II .    Разделки, наносимые на изделия в холодном состоянии.

Стеклянные товары

Стекло представляет собой аморфно-кристаллическое тело, получаемое переохлаждением расплава кислотных, щелочных и щелочноземельных оксидов, приобретающее с увеличением вязкости твердость и сохраняющее обратимость процесса перехода из жидкого состояния в стеклообразное.

 Стекольная промышленность является перспективной отраслью, вырабатывающей товары народного потребления, широко используемые в быту. К стеклянным товарам относятся следующие группы товаров: бытовая посуда, кухонная термостойкая посуда, художественно-декоративные изделия, ламповые изделия, термосы.

 

Химический состав стекла различен в зависимости от требований, предъявляемых к свойствам стеклоизделий, от условий их эксплуатации, а также способа выработки.

Стекла представляют собой сложные системы, состоящие не менее чем из пяти окислов. Основными являются SiO₂, СаО, Na₂O, а также окиси фосфора, бора, алюминия и др. название стекла зависит от содержания в нем тех или иных окислов: натриево-известковые, калиево-известковые, фосфатные, боратные, калиево-свинцовые (хрустальные). Для получения изделий с необходимыми свойствами с учетом их назначения изменяют химический состав стекла. Так, при замене окиси натрия окисью калия стекло приобретает повышенный блеск и чистый оттенок; из такого стекла вырабатывают сортовую посуду методом выдувания. При введении в калиево-известковое стекло окислов свинца, имеющих повышенный коэффициент преломления, получают изделия, характеризующиеся наряду с блеском своеобразной световой игрой и повышенной плотностью. эти изделия называют хрустальными и они широко применяются для изготовления посуды и оптических изделий.

Стекло характеризуется однородностью, отсутствием видимых кристаллов, а также определенных точек плавления и кристаллизации. При повышении температуры оно постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние, а при охлаждении отвердевает и в результате увеличения вязкости превращается в твердое тело с присущими ему механическими свойствами. Стекло не имеет строго ориентированного расположения частиц, его структура по всем направлениям однородна.

 

Оптические свойства

Преломление. П оказатель преломления зависит от химического состава, по его величине можно судить о природе стекла. Для натриевых стекол он колеблется в пределах от 1,48 до 1,52, а для хрустального – от 1,65 до 1,9. Показатель преломления повышается при введении в состав стекла окислов свинца, бора, двуокиси титана и трехокиси вольфрама и понижается при увеличении содержания кремнезема и окисла алюминия.

Поглощение света. Является существенным его недостатком. Оконное стекло поглощает до 2% проходящего через него светового потока. Наилучшим светопропусканием обладают кварцевое стекло, плавленый борный ангидрид. Повышенное содержание окислов железа придает стеклу зеленовато-желтоватый оттенок, что резко снижает светопропускание. Для получения солнцезащитного стекла на его поверхность, находящуюся в состоянии, близком к размягчению, наносят окиснометаллические покрытия из пленкообразующих растворов. Такие пленки чаще всего бывают на основе хлоридов олова и сурьмы, олова, кобальта и др.

Отражение света стеклом зависит от его природы и характера поверхности. Больший световой поток отражается от ровной блестящей поверхности и меньший – от матовой; это свойство стекла используют для нанесения на изделия рисунка – матовой ленты. Нанесение слоев из различных окислов используют в стеклоизделии с декоративной целью – для придания эффекта ирризации и получения люстровых слоев с повышенным коэффициентом отражения.

 

Сырьевые материалы делят на главные (стеклообразующие) и вспомогательные.

Главные материалы:

· Кварцевый песок является основным сырьем для введения в состав стекла кремнезема. Высококачественные пески должны содержать кремнезема не менее 99%, должны быть без примесей окрашивающих окислов. Наиболее вредными примесями являются соединения железа, которые придают стеклу желтовато-зеленоватую окраску, что резко снижает пропускание у/ф лучей, ухудшает внешний вид готовых изделий. При получении бытовых стеклянных изделий содержание примесей железа в песке может быть не более 0,03%, а хрустальных – до 0,012%. Также нормируется содержание двуокиси титана и окиси хрома. При выборе песка отмечают однородность его зерен, а также степень дисперсности. Одинаковые по размеру зерна равномер6но расплавляются при варке, исключая образование дефекта – «материальный камень» – нерасплавившиеся крупные зерна. Пылевидные частицы способствуют появлению дефекта – «мошка».

· Борная кислота (бура) применяют для введения в стекло борного ангидрида. Борный ангидрид понижает коэффициент термического расширения, температуру варки и вязкость стекломассы, повышает показатель преломления, химическую и термическую устойчивость и прочность. Применяют его при получении высококачественных или специальных изделий, изготовляемых механизированным способом.

· Полевой шпат – исходное сырье для введения в состав стекла глинозема Al₂O₃. Для этой цели используют также каолин, являющийся продуктом разложения полевого шпата, пегматит, сиенит, обсидиан, чистый глинозем. Нефелиновые сиенита – наиболее ценное сырье, кроме глинозема содержат около 20% щелочей. Глинозем замедляет скорость варки, способствует осветлению стекломассы, повышает термическую и химическую стойкость, механическую прочность и твердость. Используют глинозем при изготовлении сортовой, жароупорной и химической посуды, оконного и бутылочного стекла.

· Сода служит для введения в состав стекла окиси натрия. Недостатком соды является большое содержание вредных примесей хлористого и сернокислого натрия, окиси железа.

· Поташ – основное вещество для введения в состав стекла окиси калия. Окись калия придает изделиям блеск, прозрачность, уменьшает возможность кристаллизации. В основном его применяют для изготовления высококачественной посуды, хрустальных и цветных изделий, оптических стекол.

· Известняк и мел являются источниками окиси кальция, которая придает стеклу химическую устойчивость и способствует осветлению и ускорению варки стекломассы. При температуре свыше 600°С известняк разлагается с выделением окиси кальция.

· Доломит – двойная соль угольной кислоты, разлагается при нагревании с выделением окиси кальция и магния. Окись магния снижает термическое расширение стекла и способность к кристаллизации, а также повышает вязкость, прочность и химическую устойчивость.

· Цинковые белила – источник окиси цинка. При варке они полностью переходят в стекло. Окись цинка повышает химическую и термическую стойкость стекла, а также прочность при сжатии и растяжении. Изделия, содержащие окись цинка, сильно преломляют лучи света, отличаются повышенным блеском и прозрачностью. Широко применяют ZnO при производстве лабораторного, технического и других видов специального стекла.

· Сурик используют в производстве ценных хрустальных изделий и оптического стекла с высокой плотностью, характерным блеском и игрой света. Сурик разлагается при температуре 880°С с выделением атомарного кислорода, что облегчает осветление стекломассы. Изделия, содержащие окись свинца, легко поддаются гранению, шлифовке, полировке и др. они сильно преломляют лучи света, имеют пониженную химическую устойчивость, поглощают рентгеновские лучи. Недостаток свинцового хрусталя – высокая чувствительность к окислительно-восстановительным условиям варки.

· Витерит – минерал, является источником окиси бария.

· Окись германия повышает показатель преломления, двуокись циркония повышает химическую и термическую стойкость, прочность при сжатии и растяжении, снижает хрупкость.

· Стекольный бой способствует ускорения варки стекломассы. В состав шихты его вводят от 15 до 30%. Химический состав стекольного боя должен соответствовать химическому составу основной шихты.

 

Вспомогательные материалы:

· Красители – вводят в шихту для придания стеклу необходимого цвета. В процессе варки стекломассы они либо растворяются и образуют с кремнеземом окрашенные силикаты (молекулярные красители), либо сохраняются в виде коллоидно-дисперсных частиц, обеспечивая избирательное поглощение стеклом тех или иных лучей света (коллоидно-дисперсные красители). Молекулярные красители – окислы тяжелых и редкоземельных металлов (Co, Ni, Mn, Сu, Cr). Они дают определенный цвет без дополнительной тепловой обработки. Цвет стекла зависит от характера и количества красящего окисла, химического состава стекломассы, среды и условий варки. Окраска калиевых стекол интенсивнее, натриевых. Перекись марганца окрашивает стекла в красновато-фиолетовый цвет, при добавлении перекиси марганца и хромпика получают черные стекла, закись никеля придает красновато-фиолетовый оттенок, окись меди придает стеклу голубой или зеленый цвет. Коллоидно-дисперсные красители – золото, серебро, медь, селен, сурьма – придают стеклу цвет после тепловой обработки (наводки). Интенсивность окраски зависит от величины и количества частиц красителя, которые выделяются при наводке. Комбинацией нескольких красителей получают стекло необходимых оттенков. Особое место среди красителей занимают редкоземельные красители, придающие изделиям из стекла необычные цвета и оттенки, особую прозрачность и чистоту.

· Глушите вводят в шихту для придания стеклу молочно-белого цвета, а также устранения его прозрачности и обеспечения высокой рассеивающей способности. Такие стекла называют глушеными. В качестве глушителей применяют вещества, которые в процессе варки стекломассы или не растворяются в ней, или растворяются, а при охлаждении выделяются из расплава в виде мелких кристаллов. Для получения глушеных стекол применяют фосфорнокислые кислые соли кальция, костяную муку, кремнефтористый натрий, криолит,..

· Обесцвечиватели – устраняют либо ослабляют ненужный цвет или оттенок, который придает стеклу прежде всего закись железа.. Различают обесцвечивание химическое и физическое. При химическом обесцвечивании в шихту вводят вещества, выделяющие при разложении большое количество атомарного кислорода, который способствует переводу закиси железа в окись. При этом резко снижается интенсивность окраски. Для химического обесцвечивания применяют селитру, трехокись мышьяка, двуокись церия,.. Физическое обесцвечивание заключается в подборе красителя, нейтрализующего окраску стекла закисью железа – перекись марганца, селен, закись никеля. Эффективность обесцвечивания зависит от соотношения закиси и окиси железа, химического состава, температуры и среды при варке стекломассы.

· Осветлители вводят в шихту для освобождения стекломассы от различных включений газа и воздуха, а также для окисления закиси железа до окиси. К ним относятся вещества, которые при разложении выделяют большое количество газа, способствующего перемешиванию стекломассы и объединению мелких разрозненных пузырьков в крупные, которые значительно легче выделяются из стекломассы. Для улучшения осветления повышают температуру варки стекла. Применяют с этой целью трехокись мышьяка, селитру, сульфат натрия, иногда сырую древесину.

· Окислители и восстановители используют для создания и поддержания соответствующей среды при варке стекломассы, для окисления закиси железа.

Для ускорения и снижения температуры варки стекломассы в состав шихты вводят фтористый кальций, кремнефтористый натрий, борный ангидрид и нитраты натрия и калия.

 

Подготовка сырьевых материалов

Для получения качественной стекломассы и готовых изделий сырьевые материалы подвергают соответствующей подготовке. В зависимости от природы и вида исходного вещества она включает такие операции как обогащение, сушка, измельчение,..

Песок подвергают обогащению, т.е. освобождению от различных загрязнений и примесей окислов железа. Для этого применяют химические и физические способы – магнитную и электросепарацию, промывку, флотацию, обработку различными реагентами. Химическое и физическое обогащение основано на различии физических свойств основного сырья и посторонних примесей, а также на разном отношении их поверхности к смачиванию и химическим реагентам. После обогащения песок тщательно промывают для освобождения от посторонних и глинистых примесей и сушат.

Каменистые материалы подвергают дроблению и помолу, затем просеивают сквозь электромагниты с целью окончательного удаления металлических включений.

Красители, обесцвечиватели и другие вспомогательные материалы вводят в состав стекломассы в небольших количествах. Для равномерного распределения их в составе стекломассы их подвергают более тонкому помолу. Стекольный бой сортируют по химическому составу и величине кусков, удаляют загрязнения и измельчают. Подготовленные сырьевые материалы взвешивают по определенной рецептуре и перемешивают для получения однородной по составу порошкообразной смеси – шихты.

 

Варка стекломассы

Процесс варки стекломассы представляет собой комплекс физических, химических и физико-химических явлений, происходящих в шихте, расплаве силикатов и стекломассе. Физические процессы: нагревание шихты, испарение влаги, улетучивание и плавление компонентов; химические – расщепление гидратов, удаление химически связанной воды, разложение карбонатов и других веществ. К физико-химическим процессам, протекающим при варке стекломассы, относятся взаимное растворение исходных веществ в твердом и жидком состояниях, взаимодействие газов атмосферы печи со стекломассой,..

Процесс варки стекломассы состоит из след. операций:

· силикатообразование;

· стеклообразование;

· осветление;

· гомогенизация;

· охлаждение стекломассы до рабочей вязкости.

 

Силикатообразование. На этом этапе после удаления гигроскопической воды (при температуре 100-120°С) при дальнейшем нагревании образуется двойной натриево-кальциевый карбонат в твердом состоянии. При температуре 600°С начинается выделение углекислого газа. При нагревании до 830°С двойной карбонат взаимодействует с кремнеземом. При температуре 740-800°С появляется расплав, более активно взаимодействующий с кремнеземом. Двойной карбонат диссоциирует на свободные окислы кальция и натрия. Окись кальция взаимодействует с кремнеземом с образованием метасиликата (CaO·SiO2). Шихта при этом превращается в спекшуюся массу силикатов и кремнезема, содержащую большое количество газовых включений. Заканчивается этот период при температуре около 1000°С.

Стеклообразование. По мере повышения температуры происходит дальнейшее растворение зерен песка и силикатов в расплаве. Стекломасса становится более прозрачной и подвижной, но в ней еще много газовых и твердых включений. Стеклообразование протекает при температуре 1150-1500°С.

Осветление. На этом этапе происходит освобождение стекломассы от газовых и воздушных включений. Осветление проводят при температуре 1450-1500°С, при этом вязкость стекломассы понижается, что способствует более легкому удалению из нее пузырей. При перемешивании мелкие пузыри образуют более крупные, которые легче удаляются. В результате осветления стекломасса становится прозрачной и однородной.

Гомогенизация. Проводят при максимальной температуре варки одновременно с осветлением стекломассы. При этом стекломасса выдерживается в спокойном состоянии, выравнивается по химическому составу и освобождается от стекловидных нитевидных включений – свилей.

Охлаждение. Стекломассу охлаждают до вязкости, при которой из нее можно формовать изделия (при 200-300°С).

Основными факторами, ускоряющими варку стекломассы и влияющими на показатели ее качества, являются температура, поверхность нагрева шихты (чем она больше, тем лучше) и степень дисперсности зерен песка. Нарушение установленных требований при подготовке сырьевых материалов и режимов варки стекломассы может привести к возникновению дефектов. Основными причинами образования дефектов являются неоднородный состав шихты вследствие плохого перемешивания исходных материалов, неправильное ведение варки, нарушение температурного и газового режимов, парциального давления в печи и стекломассе.

Способы формования изделий

Из стекломассы с необходимой вязкостью и поверхностным натяжением, без газовых, воздушных и других включений формуют изделия. Изделия формуют ручным или машинным способом. Ручным способом изготовляют изделия сложной формы высокохудожественные. Изделия простой формы вырабатывают на автоматах. Применяют следующие способы формования:

· Прессование – производят в спец. пресс-формах, внутренняя поверхность которых может быть с рельефным рисунком или гладкой. Формы бывают неразъемные и разъемные, состоящие из двух или трех частей. В неразъемных формах прессуют изделия, верхний диаметр которых больше нижнего. На внешней поверхности изделий, отпрессованных в разъемной форме, имеются швы.

Принцип прессования заключается в том, что определенное количество стекломассы, достаточной для получения изделий, из выработочного канала печи поступает через питатель, отрезается ножницами и по спец. желобку попадает в пресс-форму, предварительно нагретую до 300-400°С. В форму со стекломассой помещают пуансон, под действием которого стекломасса равномерно заполняет промежутки между стенками пресс-формы и пуансона. От величины этого расстояния зависит толщина стенок готового изделия. После некоторой выдержки, в течение которой изделие приобретает необходимую прочность, пуансон поднимают, изделие выталкивают из пресс-формы и отправляют на обжиг. Методом прессования получают изделия с толстыми стенками, с закругленными ребрами и углами, плоские, цилиндрические, несколько суживающиеся книзу.

· Выдувание применяют разнообразных изделий сложной формы, чаще всего полых. Для выдувания используется специальная плоская трубка длиной 1200-1400мм. На верхнем конце ее имеется резиновый баллон, с помощью которого нагнетается воздух в наборку стекла для формования изделий. Заготовку стекла из печи берут утолщенным концом трубки – набелем. Окончательно выдувают изделие и придают ему внешние очертания с металлической раскрывающейся форме. Для получения гладкой поверхности изделия внутреннюю поверхность формы тщательно обрабатывают. Если изделие имеет ножку, ручку и другие детали, то формование проводят в несколько этапов: вначале формуют корпус изделия со стеблем, затем к нему присоединяют основание ножки.

· Прессовыдувной способ формования сочетает прессование и выдувание. В пресс-форме формуется внешняя форма и размеры изделия. А выдуванием – внутренняя полость изделия. Для прессовыдувных изделий характерно наличие шва от соединения двух или более частей формы, что ухудшает их внешний вид и упрощает композицию.

· Комбинированным является способ сочленения, при котором элементы изделия формуют отдельно, а затем сочленяют в горячем состоянии. Этот метод более производителен, но часто изделия разрушаются по месту сочленения.

· Метод литья применяют для получения изделий художественно-декоративного назначения, скульптуры и оптического стекла. Стекломассу заливают в спец. форму, где она охлаждается и принимает очертания формы.

· Методом центробежного вращения изготовляют полые, крупногабаритные и тяжелые изделия. В металлическую форму определенного размера, установленную на вращающемся столе, помещают стекломассу. Форма вращается, и стекломасса под действием центробежной силы равномерно распределяется по стенкам формы, излишки удаляют. После формования пресс-форму раскрывают, изделие извлекают и подвергают соответствующей обработке.

· Метод вытягивания и прокатки применяют для получения листового стекла. Различают два способа вытягивания– лодочный и безлодочный. При лодочном способе на поверхность стекломассы помещают лодочку со щелью, через которую вытягивается непрерывная лента стекла. Ширина ленты зависит от длины, а толщина – от ширины щели, скорости вытягивания и вязкости стекломассы. При безлодочном способе ленту стекла вытягивают со свободной поверхности стекломассы с помощью роликов. Эта лента, проходя через шахту машины, медленного охлаждается и отжигается. Вытягивание стекла ведется со скоростью 120-130м/ч. Для получения стекол большей толщины применяют способ прокатки на чугунных столах или на прокатных машинах. Лента стекла формуется двумя валками, от расстояния между ними зависит толщина листа.

После формования изделия для придания им соответствующего вида и необходимых свойств подвергают дальнейшей тепловой, химической или механической обработке:

Отжиг

При формовании за счет быстрого и неравномерного охлаждения между внутренними и поверхностными слоями стеклоизделий наблюдается значительный перепад температур. При этом в толще стекла возникают термоупругие напряжения. Остаточные напряжения возникают при быстром переходе стекла из пластичного состояния в твердое и возрастают при увеличении температуры формования и скорости охлаждения, а также размеров изделия и толщины стенок. Эти термомеханические напряжения отрицательно влияют на прочность стеклянных изделий – она резко снижается, что может привести к растрескиванию стеклоизделий сразу же после остывания или при эксплуатации. Во избежание этого изделия после формования подвергают обжигу. Отжиг состоит в нагреве изделий до температуры начала размягчения (530-580°С), при которой обеспечивается высокая подвижность частиц, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении. При отжиге частично или полностью устраняются внутренние напряжения и тем быстрее, чем выше температура отжига и ниже вязкость стекла. Если изделия подвергнуть резкому и быстрому охлаждения (закалке) не только воздухом, но и в среде соответствующих растворов и кислот, то их механическая и термическая стойкость повысится.

Обработка изделий

Включает такие операции как отделение колпачка, отопка или шлифовка края, полировка и декорирование изделий.

После формования выдувных стеклоизделий остается колпачок, который должен быть удален. Его удаляют огневым способом или с помощью лазерного луча. После удаления колпачка острый края оплавляют. Полируют изделия механическим или химическим способом. При полировке механическим способом изделие обрабатывают спец. кругами или щетками. При химическом полировании обрабатывают смесью плавиковой и серной кислот. Химическое полирование дает хорошие результаты при обработке хрустальных изделий. Известно и плазменное полирование, после которого поверхность не отличается по оптическим характеристикам от поверхности изделия, полученного выдуванием. При изготовлении графинов и кувшинов производят притирку пробок и крышек.

Украшения стеклоизделий

I.   Разделки, наносимые на изделия в горячем состоянии:

· получение цветных стеклоизделий основано на введении в состав шихты различных красителей. Для этой цели широко применяют окислы редкоземель­ных элементов. Цвет изделия должен быть сочным и равномерным. Ножку из­делий, как правило, изготовляют из бесцветной стекломассы. Интенсивность окраски зависит от концентрации красителя, термической обработки и, кроме того, от среды;

· изделия с нацветом двух-, реже трехслойные, причем наружный слой из­готовляют из цветной стекломассы, а внутренний – из бесцветной. Коэффици­енты термического расширения этих стекломасс должны быть одинаковыми;

· изделия из цинкосульфидного стекла по внешнему виду похожи на глушеные изделия из дымчатого стекла, но отличаются чередующимися белыми и желтыми полосами. Белые полосы получаются за счет образования ZnS, желтью – FeS. Окиси цинка вводят около 8 %, а серы – 3…4 %;

· разделка кракле имеет вид тонких беспорядочно расположенных волосяных трещин, оплавленных с внешней поверхности изделия. Наносят этот рисунок путем погружения нагретого до температуры формования стекла в виде наборки или готового изделия в холодную воду и последующего нагревания. Вследствие низкой термической стойкости изделие покрывается сеткой трещин. Во избежание разрушения изделия трещины оплавляют с поверхности, и они оказываются в толще стекла. Изделия с этим рисунком имеют невысокую проч­ность и термическую стойкость. Иногда это украшение может быть получено за счет гравировки, нанесенной на внутреннюю поверхность пресс-формы;

· украшение филигранью, или витьем, придает изделию ажурность, имеет вид двух- или трехцветных спиралевидных нитей. Изделие изготовляют путем вращения и выдувания в горячем состоянии палочек из цветной стекломассы. Коэффициенты термического расширения стекломасс должны быть одинако­выми, чтобы изделие не разрушалось;

· для украшения изделий под мрамор в основную стекломассу молочного стекла добавляют стекломассу другого цвета и неравномерно размешивают. Получают рисунок в виде цветных линий, вкрапленных в основное стекло. Ана­логичным способом украшают стеклянные изделия под малахит;

· для разделки насыпью измельченное (размер частиц около 0,5 мм) цвет­ное стекло насыпают на металлическую плиту беспорядочно или в виде опреде­ленного рисунка. Затем стекломассу в виде «баночки» раскатывают по измель­ченному стеклу, частицы которого прилипают к ее поверхности. После этого изделие формуют обычным способом;

· оптический рисунок получают при формовании полых и толстостенных изделий. Вначале изделие выдувают в форме меньшего размера, чем готовое изделие, имеющей рисунок в виде граней, волн и др. Затем изделие помещают в форму несколько большего размера, с гладкой внутренней поверхностью. Изде­лие окончательно выдувают, вращая в форме, при этом грани и волны на его поверхности сглаживаются и остаются только в толще стенок. Оптический ри­сунок в основном применяют для украшения графинов, кувшинов;

· поверхность изделий с разделкой ирризацией имеет радужные переливы. Для получения этого украшения изделия нагревают в муфельной печи в атмо­сфере паров смеси солей хлористого олова, азотнокислого стронция и хлори­стого бария, которые, оседая на поверхности изделия, прочно соединяются с ней и придают различные оттенки с переливами (напоминают перламутр). Если смесь состоит из 80 % SnCl2, 5 % SrNOs и 15 % ВаСl, то получается синеватый оттенок, а из 88 % SnCl₂, 7 % SrNO₃ и 5 % BaCl₂  – красноватый;

· рисунок валиком наносят при отливке изделий в форме с волнообразной поверхностью. Процесс получения его напоминает получение оптического ри­сунка;

· изделия с украшением стеклотканями отличаются разнообразными по цвету и структуре переплетения рисунками. Стеклоткань является армирующим материалом, повышает механическую прочность изделия. Для получения укра­шения почти полностью готовое изделие покрывают стеклотканью определен­ного цвета и рисунка и окончательно выдувают. Стеклоткань прочно соединя­ется со стекломассой, придавая красивый внешний вид готовым изделиям;

· люстровые покрытия получают путем нанесения на поверхность изделий растворов органических соединений металлов в органических растворителях и последую­щего обжига. При обжиге растворители выгорают, а пленка металлов или их окислов закрепляется на поверхности;

· украшение пленками основано на использовании тонкодисперсных рас­творов пленкообразующих веществ, которые наносят на горячую поверхность стеклоизделия аэрозольным наплавлением. При взаимодействии поверхности стекла с растворами образуется прочная пленка, отличающаяся химическим со­ставом и свойствами от стекла. Этим способом изделию придают не только кра­сивый внешний вид, но и химическую стойкость, электропроводность и другие свойства, а также увеличивают его прочность в 1,5—2 раза. При использовании раствора хлористого железа в воде получают изделие от светло-желтого до оранжевого цвета; хлористого олова и треххлористой сурьмы – узорчатое стекло от темно-фиолетового до голубого цвета в зависимости от концентрации раствора.

Разделки, наносимые на стеклянные изделия в горячем состоянии, не ока­зывают отрицательного влияния, кроме кракле, на механическую прочность и термическую стойкость, как это происходит при нанесении разделок механиче­ским путем.

 

Стеклянные товары

Стекло представляет собой аморфно-кристаллическое тело, получаемое переохлаждением расплава кислотных, щелочных и щелочноземельных оксидов, приобретающее с увеличением вязкости твердость и сохраняющее обратимость процесса перехода из жидкого состояния в стеклообразное.

 Стекольная промышленность является перспективной отраслью, вырабатывающей товары народного потребления, широко используемые в быту. К стеклянным товарам относятся следующие группы товаров: бытовая посуда, кухонная термостойкая посуда, художественно-декоративные изделия, ламповые изделия, термосы.

 

Химический состав стекла различен в зависимости от требований, предъявляемых к свойствам стеклоизделий, от условий их эксплуатации, а также способа выработки.

Стекла представляют собой сложные системы, состоящие не менее чем из пяти окислов. Основными являются SiO₂, СаО, Na₂O, а также окиси фосфора, бора, алюминия и др. название стекла зависит от содержания в нем тех или иных окислов: натриево-известковые, калиево-известковые, фосфатные, боратные, калиево-свинцовые (хрустальные). Для получения изделий с необходимыми свойствами с учетом их назначения изменяют химический состав стекла. Так, при замене окиси натрия окисью калия стекло приобретает повышенный блеск и чистый оттенок; из такого стекла вырабатывают сортовую посуду методом выдувания. При введении в калиево-известковое стекло окислов свинца, имеющих повышенный коэффициент преломления, получают изделия, характеризующиеся наряду с блеском своеобразной световой игрой и повышенной плотностью. эти изделия называют хрустальными и они широко применяются для изготовления посуды и оптических изделий.

Стекло характеризуется однородностью, отсутствием видимых кристаллов, а также определенных точек плавления и кристаллизации. При повышении температуры оно постепенно размягчается и переходит в жидкое состояние, а при охлаждении отвердевает и в результате увеличения вязкости превращается в твердое тело с присущими ему механическими свойствами. Стекло не имеет строго ориентированного расположения частиц, его структура по всем направлениям однородна.

 

Оптические свойства

Преломление. П оказатель преломления зависит от химического состава, по его величине можно судить о природе стекла. Для натриевых стекол он колеблется в пределах от 1,48 до 1,52, а для хрустального – от 1,65 до 1,9. Показатель преломления повышается при введении в состав стекла окислов свинца, бора, двуокиси титана и трехокиси вольфрама и понижается при увеличении содержания кремнезема и окисла алюминия.

Поглощение света. Является существенным его недостатком. Оконное стекло поглощает до 2% проходящего через него светового потока. Наилучшим светопропусканием обладают кварцевое стекло, плавленый борный ангидрид. Повышенное содержание окислов железа придает стеклу зеленовато-желтоватый оттенок, что резко снижает светопропускание. Для получения солнцезащитного стекла на его поверхность, находящуюся в состоянии, близком к размягчению, наносят окиснометаллические покрытия из пленкообразующих растворов. Такие пленки чаще всего бывают на основе хлоридов олова и сурьмы, олова, кобальта и др.

Отражение света стеклом зависит от его природы и характера поверхности. Больший световой поток отражается от ровной блестящей поверхности и меньший – от матовой; это свойство стекла используют для нанесения на изделия рисунка – матовой ленты. Нанесение слоев из различных окислов используют в стеклоизделии с декоративной целью – для придания эффекта ирризации и получения люстровых слоев с повышенным коэффициентом отражения.

 

Сырьевые материалы делят на главные (стеклообразующие) и вспомогательные.

Главные материалы:

· Кварцевый песок является основным сырьем для введения в состав стекла кремнезема. Высококачественные пески должны содержать кремнезема не менее 99%, должны быть без примесей окрашивающих окислов. Наиболее вредными примесями являются соединения железа, которые придают стеклу желтовато-зеленоватую окраску, что резко снижает пропускание у/ф лучей, ухудшает внешний вид готовых изделий. При получении бытовых стеклянных изделий содержание примесей железа в песке может быть не более 0,03%, а хрустальных – до 0,012%. Также нормируется содержание двуокиси титана и окиси хрома. При выборе песка отмечают однородность его зерен, а также степень дисперсности. Одинаковые по размеру зерна равномер6но расплавляются при варке, исключая образование дефекта – «материальный камень» – нерасплавившиеся крупные зерна. Пылевидные частицы способствуют появлению дефекта – «мошка».

· Борная кислота (бура) применяют для введения в стекло борного ангидрида. Борный ангидрид понижает коэффициент термического расширения, температуру варки и вязкость стекломассы, повышает показатель преломления, химическую и термическую устойчивость и прочность. Применяют его при получении высококачественных или специальных изделий, изготовляемых механизированным способом.

· Полевой шпат – исходное сырье для введения в состав стекла глинозема Al₂O₃. Для этой цели используют также каолин, являющийся продуктом разложения полевого шпата, пегматит, сиенит, обсидиан, чистый глинозем. Нефелиновые сиенита – наиболее ценное сырье, кроме глинозема содержат около 20% щелочей. Глинозем замедляет скорость варки, способствует осветлению стекломассы, повышает термическую и химическую стойкость, механическую прочность и твердость. Используют глинозем при изготовлении сортовой, жароупорной и химической посуды, оконного и бутылочного стекла.

· Сода служит для введения в состав стекла окиси натрия. Недостатком соды является большое содержание вредных примесей хлористого и сернокислого натрия, окиси железа.

· Поташ – основное вещество для введения в состав стекла окиси калия. Окись калия придает изделиям блеск, прозрачность, уменьшает возможность кристаллизации. В основном его применяют для изготовления высококачественной посуды, хрустальных и цветных изделий, оптических стекол.

· Известняк и мел являются источниками окиси кальция, которая придает стеклу химическую устойчивость и способствует осветлению и ускорению варки стекломассы. При температуре свыше 600°С известняк разлагается с выделением окиси кальция.

· Доломит – двойная соль угольной кислоты, разлагается при нагревании с выделением окиси кальция и магния. Окись магния снижает термическое расширение стекла и способность к кристаллизации, а также повышает вязкость, прочность и химическую устойчивость.

· Цинковые белила – источник окиси цинка. При варке они полностью переходят в стекло. Окись цинка повышает химическую и термическую стойкость стекла, а также прочность при сжатии и растяжении. Изделия, содержащие окись цинка, сильно преломляют лучи света, отличаются повышенным блеском и прозрачностью. Широко применяют ZnO при производстве лабораторного, технического и других видов специального стекла.

· Сурик используют в производстве ценных хрустальных изделий и оптического стекла с высокой плотностью, характерным блеском и игрой света. Сурик разлагается при температуре 880°С с выделением атомарного кислорода, что облегчает осветление стекломассы. Изделия, содержащие окись свинца, легко поддаются г