрабатываемой поверхности. После засыхания и кристаллизации покрытие демонстрирует хорошую механическую прочность и адгезию к основанию.
  • Покрытие стойко к износу. При правильном нанесении слой жидкого стекла не потребует обновления в течение 5 лет.
  • Сквозь пленку жидкого стекла не может проникнуть влага. Материал допускается применять даже в помещениях с повышенной влажностью.
  • Пленка не растворяется в кислотах, не плавится и не пузырится при нагревании, не горит. Кроме того, на этом материале не могут развиваться плесневые грибки и бактерии.
  • Составы на основе силикатных солей стоят недорого. В сочетании с небольшим расходом (при правильном нанесении) это отличный вариант обработки материалов, не наносящий ущерба бюджету.
  • Жидкое стекло безопасно для человека. Состав не выделяет летучих соединений, не растворяется в воде. Такую отделку можно использовать в больницах, детских учреждениях и т. д.

Эти преимущества сделали ЖС популярным строительным материалом. Он применяется уже два столетия и вряд ли будет вытеснен со своих позиций в ближайшем будущем.

Пара слов о недостатках

Как и у любого материала, у жидкого стекла есть некоторые недостатки. Главный из них связан с быстрым началом кристаллизации. Из-за этого при нанесении силикатного клея нельзя медлить. Кроме того, определить, сколько клея нужно наносить в каждом случае, как и куда именно накладывать следующую порцию, довольно непросто. Чтобы правильно выполнить покрытие этим материалом, нужен определенный опыт.

Составляя смету ремонта, обдумайте, будете ли вы работать с жидким стеклом самостоятельно или наймете специалиста. Первый вариант дешевле, но чреват напрасной тратой материала и низким качеством покрытия. Второй вариант требует дополнительных затрат на оплату работы профессионала.

Эти особенности необходимо учитывать, принимая решение о необходимости применения жидкого стекла при строительстве или в быту.

Сфера использования

Множество положительных свойств жидкого стекла позволили ему завоевать признание специалистов в самых разных отраслях строительства. Его применение в быту также многообразно.

Применение в строительстве

Жидкое стекло широко применяется при возведении конструкций жилых и промышленных зданий, а также при работе с внутренней отделкой:

  • ЖС не боится высоких температур, поэтому материал нашел применение при сооружении каминов и печей. Состав смешивается с огнестойким цементом и песком, полученный раствор используется для создания кладки. Получившиеся в итоге швы не боятся перепадов температур, что обеспечивает долгую службу печи.
  • Гидроизоляционные свойства силикатного клея нашли применение при строительстве сборных фундаментов, стен, заливке бетонных полов.
  • Разбавленным раствором ЖС грунтуют бетонные полы перед окрашиванием.
  • Используются различные разновидности жидкого стекла и при создании составов для герметизации стыков труб, отделки чердаков, подвалов и т. д.
  • Еще одно направление – изготовление разнообразных смесей, красок и паст. К примеру, ЖС входит в краску, которая защищает дерево от влаги и жара.
  • Силикатный клей – непременный компонент антисептиков для бетона и дерева. Входит он также в различные замазки, гидрофобизаторы, клей для плитки и т. д.

Использование в быту

Бытовое применение жидкого стекла не менее разнообразно. Вот основные направления использования этого материала:

  • При ремонте силикатный клей используется для крепления плиток ламината, листов линолеума, кафельной плитки. ЖС может применяться в чистом виде или входить в качестве компонента в клеевые смеси.
  • Востребовано жидкое стекло и в садоводстве. К примеру, слоем этого клея покрывают трещины и повреждения на древесных стволах. Силикатная пленка препятствует развитию болезнетворных бактерий и плесени.
  • С помощью составов на базе жидкого стекла склеивают разбитые изделия из фарфора, стекла, пластика, дерева.
  • В декоративной отделке помещений силикатный клей создает гладкие поверхности со стеклянным блеском.
  • В столярном деле силикатным клеем обрабатывают дерево, чтобы защитить его от влаги, плесени и перепадов температур.

Что лучше – жидкое стекло или керамика?

Однозначно сказать, какой из видов стеклоподобного покрытия лучше, трудно. Выигрывая у керамики по одним параметрам, жидкое стекло уступает по другим. Сравнивая эти два материала, можно получить следующие результаты:

  • По сроку службы оба материала практически не отличаются. Срок службы в зависимости от сферы применения – около 5 лет. Автомобильное покрытие придется обновлять каждый год, независимо от того, сделано оно на керамической или силикатной основе.
  • По степени защиты поверхностей от механического повреждения керамика надежнее, чем жидкое стекло. Однако прочности пленки силикатного клея также достаточно для решения большинства задач.
  • По декоративным качествам материалы также довольно близки. Оба вида покрытия обеспечивают блеск, напоминающий блеск стекла. При этом керамика несколько более плотна и хуже отражает световой поток.
  • По цене жидкое стекло выигрывает у керамики.

Таким образом, получается, что выбор материала зависит от имеющегося бюджета, поставленных задач и личных предпочтений.

Алгоритм нанесения жидкого стекла

Перед началом работы внимательно ознакомьтесь с инструкцией, приведенной на упаковке. Описываемый нами алгоритм представляет собой общий порядок действий и в некоторых случаях нуждается в небольшой корректировке.

Процесс создания покрытия на основе силикатного клея выглядит так:

  1. С основания удаляются все загрязнения: пыль, остатки старого покрытия, отколовшиеся кусочки. Задача этого этапа – убрать все, что может отвалиться вместе с силикатным клеем.
  2. Поверхность покрывается слоем грунтовки.
  3. После нанесения грунтовочной смеси делается перерыв на 30–60 минут, чтобы грунт хорошо просох. Затем наносится второй слой грунтовки и тщательно просушивается.
  4. Когда грунтовка высохла, можно приступать к нанесению жидкого стекла. Важно помнить, что масса за 20–25 минут кристаллизуется до такой степени, что нанесение станет невозможным. Поэтому лучше использовать за один раз небольшое количество состава и работать быстро.
  5. Силикатный клей наносят на поверхность и распределяют шпателем так, чтобы получить тонкий слой постоянной толщины.
  6. После нанесения важно дать жидкому стеклу полностью кристаллизоваться. Процесс может занимать от 24 часов до нескольких суток – в зависимости от разновидности клея, условий, в которых он сохнет, и толщины слоя.

Пока покрытие не высохло, крайне нежелательно подвергать его механическим воздействиям.

Советы опытных строителей

В работе с жидким стеклом есть несколько нюансов, которые постигаются только с опытом практического применения этого материала.

Полезные рекомендации от опытных строителей:

  • При нанесении жидкого стекла на бетонную плиту работу начинают только после того, как цементная масса полностью отвердеет и сформирует окончательную структуру. Если поторопиться с нанесением, ЖС ускорит высыхание бетона, но качество поверхности будет низким из-за расслаивания покрытия.
  • Чтобы состав глубже проник в поверхность, его наносят в несколько слоев (до 3). Нанеся первый слой, делают перерыв на полчаса. За это время произойдет первичное схватывание силиката, и новый слой не повредит предыдущий. Перед нанесением третьего слоя также делают перерыв на полчаса.
  • Покупая жидкое стекло, выбирайте сравнительно небольшие упаковки из прозрачного или полупрозрачного материала. Это позволит убедиться, что в смеси нет комьев, осадка, посторонних примесей. Такие включения указывают на низкое качество состава.
  • Обращайте внимание, указан ли на упаковке адрес производителя и торговое название. Отсутствие этой информации подозрительно.

Не стоит гнаться за дешевизной, выбирая клей. Как правило, наиболее дешевые смеси содержат небольшой процент силикатов, поэтому их свойства оставляют желать лучшего.

С помощью жидкого стекла можно решить множество задач. Чтобы материал в полной мере проявил свои положительные свойства, внимательно изучите порядок работы, тщательно выполняйте каждую операцию и не забывайте проверять промежуточные результаты своего труда на соответствие технологии. Тогда созданное покрытие прослужит долго и отлично защитит основу от влаги, температуры и механических повреждений.

Исследователи сообщают о новом состоянии вещества, описанном как «жидкое стекло»

Положение и ориентация эллипсоидальных частиц в кластерах жидкого стекла. Предоставлено: Исследовательские группы профессора Андреаса Цумбуша и профессора Матиаса Фукса.

Открытие жидкого стекла проливает свет на старую научную проблему стеклования: междисциплинарная группа исследователей из Университета Констанца открыла новое состояние вещества, жидкое стекло, с ранее неизвестными структурными элементами — новый взгляд на природу стекло и его переходы.

Хотя стекло — действительно вездесущий материал, который мы используем ежедневно, оно также представляет собой серьезную научную загадку. Вопреки тому, что можно было бы ожидать, истинная природа стекла остается загадкой, а научные исследования его химических и физических свойств все еще продолжаются. В химии и физике термин «стекло» сам по себе является изменчивым понятием: он включает в себя вещество, известное нам как оконное стекло, но может также относиться к ряду других материалов со свойствами, которые можно объяснить ссылкой на стеклоподобное поведение, в том числе , например, металлы, пластмассы, белки и даже биологические клетки.

Может показаться, что стекло совсем не твердое. Как правило, когда материал переходит из жидкого состояния в твердое, молекулы выстраиваются в линию, образуя кристаллический узор. В стекле такого не бывает. Вместо этого молекулы эффективно замораживаются на месте до того, как произойдет кристаллизация. Это странное и неупорядоченное состояние характерно для стекол разных систем, и ученые все еще пытаются понять, как именно формируется это метастабильное состояние.

Новое состояние вещества: жидкое стекло

Исследования под руководством профессоров Андреаса Цумбуша (факультет химии) и Матиаса Фукса (факультет физики) из Констанцского университета только что добавили еще один уровень сложности стеклянная загадка. Используя модельную систему, включающую суспензии специально изготовленных эллипсоидальных коллоидов, исследователи открыли новое состояние вещества — жидкое стекло, в котором отдельные частицы могут двигаться, но не могут вращаться — сложное поведение, которое ранее не наблюдалось в объемных стеклах. Результаты опубликованы в Труды Национальной академии наук .

Коллоидные суспензии представляют собой смеси или жидкости, содержащие твердые частицы, размер которых составляет микрометр (одна миллионная часть метра) или более, что больше, чем атомы или молекулы, и поэтому хорошо подходят для исследования с помощью оптической микроскопии. Они популярны среди ученых, изучающих стеклование, потому что они демонстрируют многие явления, которые также происходят в других стеклообразующих материалах.

Индивидуальные эллипсоидные коллоиды

На сегодняшний день в большинстве экспериментов с коллоидными суспензиями использовались сферические коллоиды. Однако большинство природных и технических систем состоят из несферических частиц. Используя химию полимеров, группа под руководством Андреаса Цумбуша изготовила небольшие пластиковые частицы, вытянув и охладив их до тех пор, пока они не приобрели эллипсоидную форму, а затем поместила их в подходящий растворитель. «Из-за своей отличной формы наши частицы имеют ориентацию — в отличие от сферических частиц — что приводит к совершенно новым и ранее неизученным видам сложного поведения», — объясняет Цумбуш, профессор физической химии и старший автор исследования.

Затем исследователи изменили концентрацию частиц в суспензиях и отследили как поступательное, так и вращательное движение частиц с помощью конфокальной микроскопии. Цумбуш говорит: «При определенных плотностях частиц ориентационное движение замораживалось, тогда как поступательное движение сохранялось, что приводило к стеклообразным состояниям, в которых частицы группировались, образуя локальные структуры с аналогичной ориентацией». То, что исследователи назвали жидким стеклом, является результатом того, что эти кластеры взаимно препятствуют друг другу и опосредуют характерные дальние пространственные корреляции. Они предотвращают образование жидкого кристалла, который был бы глобально упорядоченным состоянием материи, ожидаемым с точки зрения термодинамики.

Два конкурирующих стеклования

На самом деле исследователи наблюдали два конкурирующих стеклования — обычное фазовое превращение и неравновесное фазовое превращение — взаимодействующих друг с другом. «Это невероятно интересно с теоретической точки зрения», — говорит Маттиас Фукс, профессор теории мягких конденсированных сред Констанцского университета и другой старший автор статьи. «Наши эксперименты предоставляют доказательства взаимосвязи между критическими флуктуациями и «стеклянной остановкой», за которыми научное сообщество следит уже довольно давно». Предсказание о жидком стекле оставалось теоретической гипотезой в течение двадцати лет.

Результаты также предполагают, что подобная динамика может иметь место в других стеклообразующих системах и, таким образом, может помочь пролить свет на поведение сложных систем и молекул, варьирующихся от очень маленьких (биологических) до очень больших (космологических). Это также потенциально влияет на разработку жидкокристаллических устройств.


Узнать больше

Теория ясна как стекло


Дополнительная информация: Йорг Роллер и др. Наблюдение за жидким стеклом в суспензиях эллипсоидальных коллоидов, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2018072118

Информация журнала: Труды Национальной академии наук

Предоставлено Констанцский университет

Цитата : Исследователи сообщают о новом состоянии вещества, описанном как «жидкое стекло» (2021, 5 января) получено 20 сентября 2022 г. с https://phys.org/news/2021-01-state-liquid-glass.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

3 распространенных типа стекла: свойства и применение| Kopp Glass

Стекло — чрезвычайно универсальный материал; он используется каждый день в многочисленных приложениях, о многих из которых большинство из нас даже не подозревает. Мы используем его, чтобы пить напитки, хранить еду, а также в качестве окон в наших домах и автомобилях, но стекло также используется во многих невидимых областях. Например, стеклянные компоненты используются в медицинском диагностическом оборудовании, электронике, изоляции зданий и в качестве армирующего материала в таких вещах, как доски для серфинга, ветряные турбины и ортопедические слепки. Каждый день мы взаимодействуем с множеством стеклянных форм и композиций.

Что такое стекло?

Стекла представляют собой аморфный материал, в котором отсутствует периодическая кристаллическая структура дальнего действия. Это 2D-представление натриево-известкового силикатного стекла иллюстрирует эту случайную атомную природу.
Примечание. В этом 2D-представлении дополнительная связь кремнезема с кислородом не видна, но будет присутствовать в 3D-модели. Стекло

представляет собой аморфный материал, в котором отсутствует периодическая кристаллическая структура с большим радиусом действия. Стекла могут быть сформированы несколькими способами, но наиболее распространенный метод включает нагревание сырья до расплавленной жидкости, а затем быстрое охлаждение жидкости таким образом, что атомы остаются в случайно расположенном атомарном состоянии.

При использовании метода плавления/охлаждения для формирования стекла процесс часто начинается со смеси нескольких порошков критического сырья. Эти порошковые смеси состоят из множества различных компонентов, каждый из которых играет важную роль. В большинстве стекол составы включают сеткообразователи, флюсы, модификаторы свойств, осветлители и красители. Химический состав определяет физические свойства и характеристики формованного стекла.

Затем это сырье нагревают до достаточной температуры плавления, чтобы образовалась однородная вязкая жидкость. На этом этапе, в зависимости от технологии производства, можно манипулировать расплавленным стеклом и придавать ему желаемую форму. Химический состав может быть изменен для соответствия различным техническим характеристикам или для улучшения технологичности.

3 Наиболее распространенные коммерческие типы стекла и их применение

Составы стекла разрабатываются так, чтобы проявлять различные физические, химические и оптические свойства. Различные приложения требуют определенных типов стекла и производственных процессов. В коммерческом производстве стекла обычно используются несколько составов стекла. Мы кратко расскажем о трех наиболее распространенных коммерческих композициях стекла, их свойствах и типичных областях применения.

Тип стекла Первичные компоненты Линейное тепловое расширение Термостойкость Химическая стойкость Приложения
Боросиликат SiO 2 , B 2 O 3 -30-60 x 10 -7 /°C Среднее – Высокое Высокий
  • Промышленное оборудование
  • Наружное освещение
  • Лабораторная и кухонная посуда
Известково-натриевый силикат SiO 2 , Na 2 O, CaO -80-100 x 10 -7 /°C Низкий В среднем
  • Емкости для воды и напитков
  • Окна
  • Ламповые конверты
Фосфаты П 2 О 5 -90-110 x 10 -7 /°C Низкий Низкая, за исключением высокой устойчивости к фтористоводородной кислоте
  • Костяные каркасы
  • Оптические волокна
  • Теплопоглотители
Известково-натриевые стаканы из кварцевого стекла

Откройте холодильник и посмотрите на контейнеры и банки внутри, скорее всего, они сделаны из известково-натриевого кварцевого стекла. Это семейство стекол включает в себя множество стеклянных композиций, используемых для изготовления контейнеров для еды и напитков, декоративной посуды и аксессуаров, а также окон. На составы натриево-известкового кварцевого стекла приходится около 90% стекла, производимого в мире.

Его распространенность обусловлена ​​тем, что он относительно недорог в производстве; материалы распространены, и в сочетании их можно плавить при более низкой температуре, чем многие другие составы стекла. Кроме того, за последнее столетие производственные процессы были усовершенствованы, оптимизированы и автоматизированы, чтобы повысить производительность массового производства этих очков.

Однако натриево-кальциевые кварцевые стекла обычно не так долговечны, как другие стекла, включая боросиликатные составы. Они, как правило, подвержены тепловому удару и могут разлагаться в химически агрессивных средах. Однако за счет дополнительного производства, такого как химическое и термическое усиление, можно повысить долговечность и прочность.

Боросиликатные стекла

Боросиликатные стекла обычно используются в суровых и требовательных условиях благодаря их превосходной долговечности. Они обладают хорошей устойчивостью к тепловому удару и могут выдерживать экстремальные циклические изменения температуры с минимальным эффектом. Например, Pyrex, коммерческая боросиликатная композиция, созданная Corning, Inc., обычно используется для выпечки дома или проведения экспериментов в лаборатории. Он может без повреждений перейти от приготовления в духовке к охлаждению на воздухе на прилавке. Это связано с низким коэффициентом теплового расширения, что позволяет стеклу создавать меньше внутренних напряжений во время процессов нагрева и охлаждения, вызывающих растрескивание или разрушение.

В то время как многие материалы могут быстро разлагаться в абразивных средах, боросиликатные композиции продемонстрировали способность выдерживать эту задачу. Они обычно используются в осветительных приборах, где деградация поверхности и потеря проходящего света нежелательны.

В промышленных или транспортных условиях стекло часто подвергается воздействию агрессивных химикатов, таких как реактивное топливо, гидравлическая жидкость, кислоты, фотоинициаторы, солевые растворы и нефтепродукты. Даже постоянное воздействие воды может привести к повреждению некоторых очков. Боросиликатные стекла продемонстрировали способность противостоять влаге и химическому воздействию и будут продолжать работать, как и ожидалось, несмотря на длительное воздействие воды и химикатов. Из-за этого эти стеклянные композиции обычно используются для лабораторной посуды, смотровых стекол в промышленном оборудовании, вводов трансформаторов, взрывозащищенного освещения и наружных линз самолетов.

Фосфатные стекла

Фосфатные стекла в основном состоят из сетчатого формирователя P 2 O 5  , где в ранее упомянутых стеклах используется SiO 2 или B 2 O 2 3 сетчатый формирователь s 9010. Эти стекла обладают высокой стойкостью к плавиковой кислоте, но в остальном имеют относительно низкую стойкость к химической коррозии. Композиции можно сделать более устойчивыми к химическим веществам и окружающей среде путем разработки композиции для конкретных применений.

Фосфатные стекла хорошо подходят для легирования различными красителями, включая ионы переходных металлов и оксиды редкоземельных элементов. Эта способность позволяет создавать очки с уникальным и желаемым спектром пропускания. Эти цветные очки нашли свою нишу в различных медицинских, военных и научных целях. Биоактивное стекло, которое является предпочтительным материалом для стимулирования роста костей в медицинской промышленности, также представляет собой композицию стекла на основе фосфатов.

Выбор стакана

На первый взгляд может показаться сложным решить, какое стекло лучше всего подходит для конкретного применения. Что важнее: высокая термостойкость или химическая стойкость? Не обязательно черный или белый ответ. Это зависит от окружающей среды, которой будет подвергаться стекло, а также от требуемых технических характеристик. После того, как желаемые рабочие характеристики станут известны, обзор оптических, тепловых, химических и механических свойств стекла определит, какое стекло будет работать лучше всего и будет наиболее экономичным.

 

Узнать больше о стекле

Стекло — это уникальный и сложный материал, сильно отличающийся от других прозрачных материалов. Если вы новичок в разработке стеклянных линз или компонентов, это может быть пугающей задачей.

Чтобы помочь вам разработать более эффективные линзы для очков, мы создали всеобъемлющую электронную книгу, содержащую более 40 страниц информации о тепловых, оптических и механических свойствах стекла.

Если вы хотите научиться проектировать стеклянные линзы и компоненты, оптимизированные как для ваших требований к производительности, так и для условий эксплуатации, загрузите нашу бесплатную электронную книгу.

промышленное стекло | Britannica

Посмотрите, как супергидрофобная многофункциональная стеклянная поверхность противостоит запотеванию, бликам и самоочищается

Посмотреть все видео к этой статье показывает большую стойкость под воздействием природных элементов. Эти три свойства — блеск, прозрачность и долговечность — делают стекло предпочтительным материалом для таких предметов домашнего обихода, как оконные стекла, бутылки и лампочки. Однако ни одно из этих свойств по отдельности, ни все вместе они не достаточны и даже не необходимы для полного описания стекла. Согласно современным научным представлениям, стекло — это твердый материал, имеющий атомную структуру жидкости. Более подробно, следуя определению, данному в 1932 физика У.Х. Захариасен, стекло представляет собой протяженную трехмерную сеть атомов, образующих твердое тело, в котором отсутствует дальнодействующая периодичность (или повторяющееся упорядоченное расположение), типичное для кристаллических материалов.

Обычно стекло образуется при охлаждении расплавленной жидкости таким образом, что предотвращается упорядочение атомов в кристаллическое образование. Вместо резкого изменения структуры, которое происходит в кристаллическом материале, таком как металл, при его охлаждении ниже точки плавления, при охлаждении стеклообразующей жидкости происходит непрерывное застывание жидкости до тех пор, пока атомы практически не замерзнут. более или менее случайное расположение, подобное тому, которое они имели в жидком состоянии. И наоборот, при приложении тепла к твердому стеклу происходит постепенное размягчение структуры, пока оно не достигнет жидкого состояния. Это монотонно изменяющееся свойство, известное как вязкость, позволяет изготавливать стеклянные изделия в непрерывном режиме, при этом сырье расплавляется до однородной жидкости, доставляется в виде вязкой массы к формовочной машине для изготовления конкретного изделия, а затем охлаждается до твердого состояния. и жесткое состояние.

В этой статье описаны состав и свойства стекла и его образование из расплавленных жидкостей. В нем также описываются процессы промышленного производства стекла и формовки стекла, а также рассматривается история производства стекла с древних времен. При этом основное внимание в статье уделяется составу и свойствам оксидных стекол, которые составляют основную часть товарного тоннажа стекла, а также традиционным методам производства стекла методом термоплавления или плавления стекла. Однако внимание также уделяется другим неорганическим стеклам и менее традиционным производственным процессам.

Подробное описание физики стеклообразного состояния см. в статье Аморфное твердое тело. Полное описание различных художественных применений стекла см. Витражи и изделия из стекла .

Составы стекла и применения

Из различных семейств стекла, представляющих коммерческий интерес, большинство основано на кремнеземе или диоксиде кремния (SiO 2 ), минерале, который в большом количестве встречается в природе, особенно в кварце и прибрежных песках. Стекло, изготовленное исключительно из кварца, известно как кварцевое стекло или стекловидный кварц. (Его также называют плавленым кварцем, если его получают путем плавления кристаллов кварца.) Кварцевое стекло используется там, где требуются высокая рабочая температура, очень высокая стойкость к тепловому удару, высокая химическая стойкость, очень низкая электропроводность и хорошая прозрачность в ультрафиолетовом излучении. Однако для большинства стеклянных изделий, таких как контейнеры, окна и лампочки, основными критериями являются низкая стоимость и хорошая долговечность, и стекла, которые лучше всего соответствуют этим критериям, основаны на системе натрий-известь-кремнезем. Примеры этих стекол показаны в таблице Состав репрезентативных оксидных стекол.

Состав репрезентативных оксидных стекол
стекловидный кварц печные трубы, кремниевые плавильные тигли 100,0
натриево-известковый силикат окно 72,0 14. 2 10,0 0,6 2,5
контейнер 74,0 15,3 5.4 1,0 3,7
лампочка и трубка 73,3 16,0 5.2 1,3 3,5
посуда 74,0 18,0 7,5 0,5
боросиликат натрия химическая посуда 81,0 4,5 2. 0
свинцово-щелочной силикат свинцовый “хрусталь” 59.0 2.0 0,4
телевизионная воронка 54,0 6,0 3.0 2.0 2.0
алюмосиликат стеклянная галогенная лампа 57,0 0,01 10,0 16,0 7,0
стекловолокно “Е” 52,9 17,4 14,5 4. 4
оптический “корона” 68,9 8,8
стекловидный кварц печные трубы, кремниевые плавильные тигли
натриево-известковый силикат окно
контейнер след 0,6
лампочка и трубка 0,6
посуда
боросиликат натрия химическая посуда 12,0
свинцово-щелочной силикат свинцовый “хрусталь” 25,0 12,0 1,5
телевизионная воронка 23,0 8,0
алюмосиликат стеклянная галогенная лампа 4. 0 6,0 след
стекловолокно “Е” 9.2 1,0
оптический “корона” 10.1 2,8 8.4 1,0

После диоксида кремния многие «натриево-известковые» стекла содержат в качестве основных компонентов соду или оксид натрия (Na 2 O; обычно получают из карбоната натрия или кальцинированной соды) и известь или оксид кальция (CaO; обычно полученный из обожженного известняка). К этой основной формуле могут быть добавлены другие ингредиенты для получения различных свойств. Например, добавляя фторид натрия или фторид кальция, можно получить полупрозрачный, но не прозрачный продукт, известный как опаловое стекло. Еще одним вариантом на основе диоксида кремния является боросиликатное стекло, которое используется там, где требуется высокая стойкость к тепловому удару и высокая химическая стойкость, например, в химической посуде и автомобильных фарах. В прошлом посуда из свинцового «хрусталя» изготавливалась из стекла, содержащего большое количество оксида свинца (PbO), что придавало изделию высокий показатель преломления (отсюда блеск), высокий модуль упругости (отсюда звонкость, или «звонкость»). »), и большой рабочий диапазон температур. Оксид свинца также является основным компонентом стеклянных припоев или герметиков для стекол с низкими температурами обжига.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Другими стеклами на основе кремнезема являются алюмосиликатные стекла, которые занимают промежуточное положение между стекловидным кварцем и более распространенными натриево-известково-кремнеземными стеклами как по термическим свойствам, так и по стоимости; стекловолокна, такие как стекло E и стекло S, используемые в армированных волокном пластмассах и в теплоизоляционной вате; и оптические стекла, содержащие множество дополнительных основных компонентов.

без кремнезема

Оксидные стекла не на основе кремнезема не имеют большого коммерческого значения. Как правило, это фосфаты и бораты, которые в некоторой степени используются в биорассасывающихся продуктах, таких как хирургическая сетка и капсулы с пролонгированным высвобождением.

Неоксидные стекла

Стекла из фторида тяжелых металлов

Из неоксидных стекол фторидные стекла тяжелых металлов (HMFG) имеют потенциальное применение в телекоммуникационных волокнах благодаря их относительно низким оптическим потерям. Однако они также чрезвычайно трудно формируются и имеют низкую химическую стойкость. Наиболее изученной ГМФГ является так называемая группа ZBLAN, содержащая фториды циркония, бария, лантана, алюминия и натрия.

Стекловидные металлы

Другой неоксидной группой являются стекловидные металлы, образованные высокоскоростной закалкой жидких металлов. Возможно, наиболее изученным стеклообразным металлом является соединение железа, никеля, фосфора и бора, которое имеется в продаже как Metglas (торговая марка). Он используется в гибком магнитном экранировании и силовых трансформаторах.

Последний класс неоксидных, некристаллических веществ — это халькогениды, которые образуются при сплавлении халькогенных элементов серы, селена или теллура с элементами из группы V ( например, мышьяк, сурьма) и группа IV ( например, германий) периодической таблицы. Благодаря своим полупроводниковым свойствам халькогениды нашли применение в устройствах пороговой и запоминающей коммутации, а также в ксерографии. Родственным конечным членом этой группы являются элементарные аморфные твердые полупроводники, такие как аморфный кремний (a-Si) и аморфный германий (a-Ge). Эти материалы являются основой большинства фотогальванических приложений, таких как солнечные элементы в карманных калькуляторах. Аморфные твердые тела имеют жидкостный атомный порядок, но не считаются настоящими стеклами, потому что они не демонстрируют непрерывного перехода в жидкое состояние при нагревании.

В некоторых стеклах можно добиться определенной степени кристаллизации нормально случайной атомной структуры. Стекловидные материалы, обладающие такой структурой, называются стеклокерамикой. Коммерчески используемая стеклокерамика – это стеклокерамика, в которой высокая плотность неориентированных кристаллов одинакового размера была достигнута в объеме материала, а не на поверхности или в отдельных областях. Такие продукты неизменно обладают прочностью, намного превышающей прочность исходного стекла или соответствующей керамики. Яркими примерами являются посуда для приготовления пищи Corning Ware (торговая марка) и зубные имплантаты Dicor (торговая марка).

В дополнение к стеклокерамике полезные изделия из стекла могут быть изготовлены путем смешивания керамических, металлических и полимерных порошков. Большинство продуктов, изготовленных из таких смесей или композитов, обладают свойствами, которые представляют собой комбинации свойств различных ингредиентов. Хорошими примерами композитных изделий являются пластмассы, армированные стекловолокном, для использования в качестве прочных эластичных твердых материалов, а также толстопленочные проводники, резисторы и диэлектрические пасты с заданными электрическими свойствами для упаковки микросхем.

В природе встречается несколько неорганических стекол. К ним относятся обсидианы (вулканические стекла), фульгариты (образованные ударами молнии), тектиты, обнаруженные на суше в Австралазии, и связанные с ними микротектиты со дна Индийского океана, молдавиты из Центральной Европы и стекло Ливийской пустыни из западного Египта. Благодаря своей чрезвычайно высокой химической стойкости под водой композиции микротектита представляют значительный коммерческий интерес для иммобилизации или переработки опасных отходов.

Жидкости и структурные стекла Специальная статья: Физическое осаждение из паровой фазы как путь к скрытым аморфным состояниям

1. Ediger MD, Angell CA, Nagel SR. Переохлажденные жидкости и стекла. J Phys Chem. 1996;100(31):13200–13212. [Google Scholar]

2. Диксон П.К., Ву Л., Нагель С.Р., Уильямс Б.Д., Карини Дж.П. Скейлинг при релаксации переохлажденных жидкостей. Phys Rev Lett. 1990;65(9):1108–1111. [PubMed] [Google Scholar]

3. Richert R, Angell CA. Динамика стеклообразующих жидкостей. V. О связи между молекулярной динамикой и конфигурационной энтропией. J Chem Phys. 1998;108(21):9016–9026. [Google Scholar]

4. Меролл М., Гаррахан Дж. П., Чандлер Д. Термодинамика стеклования в пространстве и времени. Proc Natl Acad Sci USA. 2005;102(31):10837–10840. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

5. Berthier L, et al. Прямые экспериментальные доказательства роста масштаба длины, сопровождающего стеклование. Наука. 2005;310(5755):1797–1800. [PubMed] [Google Scholar]

6. Schweizer KS, Saltzman EJ. Теория динамических барьеров, активированного прыжка и стеклования в расплавах полимеров. J Chem Phys. 2004;121(4):1984–2000. [PubMed] [Google Scholar]

7. Лубченко В., Волынес П.Г. Теория структурных стекол и переохлажденных жидкостей. Annu Rev Phys Chem. 2007; 58: 235–266. [PubMed] [Google Scholar]

8. Gotze W, Sjogren L. Процессы релаксации в переохлажденных жидкостях. Респ прог физ. 1992;55(3):241–376. [Google Scholar]

9. Видмер-Купер А., Харроуэлл П., Файневевер Х. Насколько воспроизводимы динамические неоднородности в переохлажденной жидкости? Phys Rev Lett. 2004;93(13):135701. [PubMed] [Академия Google]

10. Эдигер МД. Пространственно-неоднородная динамика в переохлажденных жидкостях. Annu Rev Phys Chem. 2000; 51: 99–128. [PubMed] [Google Scholar]

11. Фоллмайр К., Коб В., Биндер К. Эффекты скорости охлаждения в аморфном кремнеземе: исследование с помощью компьютерного моделирования. Phys Rev B. 1996; 54 (22): 15808–15827. [PubMed] [Google Scholar]

12. Каузманн В. Природа стеклообразного состояния и поведение жидкостей при низких температурах. Chem Rev. 1948; 43: 219–256. [Google Scholar]

13. Матюшов Д.В., Энджелл СА. Модель гауссовских возбуждений для динамики и термодинамики стеклообразователя. J Chem Phys. 2007;126(9) 094501. [PubMed] [Google Scholar]

14. Коэн М.Х., Грест Г.С. Переход жидкость-стекло, метод свободного объема. Phys Rev B. 1979; 20 (3): 1077–1098. [Google Scholar]

15. Адам Г., Гиббс Дж. Х. О температурной зависимости кооперативных релаксационных свойств в стеклообразующих жидкостях. J Chem Phys. 1965; 43 (1): 139–146. [Google Scholar]

16. Гиббс Дж. Х., ДиМарцио Э.А. Природа стеклования и стеклообразное состояние. J Chem Phys. 1958; 28 (3): 373–383. [Академия Google]

17. Стиллинджер Ф.Х. Переохлажденные жидкости, стеклование и парадокс Каузмана. J Chem Phys. 1988;88(12):7818–7825. [Google Scholar]

18. Дуглас Дж. Ф., Дудович Дж., Фрид К. Ф. Описывает ли равновесная полимеризация динамическую неоднородность стеклообразующих жидкостей? J Chem Phys. 2006;125(14):144907. [PubMed] [Google Scholar]

19. Saksaengwijit A, Reinisch J, Heuer A. Происхождение перехода от хрупкого к сильному в жидком кремнеземе, выраженное ландшафтом потенциальной энергии. Phys Rev Lett. 2004;93(23):235701. [PubMed] [Google Scholar]

20. Маседо П.Б., Каппс В., Литовиц Т.А. Модель с двумя состояниями для свободного объема стекловидного тела B 2 O 3 . J Chem Phys. 1966;44(9):3357–3364. [Google Scholar]

21. Saika-Voivod I, Poole PH, Sciortino F. Переход от хрупкого к сильному и полиаморфизм в энергетическом ландшафте жидкого кремнезема. Природа. 2001;412(6846):514–517. [PubMed] [Google Scholar]

22. Вольфгардт М., Башнагель Дж., Пол В., Биндер К. Энтропия расплавов стеклообразных полимеров: сравнение теории Гиббса-ДиМарцио и моделирования. Физика Ред. E. 1996;54(2):1535–1543. [PubMed] [Google Scholar]

23. Swallen SF, et al. Органические стекла с исключительной термодинамической и кинетической стабильностью. Наука. 2007;315(5810):353–356. [PubMed] [Google Scholar]

24. Kearns KL, et al. Прогулка по энергетическому ландшафту: продвигайтесь к температуре Каузмана с помощью осаждения из паровой фазы. J Phys Chem B. 2008;112(16):4934–4942. [PubMed] [Google Scholar]

25. Кернс К.Л., Сваллен С.Ф., Эдигер М.Д., Ву Т., Ю Л. Влияние температуры подложки на стабильность стекол, полученных осаждением из паровой фазы. J Chem Phys. 2007;127(15):154702. [PubMed] [Академия Google]

26. Исии К., Накаяма Х., Хирабаяши С., Морияма Р. Стекло этилбензола с аномально высокой плотностью, полученное осаждением из паровой фазы при температурах, близких к температуре стеклования. Письмо о хим. физике. 2008;459(1–6):109–112. [Google Scholar]

27. Leon-Gutierrez E, et al. In situ нанокалориметрия тонких стеклообразных органических пленок. J Chem Phys. 2008;129(18):181101. [PubMed] [Google Scholar]

28. Swallen SF, et al. Молекулярный взгляд на изотермическое превращение стабильного стекла в жидкость. J Chem Phys. 2008;128(21):214514. [PubMed] [Академия Google]

29. Bell RC, Wang HF, Iedema MJ, Cowin JP. Межфазная текучесть с нанометровым разрешением. J Am Chem Soc. 2003;125(17):5176–5185. [PubMed] [Google Scholar]

30. Эллисон С.Дж., Торкельсон Дж.М. Распределение температур стеклования в наноскопически ограниченных стеклообразователях. Нат Матер. 2003;2(10):695–700. [PubMed] [Google Scholar]

31. Fakhraai Z, Forrest JA. Измерение динамики поверхности стеклообразных полимеров. Наука. 2008;319(5863):600–604. [PubMed] [Академия Google]

32. Hancock BC, Parks M. Каково истинное преимущество растворимости аморфных фармацевтических препаратов? Фарм Рез. 2000;17(4):397–404. [PubMed] [Google Scholar]

33. Андронис В., Йошиока М., Зографи Г. Влияние сорбированной воды на кристаллизацию индометацина из аморфного состояния. Дж. Фарм. 1997;86(3):346–351. [PubMed] [Google Scholar]

34. Bates S, et al. Анализ аморфных и нанокристаллических твердых тел по их рентгенограммам. Фарм Рез. 2006;23(10):2333–2349.. [PubMed] [Google Scholar]

35. Ван Л.М., Энджелл К.А., Ричерт Р. Хрупкость и термодинамика в неполимерных стеклообразующих жидкостях. J Chem Phys. 2006;125(7) 074505. [PubMed] [Google Scholar]

36. Eckstein E, et al. Исследование рассеяния рентгеновских лучей и молекулярное моделирование стеклообразующих жидкостей: пропиленкарбоната и салола. J Chem Phys. 2000;113(11):4751–4762. [Google Scholar]

37. Kim TH, et al. In situ высокоэнергетическое рентгеновское исследование локальной структуры переохлажденного жидкого Si. Phys Rev Lett. 2005;95(8) 085501. [PubMed] [Google Scholar]

38. Kim TH, Goldman AI, Kelton KF. Структурное исследование переохлажденного жидкого кремния. Филос Маг. 2008;88(2):171–179. [Google Scholar]

39. Wind M, Graf R, Renker S, Spiess HW, Steffen W. Структура аморфного поли-(этилметакрилата): исследование рассеяния рентгеновских лучей под широким углом. J Chem Phys. 2005;122(1) 014906. [PubMed] [Google Scholar]

40. Cohen I, et al. Низкотемпературная аморфная фаза в хрупком стеклообразующем веществе. J Phys Chem. 1996;100(20):8518–8526. [Google Scholar]

41. Курита Р., Танака Х. Критические явления, связанные с переходом жидкость-жидкость в молекулярной жидкости. Наука. 2004;306(5697):845–848. [PubMed] [Google Scholar]

42. Танака Х., Курита Р., Матаки Х. Переход жидкость-жидкость в молекулярном жидком трифенилфосфите. Phys Rev Lett. 2004;92(2) 025701. [PubMed] [Google Scholar]

43. Александр Л.Е. Методы рентгеновской дифракции в полимероведении. Нью-Йорк: Уайли; 1969. [Google Scholar]

44. Петерсон П.Ф., Бозин Э.С., Проффен Т., Биллиндж С.Дж.Л. Улучшенные меры качества для функции распределения пар атомов. J Appl Crystallogr. 2003; 36: 53–64. [Google Scholar]

45. Чендлер Д. Введение в современную статистическую механику. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета; 1987. [Google Scholar]

46. Hedoux A, Guinet Y, Capet F, Paccou L, Descamps M. Доказательства наличия аморфной формы с высокой плотностью в индометацине из исследований комбинационного рассеяния. Phys Rev B. 2008; 77 (9)) 094205. [Google Scholar]

47. Кернс К.Л., Сваллен С.Ф., Эдигер М.Д., Сунь Ю., Ю.Л. Калориметрические доказательства двух различных молекулярных упаковок в стабильных стеклах индометацина. J Phys Chem B. 2009;113(6):1579–1586. [PubMed] [Google Scholar]

48. Carpentier L, Decressain R, Desprez S, Descamps M. Динамика аморфной и кристаллической альфа- и гамма-фаз индометацина. J Phys Chem B. 2006;110(1):457–464. [PubMed] [Google Scholar]

49. Осланд С., Макмиллан П.Ф. Разделение фаз жидкость–жидкость по плотности в системе Al 2 О 3 –Y 2 О 3 . Природа. 1994;369(6482):633–636. [Google Scholar]

50. Wilding MC, McMillan PF. Полиаморфные переходы в алюмоиттриевых жидкостях. J Некристаллические твердые тела. 2001; 293:357–365. [Google Scholar]

51. McMillan PF. Полиаморфные превращения в жидкостях и стеклах. J Mater Chem. 2004;14(10):1506–1512. [Google Scholar]

52. Greaves GN, et al. Обнаружение фазовых переходов первого рода жидкость/жидкость в расплавах оксид иттрия-оксид алюминия. Наука. 2008;322(5901): 566–570. [PubMed] [Google Scholar]

53. Мисима О., Калверт Л.Д., Уолли Э. Очевидно, переход первого рода между двумя аморфными фазами льда, вызванный давлением. Природа. 1985; 314 (6006): 76–78. [Google Scholar]

54. Сен С., Гаудио С., Эйткен Б.Г., Лешер С.Е. Наблюдение индуцированного давлением полиаморфного перехода первого рода в халькогенидном стекле при температуре окружающей среды. Phys Rev Lett. 2006;97(2) 025504. [PubMed] [Google Scholar]

55. Бражкин В.В., и соавт. Характер структурных превращений в B 2 O 3 стекло под высоким давлением. Phys Rev Lett. 2008;101(3) 035702. [PubMed] [Google Scholar]

56. Deb SK, Wilding M, Somayazulu M, McMillan PF. Аморфизация под давлением и аморфно-аморфный переход в уплотненном пористом кремнии. Природа. 2001; 414 (6863): 528–530. [PubMed] [Google Scholar]

57. Бражкин В.В., и соавт. Плавка AsS под давлением: Одно вещество, три жидкости. Phys Rev Lett. 2008;100(14):145701. [PubMed] [Google Scholar]

58. Доусон К.Дж., Кернс К.Л., Эдигер М.Д., Саккетти М.Дж., Зографи Г. Высокостабильные индометациновые стекла устойчивы к поглощению водяного пара. J Phys Chem B. 2009;113(8):2422–2427. [PubMed] [Google Scholar]

59. Mierzwa M, Paluch M, Rzoska SJ, Ziolo J. Переходы жидкость-стекло и жидкость-жидкость TPP при повышенном давлении. J Phys Chem B. 2008;112(34):10383–10385. [PubMed] [Google Scholar]

60. Андронис В., Зографи Г. Зарождение кристаллов и рост полиморфов индометацина из аморфного состояния. J Некристаллические твердые тела. 2000;271(3):236–248. [Google Scholar]

61. Кроули К.Дж., Зографи Г. Криогенное измельчение полиморфов и сольватов индометацина: оценка образования аморфной фазы и физической стабильности аморфной фазы. Дж. Фарм. 2002;91(2):492–507. [PubMed] [Google Scholar]

Стекло и другая керамика

Стекло и другая керамика

Керамика

Стекло и другая керамика Стеклокерамика Керамика


Стекло и другая керамика

Одним из характерных свойств вещества является его вязкость , что является мерой его сопротивления потоку. Моторные масла более вязкие, чем бензин, например, кленовый сироп, используемый для блинов, более вязкий, чем растительные масла. используется в заправках для салатов. Вязкость зависит от любого фактора, который может повлиять на легкость с какие молекулы скользят друг мимо друга. Жидкости имеют тенденцию становиться более вязкими по мере того, как молекулы становятся больше, или по мере того, как межмолекулярные силы становятся сильнее. Они также становятся более вязкий при охлаждении.

Представьте, что произойдет, если вы охладите жидкость, пока она не станет настолько вязкой, что жестким, но в нем отсутствовал дальний порядок, характерный для твердых тел. обсуждаются в этой главе. У вас будет что-то известное как стекло . Очки имеют три характеристики, которые делают их более похожими на «замороженные жидкости», чем кристаллические твердые тела. Прежде всего, нет дальнего порядка. Во-вторых, существует множество пустых сайтов или вакансий. Наконец, очки не содержат самолетов атомов.

Самый простой способ понять разницу между стеклом и кристаллическим телом состоит в том, чтобы посмотреть на структуру стеклообразных металлов в атомном масштабе. За счет быстрой конденсации атомов металла из газовой фазы или быстрой закалкой расплавленного металла можно производят стеклообразные металлы, имеющие структуру, показанную на рисунке ниже

Структура стеклообразного металла в атомарном масштабе.

Аморфная структура стекла делает его хрупким. Потому что в стекле нет плоскостей атомов, которые могут скользить друг мимо друга, нет никакого способа снять напряжение. Излишний поэтому напряжение образует трещину, которая начинается в точке, где есть поверхностный дефект. Частицы на поверхности трещины разделяются. Напряжение, образовавшее трещину теперь несут частицы, у которых меньше соседей, над которыми может быть напряжение распределенный. По мере роста трещины увеличивается интенсивность напряжения в ее вершине. Этот позволяет разорвать больше связей, и трещина расширяется, пока не разобьется стекло. Таким образом, если вы хотите чтобы разрезать кусок стекла, начните с надпила на стекле, чтобы получить царапину вдоль который он сломает при нагрузке.

Стекло производится не менее 6000 лет, с тех пор как египтяне изготавливали фигурки с покрытием. из песка (SiO 2 ) с отложениями реки Нил, нагрели эти объекты до покрытие расплавили, а затем дали им остыть. Оксид кальция или «известь» (CaO) а окись натрия или «сода» (Na 2 O) из осадка текла в песок, чтобы сформировать стакан на поверхности фигурок. Следовые количества оксида меди (CuO) в осадке привело к случайному распределению Cu 2+ ионов в стекле что дало характерный синий цвет.

Песок по-прежнему является наиболее распространенным ингредиентом, из которого делают стекло. (более 90% песок, потребляемый каждый год, используется в стекольной промышленности.) Песок состоит из неравномерной сеть атомов кремния, удерживаемых вместе связями SiOSi. Если сеть была совершенно регулярной, каждый атом кремния был бы окружен четырьмя атомами кислорода расположены к углу тетраэдра. Поскольку каждый атом кислорода в этой сети общими для двух атомов кремния, эмпирическая формула этого твердого вещества будет SiO 2 и материал будет иметь структуру кварца. Однако в песке некоторые из мостов SiOSi случайно ломаются.

Модификаторы (или флюсы), такие как Na 2 O и CaO, добавляются в песок для изменения сетчатую структуру заменой связей SiOSi на связи SiO Na + или SiO Ca 2+ . Это отделяет тетраэдры SiO 2 друг от друга, что делает смесь более жидкий и, следовательно, с большей вероятностью образует стекло после того, как оно будет расплавлено, а затем охлажденный. На эти так называемые «натронно-известковые» стаканы приходится 90% стекла произведено.

Al 2 O 3 добавляется в некоторые стекла для увеличения их прочности; MgO добавляется для замедления скорости кристаллизации стекла. Замена Na 2 O с B 2 O 3 производит боросиликатное стекло, которое меньше расширяется на обогрев. При добавлении PbO получаются свинцовые стекла, идеально подходящие для высококачественной оптики. стакан.

Наиболее распространенный способ приготовления стекла – нагревание смеси песка и модификаторов. пока он не растает, а затем быстро охладите его, чтобы он затвердел и получился стакан. Если охлаждение происходит достаточно быстро, частицы в жидком состоянии не могут вернуться в исходное состояние кристаллическое расположение исходных материалов. Вместо этого они занимают случайно расположенные узлы решетки, в которых невозможно идентифицировать плоскости атомов. В результате получается аморфное (буквально: «без формы») материал.


Стеклокерамика

Случайный перегрев стекловаренной печи привел к открытию материалов, известных как стеклокерамика. При перегреве стекла в аморфном материале образовывались мелкие кристаллы. материал, препятствующий распространению трещин по стеклу.

Первый шаг к производству стеклокерамики включает традиционные методы подготовки стакан. Затем продукт нагревают до 750-1150°С, пока часть структуры не растворится. превращается в мелкозернистый кристаллический материал. Стеклокерамика не менее 50% кристаллизуются после нагревания. В некоторых случаях конечный продукт превышает 95% кристаллический.

Поскольку стеклокерамика более устойчива к тепловому удару, посуда из нее материал может быть перенесен непосредственно с горячей горелки плиты в холодильник без ломать. Поскольку они более кристалличны, стеклокерамика также немного лучше при проводят тепло, чем обычные очки. Стеклокерамика также прочнее при высоких температурах. температуры, чем очки. Так, стеклокерамика MgO – Al 2 O 3 – SiO 2 используется для изготовления электрических изоляторов, которые должны работать при высоких температурах, таких как изоляторы свечей зажигания. Свойства и применение некоторых стекол и стеклокерамики приведены в таблице ниже.

Свойства и применение некоторых стекол и стеклокерамики

Состав Недвижимость Использование
Очки
Al 2 O 3 , MgO, CaO, SiO 2 полупрозрачный, химический
стойкий
Оконное стекло, бутылки
PbO, SiO 2 Высокий показатель преломления Свинцовый хрусталь
B 2 O 3 , SiO 2 , Na 2 O Кислотостойкий, низкий
расширение при нагреве
Пирекс
Стеклокерамика
MgO, Al 2 O 3 , SiO 2 Изолятор с высоким
механическая прочность при
высокие температуры
Изоляторы свечей зажигания
CaSiO 3 , CaMgSi 2 O 6 ,
CaAl 2 Si 2 O 8
Износостойкий Строительные материалы
Li 2 Si 2 O 5 Термостойкость
шок
Носовые конусы на
ракеты, посуда


Керамика

Термин керамика происходит от греческого слова, обозначающего керамику. Он используется для описания широкий спектр материалов, включая стекло, эмаль, бетон, цемент, керамику, кирпич, фарфор, фарфоровая посуда. Этот класс материалов настолько широк, что часто легче определяют керамику как все твердые материалы, кроме металлов и их сплавов, которые производятся высокотемпературная обработка неорганического сырья.

Керамика может быть как кристаллической, так и стекловидной. Они могут быть как чистыми, однофазными материалов или смесей двух или более отдельных веществ. Большинство керамики поликристаллические материалы с резкими изменениями ориентации или состава кристаллов по каждому зерну в структуре. Керамика может иметь электропроводность, которая напоминают металлы, такие как ReO 3 и CrO 2.

Керамика также может быть отличным изолятором, например, стеклокерамика, используемая в искровых разрядниках. пробки.

Одной из самых отличительных особенностей керамики является ее устойчивость к обработке или формируются после выстрела. За некоторыми исключениями, такими как стеклянные трубки или листовое стекло, их нельзя продать по ноге или обрезать, чтобы они подходили для работы. Их размер и форма должны быть принято решение до того, как они будут уволены, и они должны быть заменены, а не отремонтированы, когда они ломаются.

Основное различие между керамикой и другими материалами заключается в химических связях, которые удерживать эти материалы вместе. Хотя они могут содержать ковалентные связи, такие как связи SiOSi в стекле, они часто характеризуются ионными связями. между положительными и отрицательными ионами. Когда они образуют кристаллы, сильная сила притяжение между ионами противоположного заряда в плоскостях ионов затрудняет одно самолет проскользнуть мимо другого. Поэтому керамика хрупкая. Они сопротивляются сжатию, но они намного слабее к нагрузкам, приложенным в виде изгиба.

Использование керамики восходит к временам неолита, когда глина впервые использовалась для изготовления миски, которые пекли на костре. Глина образуется в результате выветривания горных пород с образованием похожие на гальку частицы глинозема и кремнезема, которые при намокании слипаются, образуя глину минералы, такие как каолинит, имеющий формулу Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8 .

Сегодня керамика играет важную роль в поиске материалов, способных противостоять теплового удара, действуют как абразивы или имеют лучшее соотношение веса и прочности. Глиноземная керамика используются для носовых обтекателей ракет и ракет, карбида кремния (SiC) и молибдена. дисилицид (MoSi 2 ) используются в соплах ракет, а керамическая плитка используется для теплоизоляция для защиты космического корабля “Шаттл” при входе в атмосферу Земли атмосфера.

Керамика из диоксида урана (UO 2 ) используется в качестве твэлов для атомных электростанций. Керамика также используется в качестве материалов для лазеров. кристаллы, легированные хромом, которые излучают когерентный монохроматический импульс света в оптику через которые проходит свет. BaTiO 3 используется для изготовления керамических конденсаторов, имеют очень большую емкость. Он также используется для изготовления пьезоэлектрических материалов, которые развивают электрический заряд при механическом воздействии, которые являются активными элементами картриджи для фонографов, гидролокаторы и ультразвуковые устройства. Магнитная керамика, образованная смешиванием ZnO, FeO, MnO, NiO, BaO или SrO с Fe 2 O 3 используются в постоянных магниты, компьютерная память и телекоммуникации.


Материаловедение

Материаловедение | Металлы и элементарные ячейки | Подробнее о материаловедении | Керамика


Периодический Стол | Глоссарий | Классные апплеты


Тематический обзор Gen Chem | Домашняя страница справки по общей химии | Поиск: сайт общей химии.

Руководство по свойствам стеклянных материалов

Обычно стекло представляет собой твердое и хрупкое вещество, обычно прозрачное или полупрозрачное. Он может состоять из смеси песка, соды, извести или других материалов. В наиболее распространенном процессе формования стекла сырье нагревается до тех пор, пока оно не станет расплавленной жидкостью, а затем быстро охлаждается для создания закаленного стекла.

Swift Glass — лидер в производстве стекла. У нас есть материалы от самых разных производителей стекла, таких как:

  • КОРНИНГ
  • ШОТТ
  • Витро
  • ГЭ

Каждый материал, который мы храним, тщательно отобран по своим физическим свойствам и уникальным характеристикам.

Некоторые из наших предложений включают:

  • Различные варианты смотрового стекла для использования в различных отраслях промышленности
  • Стекло SCHOTT BOROFLOAT® , которое используется в различных областях освещения, оптики и стеклянных пластин благодаря своим полезным свойствам, в том числе отличной механической прочности, устойчивости к экстремальным температурам и исключительной прозрачности
  • Кварцевое флоат-стекло для окон и витрин
  • Pyrex ® (снято с производства) для использования в условиях низкого и высокого давления
  • Vycor ® (снято с производства) для оптики, работающей в условиях высокого давления и высокой температуры

Состав и свойства стеклянных материалов

По сравнению со многими другими материалами стекло обладает высокими значениями твердости. Тем не менее, большинство типов стекла имеют тенденцию быть естественным образом хрупкими, что делает их уязвимыми для поломки или растрескивания в приложениях, где присутствуют удары, давление или напряжения. Чтобы устранить присущую ему хрупкость, инженеры и производители должны тщательно обрабатывать стекло в соответствии с оптимальными протоколами упрочнения/отпуска.

Типы стекла можно разделить по механическим и термическим свойствам, чтобы определить, для каких областей применения они наиболее подходят. В процессе выбора важно учитывать следующие свойства стеклянных материалов:

Вязкость

Вязкость является мерой внутреннего трения жидкости или сопротивления течению. Когда стекло находится в расплавленном жидком состоянии, большинство методов обработки, используемых производителями, требуют, чтобы его вязкость находилась в определенном диапазоне при определенной температуре. Это называется рабочей точкой или уровнем вязкости, при котором производители могут формировать стекло с помощью выдувания, прессования или других операций.

Прочность

Многие стекла, в зависимости от их конкретного состава, обладают высокой теоретической структурной прочностью. Однако некоторые практические соображения имеют тенденцию значительно снижать их рабочую прочность. Например, следующие факторы могут привести к субоптимальной прочности стекла:

  • Дефекты или дефекты на поверхности стекла
  • Термические напряжения, возникающие в процессе быстрого охлаждения
  • Введение мельчайших кристаллов в поверхность посредством отжига

Дефекты на поверхности стекла могут служить очагами стресса. Сосредоточенное напряжение, создаваемое нагрузкой, оказывающей большее давление, чем может выдержать теоретическая прочность стекла, обычно вызывает растрескивание или поломку. Таким образом, изъяны или дефекты на поверхности стекла значительно снижают прочность изделия на излом. Тем не менее, производители могут устранить или предотвратить появление этих поверхностных дефектов и трещин за счет точности и осторожности в производственном процессе.

Очки различаются по уровню и типу прочности. Например:

  • Закаленное известково-натриевое стекло, также известное как стекло типа III, обладает высокой механической прочностью.
  • Алюмосиликатное стекло
  • обладает высокой прочностью на сжатие, что делает его идеальным для использования в солнечных элементах, покровном стекле и сенсорных дисплеях, среди прочего.
  • Боросиликатное стекло
  • обладает исключительной структурной прочностью и часто используется в стеклянных трубках, медицинских приборах и устройствах для исследования космоса.

Тепловое расширение

Стекло имеет тенденцию к расширению при повышении температуры. Кривая теплового расширения стекла предоставляет инженерам и производителям три важных свойства рассматриваемого стекла:

  • Коэффициент теплового расширения измеряет скорость расширения в зависимости от температуры.
  • Температура перехода показывает начало вязкоупругого поведения и период внезапного расширения.

Стекла различаются по своим характеристикам теплового расширения и связанной с этим пригодности для обработки. Например, кварцевое стекло имеет низкий коэффициент теплового расширения, и поэтому его труднее придать форму или деформировать по сравнению с другими типами стекла.

Применение стеклянных материалов

Стекло в качестве основного исходного материала используется в чрезвычайно широком диапазоне применений и отраслей. Ниже приводится список некоторых распространенных применений стеклянных материалов:

  • Стекло жизненно важно для производства полупроводниковых пластин. Стеклянные пластины выступают в качестве несущей подложки, облегчая безопасное обращение с более тонкими и хрупкими силиконовыми материалами.
  • Дверцы духовых шкафов и поверхности плит обычно изготавливаются из стекла.
  • Биотехнологический сектор использует пластины из боросиликатного стекла для различных медицинских устройств из-за их чистой оптической прозрачности и устойчивости к высоким температурам, радиации и энергии. Стеклянные пластины также служат несущей подложкой для защиты силиконовых устройств, используемых в нанотехнологиях.
  • МЭМ и электроника. Экраны телевизоров, компьютеров и смартфонов сделаны из стекла. Инженеры используют специальные типы стекла для сенсорных дисплеев. Стеклянные пластины также используются в качестве носителей подложек и упаковки пластин для чувствительных компонентов в микроэлектронных механических системах (МЭМ) и электронике.
  • Автомобилестроение и транспорт. Ветровые стекла, фары и фонари подсветки изготовлены из специальных стеклянных материалов. Стекло также используется в качестве исходного материала для многих легких, усиленных конструкционных компонентов, используемых в автомобилях, авиалайнерах, вертолетах, океанских крейсерах и других транспортных средствах.
  • Медицинская техника. В качестве примера использования стекла в области медицины рентгеновские аппараты содержат стекло.
  • Возобновляемая энергия. Стекло с низким содержанием железа или экстрапрозрачное стекло имеет крайне ограниченные светоотражающие свойства, что делает его идеальным для покрытия солнечных батарей. Максимальное количество солнечного света может проникать через стеклянную крышку и помогать заряжать солнечную батарею.
  • Упаковка для интегральных схем (ИС). Стеклянные сквозные отверстия (TGV) и стеклянные крышки на уровне пластины (WLC) используются для защиты ИС от коррозии или ударов для обеспечения оптимальной функциональности. Они служат для двойной цели удержания контактов внешних цепей на месте.

Сотрудничество со Swift Glass

Стекло полезно для многих приложений во многих отраслях. Однако важно, чтобы компании использовали стеклянный материал, наиболее подходящий для желаемого применения.

На протяжении почти столетия компания Swift Glass зарекомендовала себя как лидер отрасли в производстве высококачественного стекла на заказ.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.