Презентация - Стекло. Силикатное стекло. Ситаллы

Смотреть слайды в полном размере
Презентация Стекло. Силикатное стекло. Ситаллы


Вашему вниманию предлагается презентация на тему «Стекло. Силикатное стекло. Ситаллы», с которой можно предварительно ознакомиться, просмотреть текст и слайды к ней, а так же, в случае, если она вам подходит - скачать файл для редактирования или печати.

Презентация содержит 23 слайда и доступна для скачивания в формате ppt. Размер скачиваемого файла: 18.05 MB

Просмотреть и скачать

Pic.1
Химия в строительстве доктор технических наук, профессор Матвеева Лариса Юрьевна
Химия в строительстве доктор технических наук, профессор Матвеева Лариса Юрьевна
Pic.2
Содержание Модуль 2. Неорганические строительные материалы Стекло Вопросы: 1. Стекло. 2. Силикатное
Содержание Модуль 2. Неорганические строительные материалы Стекло Вопросы: 1. Стекло. 2. Силикатное стекло. 3. Ситаллы.
Pic.3
1. Стекло. 1. Физико-химические особенности стеклообразного состояния
1. Стекло. 1. Физико-химические особенности стеклообразного состояния
Pic.4
Физико-химические особенности стеклообразного состояния Интервал температур, в котором происходит по
Физико-химические особенности стеклообразного состояния Интервал температур, в котором происходит постепенный переход из жидкого состояния в стеклообразное, обычно имеет протяженность 180–250°C, у высококремнеземистых стекол до 600 °C. Нижняя и верхняя границы называются соответственно температурами стеклования и текучести. Обе они зависят от состава стекла и скорости охлаждения, но в любом случае остаются всегда существенно ниже температуры плавления кристаллического вещества. Температура стеклования называется также температурой отжига. При нагревании стекла до этой температуры в нем быстро исчезают внутренние напряжения. Этой температуре соответствует также слабый экзотермический эффект при равномерном нагревании стекла. Температура текучести, называемая также температурой размягчения, соответствует температуре, при которой стекло в процессе нагревания уже начинает течь под собственной тяжестью, но в отсутствие нагрузки еще сохраняет неизменную форму. В качестве примеров – температуры стеклования и текучести трех стекол: кварцевое стекло – соответственно 1050 и 1580 °С, оконное натрий-кальций-силикатное стекло – 553 и 735 °С, свинцово-силикатный хрусталь – 435 и 625 °С.
Pic.5
Особенности стеклообразного состояния Легче всего образуют стекла вещества с ковалентной кристалличе
Особенности стеклообразного состояния Легче всего образуют стекла вещества с ковалентной кристаллической решеткой, так как она не может сформироваться в жидкости быстро из-за высокой энергии активации процесса образования ковалентной связи. Среди неорганических веществ наибольшую склонность к стеклообразованию проявляют оксиды с ковалентной решеткой (SiO2, В2O3, GеO2), соли на основе этих и некоторых других (Р2O5, А12O3) оксидов, некоторые галогениды (ВеF2) и халькогениды (As2S5) и соединения с их участием. Структурные различия между стеклообразным и кристаллическим состояниями вещества с ковалентной решеткой демонстрирует рисунок, где показано строение (плоская проекция) кристаллического (а) и стеклообразного (б) кремнезема. В стеклообразном кремнеземе относительно небольшое изменение части валентных углов между связями Si–О–Si приводит к заметному искажению последовательности соединения кремнекислородных тетраэдров. Вместо правильных шестиугольных "окон" в слое получается набор несимметричных окон с количеством атомов кремния в них от 4 до 8.
Pic.6
Стеклообразное состояние На рисунке (в) схематично показана структура стеклообразного силиката, вклю
Стеклообразное состояние На рисунке (в) схематично показана структура стеклообразного силиката, включающая модифицирующие катионы, например, Na+, чей заряд компенсирует отрицательный заряд немостиковых атомов кислорода. Тем не менее, большинство современных исследователей считают, что стекло имеет микрогетерогенную структуру и в нем имеются небольшие зоны (кристаллиты), характеризующиеся правильным взаимным расположением структурных элементов (например, тетраэдров). Размер кристаллитов составляет 2–4 элементарные ячейки и на них приходится 10–15% всего объема стекла.
Pic.7
Кварцевое стекло При получении кварцевого стекла из тетраэтоксисилана (или тетраэтилсиликата – соеди
Кварцевое стекло При получении кварцевого стекла из тетраэтоксисилана (или тетраэтилсиликата – соединения атома кремния с четырьмя остатками этилового спирта), желатинизацию вызывают добавлением воды с прохождением реакции гидролиза: Si(ОС2Н5)4 + 4Н2О = Н4SiО4 + 4С2Н5ОН Затем гель подвергают сушке и термообработке до температуры несколько ниже температуры текучести или даже ниже температуры стеклования, получая готовый стеклообразный материал. Главным достоинством метода золь-гель синтеза является осуществление процесса при относительно низкой температуре, что помимо экономии энергии позволяет получить более чистое и однородное стекло.
Pic.8
Силикатное стекло Стекла отличаются от кристаллических веществ многими ценными свойствами, например,
Силикатное стекло Стекла отличаются от кристаллических веществ многими ценными свойствами, например, изотропностью физико-механических свойств, прозрачностью в оптической области спектра, легкой обрабатываемостью в размягченном состоянии. Эти и другие особенности стекол определяют их разнообразное применение в строительстве, промышленности и хозяйстве. Состав «нормального» натрий-кальций-силикатного стекла выражается формулой: Na2СаSi6O14 или Na2О∙СаО∙6SiO2. По характеру полимеризации такое стекло относится к каркасным силикатам. Довольно близко к этому составу подходит обычное оконное стекло. Основными компонентами сырьевой смеси (шихты) для производства стекла являются сода, известняк и кварцевый песок. Суммарный процесс образования «нормального» стекла может быть выражен уравнением: Nа2СO3 + СаСО3 + 6SiO2 = Na2О∙СаО∙6SiO2+ 2СO2↑.
Pic.9
Процесс стекловарения Кроме основных ингредиентов для целенаправленного формирования свойств стекла
Процесс стекловарения Кроме основных ингредиентов для целенаправленного формирования свойств стекла в шихту вносят различные добавки в виде оксидов, солей и минералов. Процесс стекловарения проводят в печах непрерывного действия – электрических или газопламенных. Его условно разделяют на несколько стадий: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизация и охлаждение. На стадии силикатообразования (800–1100 °С) вследствие плавления соды и частей смесей появляется жидкая фаза и проходят основные химические реакции между компонентами сырьевой смеси, в частности, показанная выше реакция. К концу этой стадии в шихте не остается исходных веществ (песка, соды, мела и т. д. ), а продукт представляет собой плотную спекшуюся массу. На стадии стеклообразования (1200–1250 °С) происходит взаимное растворение силикатов и образуется относительно однородная стекломасса, насыщенная, однако, газовыми пузырьками (СО2, SO2, O2 и др. ).
Pic.10
Процесс стекловарения На стадии осветления (1400–1600 °С, длительность – нескольких суток) стекломас
Процесс стекловарения На стадии осветления (1400–1600 °С, длительность – нескольких суток) стекломасса освобождается от видимых газовых включений. Затем температуру несколько снижают и проводят стадию гомогенизации, где происходит полное усреднение расплава по составу с помощью механического перемешивания стекломассы мешалками из огнеупорных материалов. На стадии охлаждения температуру равномерно снижают на 300–500 °С до достижения величины вязкости стекломассы, оптимальной для процесса формования.
Pic.11
Для получения стекол с особыми свойствами в состав шихты вводят различные неорганические добавки. По
Для получения стекол с особыми свойствами в состав шихты вводят различные неорганические добавки. По завершении процесса стекловарения эти добавки превращаются в различные оксиды, полностью растворенные в стекле и химически вошедшие в его структуру. Для получения стекол с особыми свойствами в состав шихты вводят различные неорганические добавки. По завершении процесса стекловарения эти добавки превращаются в различные оксиды, полностью растворенные в стекле и химически вошедшие в его структуру. В зависимости от своей химической роли в стекле эти оксиды делят на две группы – стеклообразующие и модифицирующие. Оксиды бора, алюминия и цинка повышают химическую стойкость стекла. Оксиды алюминия и магния – прочность и термостойкость. Оксиды фосфора, свинца, бария и цинка снижают температуру размягчения стекла, оксиды свинца и бария, кроме того, повышают его коэффициент преломления (например, при образовании хрусталя). Многие оксиды придают стеклу окраску, например зеленую (Cr2O3, FeО + Fe2O3), желтую (CrO3), желто-коричневую (Fe2O3), синюю (СоО), фиолетовую (Мn2O3), розовую (СоО + В2O3) и др.
Pic.12
Цветные стекла умели делать давно
Цветные стекла умели делать давно
Pic.13
Химический состав (% масс. ) некоторых промышленно выпускаемых стекол приведен таблице
Химический состав (% масс. ) некоторых промышленно выпускаемых стекол приведен таблице
Pic.14
Свойства стекол Физические и физико-механические свойства силикатных стекол - разнообразны. Плотност
Свойства стекол Физические и физико-механические свойства силикатных стекол - разнообразны. Плотность колеблется от 2,2 (кварцевое стекло) до 8,0 (свинцово-силикатное стекло). Стекла представляют собой достаточно прочные (модуль упругости 44–87 ГПа), но хрупкие материалы, весьма чувствительные к механическим воздействиям, особенно ударным. Наибольшая прочность характерна для малощелочных алюмосиликатных стекол, наименьшая – для боро- и свинцовосиликатных стекол с высоким содержанием В2О3 и РbО. Важнейшим оптическим свойством стекла является его прозрачность. Обычное неокрашенное листовое стекло толщиной 6 мм пропускает около 80% солнечного света в ближнем ультрафиолетовом (длины волн 270–380 нм), видимом (380–800 нм) и ближнем инфракрасном (800–2600 нм) диапазонах спектра.
Pic.15
Химические свойства стекол Большинство технических силикатных стекол характеризуются высокой стойкос
Химические свойства стекол Большинство технических силикатных стекол характеризуются высокой стойкостью к действию влажной атмосферы, воды и кислот (кроме НF и Н3РO4). Наиболее сильное химическое разрушение стекла происходит под действием фтороводородной кислоты уже при комнатной температуре. Если количество НF небольшое, идет так называемое матовое травление стекла по реакции: Nа2СаSi6O14+ 28НF = 2NaF + СаF2 ↓+ 6SiF4↑ + 14Н2O При избытке НF происходит прозрачное травление, без выделения газа и образования нерастворимого фторида кальция: Nа2СаSi6O14 + 36НF = Nа2SiF6 + СаSiF6 + 4Н2SiF6 + 14Н2O
Pic.16
Химические свойства стекол Водные растворы щелочей также довольно быстро разрушают стекло, особенно
Химические свойства стекол Водные растворы щелочей также довольно быстро разрушают стекло, особенно при нагревании. В основе механизма щелочной коррозии стекла лежит ускоренное извлечение (выщелачивание) из него диоксида кремния, в результате чего структура стекла разрушается: 3Nа2СаSi6O14+ 26NаОН + 4Н2O = 16Nа2Н2SiO4 + Са3Si2O7∙Н2O↓ В виде тонкого порошка стекло уже при обычных условиях медленно реагирует с водой. При этом из структуры стекла выщелачивается оксид натрия, переходя в раствор в виде гидроксида, а в остающемся твердом каркасе стекла место катионов натрия замещают атомы водорода в составе силанольных групп: ≡SiONa + Н2O → SiOH + NаОН Таким образом, в случае полного завершения реакции получается в твердом остатке каркасный гидросиликат кальция.
Pic.17
Стекло в строительстве
Стекло в строительстве
Pic.18
Стекло. Силикатное стекло. Ситаллы, слайд 18
Pic.19
Стеклообразный теплоизоляционный материал пеностекло Получают пеностекло, добавляя в шихту тонко-изм
Стеклообразный теплоизоляционный материал пеностекло Получают пеностекло, добавляя в шихту тонко-измельченный стеклянный бой и специальные порообразователи, выделяющие при варке стекла газ и вспучивающие стекломассу (мелкодисперсный углерод, карбид кремния SiC, мел СаСО3, пиролюзит МnO2 и др. ). Вспенивают стекло, как правило, при 700–900 °С с получением пеноматериала с объемной массой 0,15–0,5 г/см3. По сравнению с другими неорганическими и органическими утеплителями (пеногипс, пенобетон, пенополистирол) пеностекло обладает уникальным сочетанием высоких значений водо-, термо- и морозостойкости. Оно сохраняет свои свойства даже при температуре кипения жидкого воздуха (–192 °С) и, с другой стороны, может использоваться для теплоизоляции горячих металлических поверхностей вплоть до температур порядка 400 °С.
Pic.20
Ситаллы Продукты направленной кристаллизации различных стекол при их термической обработке называютс
Ситаллы Продукты направленной кристаллизации различных стекол при их термической обработке называются ситаллами (или стеклокерамикой), они также весьма широко применяются в различных отраслях промышленности и строительства. Ситаллы состоят из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределенных в стеклообразной матрице в виде микрокристаллов с размерами до 200 мкм. Таким образом, ситаллы представляют собой частично закристаллизованные стекла с объемной концентрацией кристаллических фаз от 20 до 95% (в обычном силикатном стекле объемная концентрация кристаллитов составляет около 15%). Как правило, ситаллы получают путем более или менее длительной термообработки отформованных стеклянных изделий, в состав которых предварительно введен катализатор (инициатор) кристаллизации. В качестве последнего обычно используют оксиды титана, хрома, никеля, железа, некоторые фториды или сульфиды, а также металлы платиновой группы. Изменяя состав стекла, тип катализатора и режим термообработки, получают ситаллы с различными кристаллическими фазами и заданными свойствами.
Pic.21
Свойства ситаллов Ситаллы обладают весьма ценными физико-механическими и химическими свойствами. От
Свойства ситаллов Ситаллы обладают весьма ценными физико-механическими и химическими свойствами. От кристаллических веществ того же состава они отличаются пониженной хрупкостью и повышенной прочностью, в особенности – на изгиб, а от стекол – повышенной твердостью, износостойкостью, химической и термической устойчивостью. Максимальная рабочая температура ситаллов может превышать 1300 °С. Ситаллы характеризуются исключительной прочностью и термостойкостью и применяются в ракето- и авиастроении. Ситаллы пироксенового состава (система СаО – МgO – А12O3 – SiO2), основной кристаллической фазой является минерал диопсид – СаМgSi2O6 из группы пироксенов) обладают высокой износостойкостью и химической стойкостью и применяются в машиностроении и химической промышленности. Ситаллы апатито-волластонитового состава (система СаО – MgO – SiO2 – Р2O5) обладают повышенной механической прочностью и биологической совместимостью с тканями организма, используются в медицине для зубного и костного протезирования.
Pic.22
Использование в строительстве и технология ситаллов В строительстве широко используется группа относ
Использование в строительстве и технология ситаллов В строительстве широко используется группа относительно недорогих ситаллов, получаемых с использованием металлургических шлаков (шлакоситаллы), зол – отходов ТЭЦ (золоситаллы) или же различных горных пород, таких, как базальты, габбро, нефелины, тремолитовые сланцы, лессовые суглинки (петроситаллы). Большинство их по химическому составу относится к силикатам или алюмосиликатам кальция и магния, с возможным участием оксидов натрия и железа. Их отличают высокая прочность и твердость, повышенная истираемость и стойкость к химическим и термическим воздействиям. Технология производства ситаллов включает стадии варки стекла, формовки изделий и специальной термической обработки. Первые две стадии проводят обычными методами, применяемыми также для получения стекла, третья стадия является весьма специфической и, как правило, осуществляется в два этапа. Температура первого этапа близка к температуре размягчения стекла и обеспечивает максимальную скорость зарождения в нем центров кристаллизации. На второй стадии изделия отжигают при несколько более высокой температуре (но ниже температуры плавления кристаллической фазы).
Pic.23
Стекло. Силикатное стекло. Ситаллы, слайд 23


Скачать презентацию

Если вам понравился сайт и размещенные на нем материалы, пожалуйста, не забывайте поделиться этой страничкой в социальных сетях и с друзьями! Спасибо!