Ëàá ðàá ñèíòåç ñòåêëà5

Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
Лабораторная работа №2
СИНТЕЗ СТЕКЛА В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомить студентов с основами расчета состава и технологического
процесса синтеза стеклообразных материалов.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ: легкоплавкие стеклообразующие системы: R2O-R2O-B2O3,
R2O-RO-P2O5 и др.
ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ В РАБОТЕ:
1. Расчет состава стекла в весовых процентах.
2. Расчет и приготовление шихты необходимой для синтеза стекла заданного состава.
3. Высокотемпературный синтез стекла заданного состава из шихтных материалов.
4. СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
Общие представления о стекле
Стекло - это материал, находящийся в стеклообразном состоянии. Стеклообразное
состояние – это особое, неравновесное состояние метастабильной жидкости. Оно получается
обычно при охлаждении жидкости ниже температуры её нормальной кристаллизации (Ткр.) или в
результате замораживания в ней структурных процессов. По этой причине при обычных временах
наблюдения система ниже некоторой температуры (температуры стеклования – Tg) обнаруживает
упругие свойства, характерные также и для кристаллов. В отличие от кристаллов стеклообразные
вещества являются аморфными (не имеющими выраженной кристаллической
структуры), изотропными, т.е. такими, все свойства которых не зависят от того
направления, в котором они измерены.
Так как стекла получаются путем охлаждения расплавов при отсутствии кристаллизации,
и в них сохраняется структура жидкости, они являются системами неравновесными. Свободная
энергия стекла и его энтропия поэтому больше, чем у кристаллического вещества того же состава,
поэтому процесс кристаллизации стекол есть всегда процесс экзотермический.
Характерной особенностью любого стеклообразного расплава является постепенное
нарастание его вязкости при понижении температуры, приводящее систему в состояние
твердого тела. Процесс твердения стекол не вызывает появления в системе новой фазы. Этим
он резко отличается от обычной кристаллизации, при которой переход жидкости в твердое
тело всегда сопровождается появлением в системе новой фазы.
Причиной возникновения стеклообразного состояния является весьма существенное
возрастание вязкости с охлаждением стеклообразующего расплава. Из-за этого в области
температур, соответствующих вязкости
~1012 Па·с, время структурной релаксации,
возрастающее с охлаждением примерно так же как и вязкость, приобретает значения ~102 -103
с. Оно становится столь большим, что при дальнейшем охлаждении (ниже температуры
стеклования Тg) структура стекла перестаёт следовать за температурой. Температурные
коэффициенты всех свойств при Тg претерпевают излом, вязкие свойства становятся
незаметными, а упругие становятся типичными. Система, находящаяся ниже температуры
стеклования, является стеклом. Жидкость, находящаяся выше Тg в интервале температур
между температурой стеклования (Тg) и температурой ликвидуса (ТL), называется
стеклообразующей
жидкостью
или
стеклообразующим
расплавом
и
является
метастабильной жидкостью (переохлажденная жидкость). Эту область температур в
процессе синтеза следует проходить с максимально возможной скоростью, ибо именно при
этих температурах система способна кристаллизоваться. Вообще для каждого конкретного
состава существует, так называемая критическая скорость охлаждения (Vкр.) – минимальная
скорость охлаждения, при которой не происходит кристаллизация расплава. Она может
варьировать в очень широких пределах от долей градуса в минуту для борного ангидрида
1
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
(B2 O3) до миллионов градусов в секунду для некоторых металлических стекол. (Температура
ликвидуса (ТL) есть максимально возможная из температур, при которой, для данного
состава,
термодинамически
возможно
выделение
кристаллической
фазы,
для
однокомпонентных систем это температура плавления.). При температурах выше
температуры ликвидуса стеклообразующий расплав является равновесной жидкостью.
Именно при этих температурах (выше ТL) ведется синтез стекла, так как кристаллизация
расплава при этих температурах для данного состава невозможна (подробнее см.[1]).
Как неравновесная система, стекло в процессе термообработки при температурах ниже Тg
стремится к состоянию метастабильной жидкости, так именно последняя при этой
температуре более устойчива, чем стекло. Из-за этого происходит уменьшение объема и
возрастает показатель преломления. Такой процесс называется отжигом стекла, он
используется для придания стеклу желаемых значений показателя преломления вблизи тех,
которые допускает состав стекла.
В результате неоднородного охлаждения образцов стекла в них могут возникать
механические напряжения, проявляющиеся в двойном лучепреломлении. Последнее исчезает с
устранением этих напряжений в результате отжига. Двойное лучепреломление в кристаллах
может быть следствием анизотропии их свойств и отжигом не устраняется.
При какой температуре следует варить стекло? Ответ на этот вопрос может дать только
знание диаграммы равновесия данной конкретной стеклообразующей системы. Варить стекло
следует при температурах выше температуры ликвидуса для данного состава.
В качестве примера рассмотрим простейшую диаграмму состояния бинарной системы
эвтектического типа.
Диаграмма состояния эвтектического типа
приведена на рисунке 3.1.
В′ и А′ суть температуры плавления
компонентов В и А. Жидкость в точке М состава m
при охлаждении не меняет состава и достигает точки
М′ на кривой В′Е, ей по-прежнему соответствует
состав m. Линия В′Е называется линией ликвидуса
(ликвидусом), потому что выше неё существует
только жидкость а ниже ней – смесь жидкости и
кристаллической фазы. Линия ликвидуса соответствует
геометрическому месту точек равновесия между
жидкой фазой и кристаллами фазы В. С дальнейшим
понижением температуры жидкость выбрасывает из
своего состава кристаллы В и поэтому её состав
обогащается компонентом А. Состав жидкости
смещается вправо, в направлении М′N (состав n),
температура равновесия жидкость - кристалл
снижается.
Состав М′′′ при температуре В′′′ не может существовать как однородная жидкость. Она
сразу распадается на жидкость состава n (соответствующую точке N), выбрасывая порцию
кристаллов В (на графике показано сосуществование Ж+В).
Совершенно аналогичное происходит, если мы возьмем состав жидкости, обогащенной
компонентом А. Здесь линия ликвидуса, соответствующая равновесию меняющейся по составу
жидкости с фазой А, соответствует линии А′Е (на графике ниже неё показано сосуществование
Ж+А).
В конце концов после выделения избыточных количеств кристаллов В или А, какой бы
состав двухкомпонентной жидкости мы ни взяли, состав жидкости придёт к точке Е (состав Е′′).
Она называется эвтектической (или эвтектикой). В этой точке кристаллизуются обе
кристаллические фазы одновременно. Ниже этой точки в системе существуют только
кристаллические фазы, жидкость исчезла полностью. Точка этой кристаллизации будет
2
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
наблюдаться у жидкости любого состава между А и В, но временная продолжительность такой
кристаллизации будет максимальной только при составе Е′′. Продолжительности, отложенные
«вниз» от линии В′′А′′, образуют треугольник, называемый «треугольником Таммана», его
построение облегчает нахождение состава эвтектики.
Линия В′′А′′ называется линией солидуса (солидусом), потому что ниже неё в системе
существуют только кристаллические фазыi.
В областях, обозначенных «ж+В», «ж+А» и «В + А» могут сосуществовать только
жидкость и соответствующие кристаллы В или А, или только две кристаллические фазы.
Таким образом, видно, что синтез стекла можно проводить и при температурах ниже
температур плавления исходных оксидов.
Краткие теоретические сведения о технологии высокотемпературного синтеза стекла.
Процесс стекловарения по своему существу разделятся на несколько стадий.
Основной целью всей совокупности этих процессов является получение однородной
(лишенной пузырей, других включений и неоднородностей по плотности и химическому составу)
стеклообразующей жидкости (стеклообразующего расплава).
Этот расплав может представлять расплав силикатов, боратов, фосфатов, других
химических соединений, определяющих принадлежность получаемого в конце концов стекла к
тому или иному классу стекол (силикатных, боратных, боросиликатных и пр.). Для приготовления
такого расплава используют шихту – смесь различных реактивов, представляющих либо оксиды,
либо гидроксиды или кислоты, либо соли (SiO2 в виде песка, Н3BO3, Al(OH)3, Na2CO3, NaNO3,
BaCO3 - в виде порошков, H3PO4 - в виде водного раствора и т.д.). Прежде чем эти шихтные
материалы образуют расплав, они должны прореагировать друг с другом, чтобы выделились газы
(СO2, H2O, и т.д.), затем должны пройти реакции взаимодействия самих оксидов, приводящие к
образованию силикатов, боратов, и др. химических соединений, которые впоследствии будут
образовывать структуру стекла. Затем этот расплав нужно сделать однородным – позволить
пузырям подняться наверх из расплава, чтобы их не оказалось в стекле, а сам расплав хорошо
перемешать, чтобы возникшие по той или иной причине неоднородности по химическому составу
не привели, после отливки стекла к неоднородностям показателя преломления (к свилям). Все эти
процессы должны производиться в последовательности повышающихся температур, потому что
только с повышением температуры вязкость расплава уменьшается настолько, чтобы сделать
возможным достаточно быстрое протекание этих процессов. Только после получения
максимально однородного расплава его можно остужать, производить выработку стекломассы в
блоки (отливка), студить стекломассу в горшке (студка в горшке), вытягивать из неё нити, трубки
или нечто другое, требуемое технологией.
Рассмотрим их подробнее на примере силикатного стекла:
При нагревании шихты вначале испаряется гигроскопическая и химически связанная вода.
На стадии силикатообразования происходит термическое разложение компонентов, реакции в
твёрдой и жидкой фазе с образованием силикатов, которые вначале представляют собой
спекшийся конгломерат, включающий и не вступившие в реакцию компоненты. По мере
повышения температуры отдельные силикаты плавятся и, растворяясь друг в друге, образуют
непрозрачный расплав, содержащий значительное количество газов и частицы компонентов
шихты. Стадия силикатообразования завершается при 1100—1200 °С.
На следующей стадии растворяются остатки шихты и удаляется пена — расплав становится
прозрачным (но химически не однородным); стадия совмещается с конечным этапом
силикатообразования и протекает при температуре 1150—1200 °С. Обычная стекольная шихта
содержит около 18% химически связанных газов (СО2, SO2, O2 и др.). В процессе провара шихты
эти газы в основном удаляются, однако часть их остаётся в стекломассе, образуя крупные и
мелкие пузыри.
На стадии осветления при длительной выдержке при температуре 1500—1600 °С
уменьшается степень пересыщения стекломассы газами, в результате чего пузырьки больших
размеров поднимаются на поверхность стекломассы, а малые растворяются в ней. Для ускорения
3
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
осветления в шихту вводят осветлители, снижающие поверхностное натяжение стекломассы;
стекломасса перемешивается специальными огнеупорными мешалками или через неё пропускают
сжатый воздух или др. газ.
Одновременно с осветлением идёт гомогенизация — усреднение стекломассы по составу.
Неоднородность стекломассы обычно образуется в результате плохого перемешивания
компонентов шихты, высокой вязкости расплава, замедленности диффузионных процессов.
Гомогенизации способствуют выделяющиеся из стекломассы газовые пузыри, которые
перемешивают неоднородные микроучастки – свили и облегчают взаимную диффузию,
выравнивая концентрацию расплава. Наиболее интенсивно гомогенизация осуществляется при
механическом перемешивании (наибольшее распространение эта операция получила в
производстве оптического стекла).
Следующая стадия стекловарения — охлаждение стекломассы («студка») до вязкости,
необходимой для формования, что соответствует для силикатных стекол температуре 700—1000
°С. Главное требование при «студке» — непрерывное медленное снижение температуры без
изменения состава и давления газовой среды; при нарушении установившегося равновесия газов
образуется т. н. вторичная мошка (мелкие пузыри).
Последней стадией является выработка стекла и отжиг стекла.
Первый, так называемый классический метод заключается в студке стекла до
комнатной температуры в том же горшке, в котором оно варилось. Студка должна проводиться
достаточно медленно, чтобы не получить закаленный блок, т. е. глыбу стекла с большими
внутренними напряжениями, вызывающими непреодолимые трудности при дальнейшей
обработке. Поэтому горшок со стеклом устанавливают в специально отведенное место; через
некоторое время на его поверхность подсыпают небольшой слой песка, а затем на горшок
надевают железный кожух и засыпают промежутки между ними теплоизолирующими
материалами, чаще всего сухим песком. Применяют также и опускающийся на горшок
теплоизолированный
колпак,
оснащенный
нагревателями,
управляемыми
программируемым термоконтроллером.
После охлаждения горшка со стеклом до температуры, несколько большей комнатной, с
него снимают кожух и освобождают от изолирующего материала. Горшок со стеклом разбивают
на крупные бесформенные куски, которые в виде сырьевого материала направляются на
обработку.
Этот метод разделки уступает место второму методу, который заключается в отливе
вывезенного в горшке расплава стекла в форму, или на стол с последующей его прокаткой в лист
заданной толщины.
Стекломассу отливают в круглую, чаще в квадратную или прямоугольную форму площадью
2—4 м2. Толщина образующегося блока составляет 15—30 см. Для сохранения его целым
охлаждение проводят весьма медленно — за 7—20 суток. Это достигается путем использования
специальной печи отжига с программным управлением.
Стекло, отлитое на стол и прокатанное в лист, выдерживают на столе в течение
нескольких минут и загружают в печь грубого отжига, где оно охлаждается значительно
быстрее — за 4—5 суток. После охлаждения в стекле размечают пороки и из него вырезают
куски, годные для последующей обработки и подвергают вторичному тонкому отжигу.
Оптическое стекло варят в горшковых и в ванных печах. В ванных печах непрерывного
действия целесообразно варить стекло массовых марок, которое требуется в относительно
больших количествах. Поэтому оптическое стекло большей части марок варят в горшковых
печах периодического действия — пламенных или электрических. При варке оптического
стекла в пламенных печах, как правило, используют керамические горшки различной
емкости — 0,5—0,9 м3 и более. Чем больше емкость горшка, тем легче получить
бессвильное и малопузырное стекло с низким поглощением, так как при этом
уменьшается процент растворяющегося в стекле огнеупора вследствие снижения
удельной поверхности его соприкосновения с расплавом стекла.
4
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
В пламенных печах получают стекла всех марок с требуемыми свойствами. Такие печи
являются универсальными. Однако использование генераторного газа и нефти для нагрева
стекломассы имеет ряд существенных недостатков, что усложняет получение стекла высокого
качества. К таким недостаткам относятся:
1) газообмен между стекломассой и атмосферой варочной камеры, затрудняющий
осветление стекла;
2) неравномерный нагрев стекломассы;
3) значительное улетучивание отдельных компонентов шихты с более сильно нагретой
поверхности стекломассы, что увеличивает свильность стекла;
4) трудность автоматической регулировки температуры стекломассы;
5) тяжелые условия труда рабочих, обусловленные высокой температурой воздуха,
окружающего печь;
6) большие габариты печей, вызванные громоздкими регенераторами и дымовыми
коммуникациями;
7) высокий расход тепловой энергии на 1 кг сваренного стекла и др.
Рис. 3.2 Общий вид ванной печи.
Рис. 3.3 Схема пламенной газовой одногоршковой печи для варки оптического стекла:
5
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
1 — отвод продуктов горения в регенератор; 2 — регенератор;
3 — горшок; 4 — рабочая камера печи; 5 — мешалка; 6 — подача
в печь газа из регенератора; 7 — подача в печь воздуха
Электрические, главным образом высокочастотные, печи применяются для варки
стекол, сильно растворяющих керамический огнеупор, например многобариевые стекла
типа тяжелых и сверхтяжелых кронов, баритовые и тяжелые баритовые флинты. Для
варки этих стекол используют сосуды, изготовленные из платины или платиновых
сплавов.
Электроварка оптического стекла осуществляется двумя методами:
1) нагревом стекломассы энергией высокочастотного магнитного или электрического
поля;
2) нагревом стекломассы пропусканием через нее тока нормальной промышленной
частоты при помощи электродов, погруженных в стекло.
Первый метод применяется при варке стекла в горшках; второй — при варке стекла в
ванной печи непрерывного действия.
Рис 3.4 Схема установки для варки стекла в высокочастотном электромагнитном
поле
Стекловаренный горшок 4 помещают в нагревательный индуктор 1,который создает
быстропеременное электромагнитное поле, возбуждающее в стекломассе горшка так
называемые вихревые токи, нагревающие стекломассу. Количество выделившейся в
стекломассе теплоты подчиняется закону Джо уля — Ленца,как и для случая
непосредственного прохождения тока через проводник. Стекло получается чище, чем при
нагреве стекломассы газами атмосферы в пламенных печах или электродами в печах прямого
сопротивления, так как она не загрязняется газами атмосферы или продуктами коррозии
электродов.
Для варки стекол в лабораторных условиях применяют исключительно электрические печи
сопротивления с платиновыми, карборундовыми (SiC) или канталовыми (MoSi2) нагревателями.
Варочные тигли (в основном платиновые или кварцевые) используют объемом от 50 мл. до 1
литра.
6
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
Рис. 3,5 Общий вид установки для лабораторной варки стекол.
7
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
Общие представления о химических процессах в ходе синтеза стекла.
С позиций химического синтеза стекло представляет собой продукт реакций различных
окислов. В ходе этих реакций образуются более сложные соединения - силикаты (соли
кремниевой кислоты), бораты (соли различных борных кислот), фосфаты (соли различных
фосфорных кислот) и т. п. При синтезе стекол системы Na2O-B2O3-SiO2 могут происходить,
например, такие первичные реакции:
Na2O + B2O3 = 2 NaBO2
Na2O + SiO2 = 2 NaSiO3
Или, с учетом того, что оксид натрия вводят обычно в виде соды:
Na2CO3 + B2O3 = 2 NaBO2 +CO2↑
Na2CO3 + SiO2 = 2 NaSiO3 +CO2↑
Затем могут проходить реакции уже образовавшихся сложных соединений с еще
непрореагировавшими окислами, а также реакции между этими сложными соединениями. В
зависимости от индивидуальных особенностей каждого стекла структурные группы,
соответствующие по составу тем или иным соединениям, могут либо распределяться по объему
стекла статистически случайно, либо образовывать ассоциации, приводя к химически
неоднородной структуре.
Расчет синтетического состава стекла в массовых процентах.
При планировании эксперимента и изучении свойств стекол их состав обычно выражают в
молярных процентах, то-есть в процентах от одного моля (6⋅1023) формульных единиц окислов,
входящих в состав данного стекла. Составление же шихты стекла (шихта - смесь исходных
компонентов) может осуществляться только в массовых процентах, то-есть в процентах от одной
единицы массы (грамма, килограмма и т. д.). Поэтому перед синтезом стекла выбранного состава
необходимо пересчитать его состав из молярных в массовые проценты. Схема такого перерасчета:
а) содержание каждого из окислов в молярных долях (т. е. молярных процентах, деленных на
100) умножают на молярный вес этого окисла (результаты представляют собой массы этих
окислов в одном моле стекла);
б) суммируют полученные значения масс окислов (результат представляет собой массу
одного моля стекла в целом);
в) делят значения масс каждого из окислов согласно п. "а" на массу моля стекла и умножают
на 100 (результаты представляют собой искомые значения содержания каждого из окислов
массовых процентах).
Расчет состава шихты стекла.
Не только окислы используются в качестве компонентов шихты стекла. Например, из числа
окислов, составляющих систему Na2O-B2O3-SiO2, обычно только двуокись кремния вводится в
шихту стекол как компонент. Окись натрия, как правило, вводится в виде соды Na2СO3, а окись
бора - в виде борной кислоты H3BO3 или боратов. При синтезе сода и борная кислота разлагаются
с выделением углекислого газа и воды соответственно, улетучивающихся в атмосферу. Поэтому
при расчете состава шихты массовые проценты окислов, вводимых в виде соединений, которые
разлагаются с выделением газов в атмосферу, дополнительно умножают на так называемые
шихтные множители (шихтный множитель представляет собой обратную величину массовой доли
окисла в соединении). Например, содержания Na2O и B2O3 в соде (Na2CO3) и борной кислоте
(H3BO3) составляют 58.48 и 65.92 мac% соответственно; поэтому шихтный множитель для соды
равен 1.710 (Ш.м. = М.в. Na2СO3/М.в. Na2O) (М.в. – молекулярный вес). Более сложный пример
8
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
расчета шихтных множителей, когда соединение в своем составе имеет более двух компонентов
рассмотрим на примере криолита (гексафторалюмината натрия) Na3AlF6. Следует обратить
внимание, что хотя в составе криолита нет кислорода, шихтные множители все равно считают на
оксиды.
Ш.м.Na2O(Na3AlF6) = 2/3* М.в. Na3AlF6/ М.в. Na2O = 2/3*209,94 / 61,98 = 2,26
Множитель 2/3 к М.в. Na3AlF6 добавляется так как в составе гексафторалюмината натрия
Na3AlF6 содержится три атома натрия, а в составе оксида натрия Na2O – два атома натрия.
Ш.м.Al2O3(Na3AlF6) = 2* М.в. Na3AlF6/ М.в. Al2O3 = 2*209,94 / 101,96 = 4,12
Ш.м.F-(Na3AlF6) = 1/6* М.в. Na3AlF6/ A.в. F = 1/6*209.94 / 19 = 1,84
Содержание фтора в стекле считают на фторид ион F-.
Пример расчета шихты для варки стекла заданного состава.
Расчет состава шихты для варки 100 грамм стекла.
Окиселкомпонент
Содержание Молярный Произведение Содержание в
в мол%, mj
вес окисла, mjMj / 100
мac%, wj =
Mj
100mjMj / Σ mjMj
Na2O
20
61.98
12.40
20.19
B2O3
10
69.62
6.96
11.33
SiO2
70
60.09
42.06
68.48
Сумма, S = 1/100 x Σ mjMj
61.42
Вариант 1.
Компоненты вводить через: SiO2, B2O3, Na2CO3.
Ш.м.SiO2 = М.в. SiO2 / М.в. SiO2 = 1
Ш.м.B2O3 = 1
Ш.м.Na2O(Na2CO3) = М.в. Na2СO3/ М.в. Na2O = 106 / 61.98 = 1,71
Состав шихты:
SiO2 = мac% SiO2 * Ш.м.SiO2 = 68,48*1 = 68,48 г.
B2O3 = мac% B2O3 * Ш.м.B2O3 = 11,33 * 1 = 11,33 г.
Na2СO3 = мac% Na2O * Ш.м.Na2O(Na2СO3) = 20,19*1,71 = 23,52 г.
Вариант 2.
Компоненты вводить через: SiO2, NaBO2, Na2CO3.
Ш.м. SiO2 = 1.
Метаборат натрия NaBO2 содержит в своем составе как Na2O, так и B2O3, поэтому рассчитывают
шихтные множители для обоих оксидов.
Na2O + B2O3 = 2NaBO2
Ш.м.B2O3(NaBO2) = 2* М.в. NaBO2 / М.в. B2O3 = 2*65,8 / 69,62 = 1,89
9
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
Ш.м.Na2O(NaBO2) = 2* М.в. NaBO2 / М.в. Na2O = 2*65,8 / 61,98 = 2,12
Ш.м.Na2O(Na2CO3) = 1,71
Расчет шихты.
B2O3 = мac% B2O3* Ш.м. B2O3(NaBO2) = 11,33*1,89 = 21,41 г. NaBO2
Na2O = 21,41 г. NaBO2 / Ш.м.Na2O(NaBO2) = 21,41/2,12 = 10,1 г. Na2O (уже введено через NaBO2)
Na2O = 20,19 – 10,1 =10,09 (осталось ввести через Na2CO3)
Na2СO3 = 10,09*1,71 = 17,25 г.
Состав шихты:
SiO2 = 68,48 г.
NaBO2 = 21,41 г.
Na2CO3 = 17,25 г.
ПОРЯДОК РАБОТЫ
1.
Включить варочную печь на температуру засыпки (указывает преподаватель).
2.
Пересчитать состав стекла из молекулярных процентов в весовые (состав указывает
преподаватель).
Расчитать состав шихты.
3.
4.
Взвесить шихту.
5.
Гомогенизировать шихту в ступке.
6.
Произвести засыпку.
7.
Выдержать тигель при этой температуре.
Поднять температуру на температуру варки.
8.
9.
Выдержать тигель при этой температуре.
10.
Взять пробу стекла, убедиться в отсутствии непровара и пузырей.
11.
Отлить стекло в форму.
12.
Оформить отчет.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1.
Что такое стекло?
2.
При какой температуре стеклообразующий расплав становится стеклом? Поясните
физико-химический смысл этой температуры.
3.
В чем состоит обличие стеклообразного состояния от кристаллического?
4.
Поясните термины: равновесная жидкость, метастабильная жидкость, стекло.
5.
Из каких условных стадий состоит процесс высокотемпературного синтеза стекла?
Поясните, что происходит на каждой стадии?
6.
С чем заключается процесс отжига стекла? Зачем он нужен?
7.
Что такое свили и как с ними бороться?
ЛИТЕРАТУРА:
1.
Лекции проф. С. В. Немилова «Oптическое материаловедение. Физическая химия
стекла»
2.
Физико-химические основы производства оптического стекла., под ред. Л.И.
Демкиной, Л, Химия, 1976, 456 стр.
3.
Технология оптического стекла, А.Н. Бардин, М, Высшая школа, 1963, 520 стр.
4.
Технология стекла, под ред. И.И. Китайгородского, М, Стойиздат, 1951, 768 стр.
10
Методические указания по выполнению лабораторного практикума по оптическому материаловедению. Синтез стекла в лабораторных
условиях
5.
О.В.Мазурин. Стеклование. Л., Наука, 1981
11