Kysličníková skla. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. K. Daďourek 2008

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Kysličníková skla. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. K. Daďourek 2008"

Žaneta Horáková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Kysličníková skla Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. K. Daďourek 2008

2 Druhy amorfních látek

3 Přírodní skla Vulkanická skla : zásaditá 45 až 50 % SiO 2 sideromelan kyselá perlit, obsidián Skla jiného původu : tektity impaktní skla fulgurity frikcionity Lybijské pouštní sklo

4 Historie skel Prvý výskyt asi 3000 let PNL v Babylonii natronová skla Egyptská skla : 70 % SiO % CaO + 20 % Na 2 O 100 let PNL vynález sklářské píšťaly 300 let NL Římské sklo přechod k masové produkci s potaší ze dřeva ( K 2 O místo Na 2 O)

Na 2 O 100 let PNL vynález sklářské píšťaly 300 let NL Římské

5 Příklady starověkých skel Egyptské sklomáčení hliněného jádra Římské foukané sklo

6 Struktura kysličníku křemičitého

7 Skutečnost v prostoru Křemenné čtyřstěny tvoří složitou prostorovou strukturu z prostorově orientovaných a nerovinných šestiúhelníků, průmět do roviny jsou pravidelné šestiúhelníky.

8 Křemenné sklo Amorfní struktura kysličníku křemičitého Teploty : tuhnutí 1710 o C, skelný přechod 600 o C, odskelnění 1050 o C. Hustota 2,2 g/cm 3 (křemen 2,65 g/cm 3 ) - typické Velmi prudká změna viskozity špatně zpracovatelné Teplotní roztažnost 5*10-7 K -1, křemen o řád víc. Snese velké tepelné šoky. Dokonalý elektrický izolátor, malá tepelná vodivost Propouští i UV a IČ záření nad 90 % v intervalu 250 až 4700 nm. Vynikající chemická odolnost (kromě silných alkalií). Rozpustnost pouze v kyselině fluorovodíkové Důležitý v chemickém a potravinářském průmyslu Dilatometry, délkové normály

víc. Snese velké tepelné šoky. Dokonalý elektrický izolátor, malá tepelná vodivost Propouští i UV a IČ záření nad 90 % v intervalu 250 až 4700 nm.

9 Zpracovatelnost skla Musí být dostatek času Meze zpracovatelnosti

10 Tavicí přísady do skla Křemenné sklo - vadí vysoká teplota tuhnutí a vysoká viskozita taveniny. Špatná zpracovatelnost. Snížení - tavicí přísada některý z alkalických kysličníků, sodný nebo draselný. Tím poklesne teplota tuhnutí až na 900 o C, poklesne silně i viskozita taveniny, současně se však sníží silně i chemická odolnost skla a zvýší jeho elektrická vodivost a tepelná roztažnost. Vznikne tzv. vodní sklo. Málo chemicky odolné, rozpustné ve vodě

Tím poklesne teplota tuhnutí až na 900 o C, poklesne silně i viskozita taveniny, současně se však sníží silně i

11 Modifikátory do skla Zlepšení především chemické odolnosti - modifikační přísada kysličník vápenatý nebo hořečnatý. Z těchto tří složek pak dostáváme běžná křemičitá skla. Mívají okolo 75 % kysličníku křemičitého, zbytek jsou tavicí a modifikační přísady. Jejich teplota tuhnutí je okolo 1010 o C, teplota skelného přechodu 530 až 560 o C. Odskelnění zpravidla nenastává. Chemická odolnost je tím větší, čím menší je množství alkalických kysličníků ve skle.

Mívají okolo 75 % kysličníku křemičitého, zbytek jsou tavicí a modifikační přísady.

12 Princip působení

13 Teorie Zachariasena a Warrena Sklotvorné kysličníky tvoří sklo bez příměsí koordinační číslo 3 až 4 Si, B, P, Ge, As, Be Tavicí přísady kationty s velkým poloměrem koordinační číslo nad 6 Rozbíjejí řetězce, přidat až 50 % - Na, K Stabilizační přísady koordinační číslo 4 až 6 Ca, Mg

kationty s velkým poloměrem koordinační číslo nad 6 Rozbíjejí řetězce,

14 Postup výroby skla 1 vznik silikátů 2 tvorba skloviny 3 homogenizace 4 čeření 5 - zpracování

15 Vlastnosti silikátových skel Velmi pevná a tvrdá. Vysoké moduly pružnosti, proto jen velmi málo deformovatelná. Při pokojové teplotě jsou velmi křehká, nejsou schopna žádné plastické deformace a nesnášejí rázové zatížení. Tepelná roztažnost je okolo K -1. Při pokojové teplotě elektrické izolátory, s rostoucí teplotou však vodivost skla exponenciálně roste (od 200 o C velmi silně). Skla s větším obsahem alkalických kysličníků mají značnou povrchovou elektrickou vodivost na povrchu blanka hydrolyzovaných silikátů, která může i značně pohlcovat vlhkost. Pevnost silně závislá na způsobu namáhání. Běžně pevnost v tlaku 1 GPa, v ohybu 0,1 GPa a v tahu 0,08 GPa. Pevnost v tahu velmi silně závisí na rozměrech. Tyčka 1 mm má 0,1 GPa, vlákno 0,1 mm má 0,5 GPa a vlákno 30 mikrometrů má 1 GPa.

Při pokojové teplotě elektrické izolátory, s rostoucí teplotou však vodivost skla exponenciálně roste (od 200 o C velmi silně).

16 Charakteristické body viskozity Transformační bod (skelný přechod) t g = 2*10 13 Poise (jako led při 0 o C) Bod uvolnění vnitřního pnutí Poise Littletonova teplota měknutí (deformace vlastní váhou) 4,5*10 7 Poise přestáváme považovat za pevnou látku - těsto Bod spékání 10 6 Poise (prášek se speče) Interval tvarování skla 10 3 až 10 4 Poise (pro lisování a foukání skloviny) (jako med až máslo) Bod tavení 10 2 Poise (řídký med) Porovnání : olej, glycerin 10 Poise, voda 0,01 Poise

pevnou látku - těsto Bod spékání 10 6 Poise (prášek se speče) Interval tvarování skla 10 3 až 10 4 Poise (pro lisování a

17 Možnosti chlazení skla K. Rychlost ochlazování pod teplotou uvolnění pnutí v = K / a 2 (K/min), 5 K/min L. Rychlost ochlazování nad teplotou uvolnění pnutí v = L / a 2 (K/min), 18 K/min Tloušťka výrobku a (cm), hodnoty pro 5 mm okenního skla

18 Výpočet pevnosti skla Obdobně i pro další hodnoty, sumační pravidlo

19 Průchod světla sklem Sklem projdou jen asi 2/3 dopadajícího záření

20 Spektrální propustnost skla

21 Zvláštní druhy skel Okrasná skla obsahují různé kysličníky přechodových kovů. které upravují jejich optické vlastnosti. přídavek PbO olovnatý nebo též český křišťál zvýšený lesk a snadná brousitelnost (v českém křišťálu je K 2 O místo Na 2 O anglický kř.) přídavek kysličníků železa velmi častý, vlastně nečistoty ze surovin v oxidačním prostředí barví červenohnědě, v redukčním zeleně. Pivní lahve. přídavek kysličníku kobaltu modrá barva Technická (laboratorní) skla nutno zvýšit chemickou odolnost a snížit teplotní roztažnost. přídavek B 2 O 3 Pyrex, Simax přídavek několika procent Al 2 O 3 Sial

22 Speciální použití skel Vlákna do kompozitů a p. - velmi často tak zvané E-sklo, má vysoký elektrický odpor, dobré tvářecí vlastnosti. Složení okolo ternárního eutektika 62 % CaO 23 % SiO 2 15 % Al 2 O 3. Glazury na keramiku skelný povrch k uzavření pórů. Ze skla se nejprve vyrábí frita vlastně prášek z rozemletého skla, ze kterého se dělá vodní suspenze nanášená na keramiku před výpalem. Složení okolo 60 % Al 2 O 3, 20 % SiO 2, 10 % B 2 O 3, 10 % PbO. Smalty na železné předměty chemická ochrana povrchu, sklovina musí dlouhodobě odolávat i tepelným šokům. Opět suspenze z frity, složení okolo 70 % SiO 2, 15 % B 2 O 3, 10 % CaF, 5 % Al 2 O 3.

23 Kalené sklo Sklo je prudce ochlazeno, tím je vyvoláno vnitřní pnutí Na povrchu je tlak zvýšená odolnost proti rázům Vznikne-li trhlina, poruší rovnováhu napětí a sklo se rozpadne na kousky

24 Další vývoj : Minulost století : Vývoj bezbarvého skla s pomocí KMnO 4 Čechy : vývoj českého křišťálu 17. století Anglie : vývoj olovnatého křišťálu Počátek 20. Století : počátek strojní výroby skleněných předmětů optimální složení 73 % SiO % CaO + 14 % Na 2 O Polovina stolení float glas technologie Nový vývoj : Borosilikátová skla (chemická) křemenné sklo fluoridová a sulfidová skla (neoxidická) Kovová skla

25 Princip Float glas -Roztavené sklo plave na roztaveném cínu -Díky povrchovému napětí se roztáhne po povrchu tak jako olejová skvrna na vodě -Gravitace a povrchové napětí způsobí, že je horní i dolní povrch skla rovinný a rovnoběžný -Dlouho bylo patentově chráněno. Dnes základní metoda výroby tabulového skla (dříve válcování).

Podobné dokumenty

Základy materiálového inženýrství. Křehké materiály Katedra materiálu, Strojní fakulta Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2010

Základy materiálového inženýrství Křehké materiály Katedra materiálu, Strojní fakulta Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2010 Základní charakteristiky křehkých materiálů Křehký lom