Вогнетривкі вироби застосовують для будівництва промислових печей, топок і агрегатів, що працюють при високих температурах. Найширше застосовують кремнеземисті й алюмосилікатні, а також магнезіальні та хромисті вогнетриви.

Легкі заповнювачі – керамзит і аглопорит – одержують при випалюванні легкоплавких глинистих порід.

Завдання для самостійної роботи

1. Розглянути питання про довговічність кераміки й способи її підвищення

2. Ознайомитися з методиками визначення технічних характеристик керамічних матеріалів

Лекція 4

МАТЕРІАЛИ Й ВИРОБИ З МІНЕРАЛЬНИХ РОЗПЛАВІВ

І МЕТАЛЕВІ МАТЕРІАЛИ

4.1. Матеріали з мінеральних розплавів

Спільною ознакою будівельних матеріалів і виробів із мінеральних розплавів є силікатна основа, тобто в їхньому складі переважає оксид силіцію SiO₂ й сполуки на його основі – силікати.

Сировиною для силікатних розплавів є поширені гірські породи (піски, глини, базальти, діабази, граніти, гнейси, сієніти, сланці, серпентини тощо), побічні продукти й відходи промисловості (металургійні шлаки, золи та шлаки ТЕС, склобій). Характерною особливістю силікатних розплавів є здатність при швидкому охолодженні переходити в склоподібний стан – аморфний різновид твердого стану.

Залежно від виходу вихідної сировини розрізняють матеріали й вироби на основі скляних, кам’яних і шлакових розплавів. При введенні до силікатного розплаву спеціальних добавок (кристалізаторів) і виборі відповідного режиму термічної обробки можна одержати склокристалічні матеріали (ситали, шлакоситали).

Перші центри скловаріння виникли в Єгипті й Месопотамії, причому єгиптяни віддавали перевагу кольоровому склу, а в Месопотамії виготовляли переважно прозоре скло. Археологами виявлені залишки давніх скляних майстерень на східному березі Нілу, що існували приблизно 3400 років тому. Пізніше скло почали виготовляти в Мікенах (Греція), Китаї та Індії.

4.1.1. Сировина, технологія отримання та властивості скла

Скло – універсальний і дивовижний матеріал. Його виробництво базується на складній послідовності технологічних операцій, параметри яких в першу чергу залежать від сировинних матеріалів, що входять до складу шихти.

Сировинні матеріали для виробництва скла умовно поділяють на основні й допоміжні (табл.1).

Основні матеріали містять оксиди, які утворюють структуру скла й визначають його властивості. Так, оксид Na₂O прискорює процес варіння, знижуючи температуру плавлення, але зменшує хімічну стійкість скла. Оксид СаО підвищує хімічну стійкість, оксид Al₂O₃ підвищує міцність, термічну і хімічну стійкість, оксид PbO підвищує показник світлозаломлення.

Допоміжні матеріали вводять для покращення реологічних характеристик скломаси, прискорення її варіння, забарвлення, освітлювання, сприяння кристалізації тощо.

---

Сировинні матеріали можуть застосовуватися як у вигляді природної сировини, так і у вигляді відходів хімічної, металургійної, гірничодобувної промисловості.

Технологія виготовлення скла й виробів на його основі передбачає такі операції та процеси: підготовку сировинних матеріалів, приготування скляної шихти, скловаріння, формування зі скломаси матеріалів та виробів, механічну, термічну й хімічну обробку виробів для підвищення експлуатаційних властивостей.

Таблиця 1 - Сировинні матеріали для виробництва скла

Групи матеріалів	Назва
Основні матеріали кремнеземисті, що містять SiO2, 55…75 мас. % глиноземисті, що містять Al2O3 , 2…25 мас. % лужноземельні , що містять Na2O та К2O до 15 мас. % Допоміжні матеріали модифікатори для надання склу спеціальних властивостей освітлювачі	кварцовий пісок, мелений пісок і кварцити технічний оксид алюмінію, гідроксид алюмінію, польові шпати, пегматити, каолін, граніт, вулканічний попіл сода, поташ, сульфати лужних металів оксиди свинцю, барію, цинку, цирконію, титану, фосфору селітра, хлорид натрію

Підготовка включає подрібнення та розмелювання крупних кусків, сушіння вологих матеріалів, класифікацію дисперсних матеріалів.

Приготування скляної шихти починається з усереднення, дозування та перемішування компонентів.

Скловаріння здійснюється у печах безперервної (ванні печі) і періодичної (горшкові печі) дії.

Процес варіння скла складається з п’яти етапів: силікатоутворення, склоутворення, освітлення, гомогенізації та охолодження.

На першому етапі утворюються силікати та інші проміжні сполуки, і внаслідок плавлення евтектичних сумішей з’являється рідка фаза. Утворені в шихті силікати разом з рідкою фазою та компонентами, які не прореагували, спікаються в щільну масу. Процес силікатоутворення звичайно розпочинається при температурі майже 725 ^оС і завершується майже при 1150 ^оС.

З подальшим підвищенням температури в розплаві завершуються реакції силікатоутворення, відбувається взаємне розчинення силікатів і надлишкового кремнезему, внаслідок чого утворюється скломаса, насичена газовими бульбашками. Процес склоутворення завершується при температурі майже 1250 ^оС.

Освітлення та гомогенізація скломаси відбуваються майже в одному інтервалі температур. З цією метою скломасу нагрівають до температури 1150…1600 ^оС. З підвищенням температури різко знижується в’язкість розплаву й відповідно полегшується видалення газових бульбашок.

Процес скловаріння завершується охолодженням скломаси на 300 ^оС, внаслідок чого вона набуває в’язкості, необхідної для формування виробів (витягування, прокатування, пресування, лиття тощо).

Формування виробів здійснюється різними методами: вертикальним та горизонтальним витягуванням, прокатуванням, способом плаваючої стрічки (флоат – спосіб), пресуванням, видуванням тощо.

---

Спосіб плаваючої стрічки є найбільш досконалим з усіх способів, відомих на цей час. Він дозволяє виготовляти скло з високою якістю поверхні. Особливістю цього способу є те, що процес формування стрічки протікає на поверхні розплавленого олова. Нижня поверхня скла виходить рівною за рахунок контакту з розплавленим металом, а верхня – завдяки дії сил поверхневого натягу скломаси. Після формування поверхня листового скла не потребує подальшого полірування.

Відпалювання – обов’язкова операція при виготовленні виробів. При швидкому охолодженні у виробах виникають великі внутрішні напруження, які можуть призвести до їх саморуйнування.

Гартування – ця операція застосовується для підвищення фізико-механічних характеристик скла і здійснюється доведенням скла до пластичного стану з подальшим різким охолодженням його поверхні.

Крім гартування, для покращення механічних властивостей застосовують травлення з наступним покриттям плівками, електрохімічну обробку поверхні, мікрокристалізацію.

Заключна стадія обробки включає операції шліфування, полірування, декоративної обробки.

Властивості скла. Структура скла зумовлює ряд його властивостей, у тому числі прозорість, міцність, стійкість до атмосферних впливів, водо- та газонепроникність.

Найбільш важливими для скла є не тільки оптичні властивості, але й механічні, оскільки його використання є багатоцільовим.

Оптичні властивості скла характеризуються прозорістю, світлопроникністю, світлопоглинанням, світловідбиванням, світлорозсіюванням тощо. Звичайні віконні стекла пропускають видиму частину світлового спектра й не пропускають інфрачервоних та ультрафіолетових променів. Світлопроникнення вимірюють коефіцієнтом пропускання, який визначається відношенням кількості світлової енергії, що пройшла крізь скло, до повної його енергії. Світло пропускання віконного скла при товщині 5 мм становить 84…87 % і залежить не тільки від виду скла, а й кута падіння світлових променів.

У будівельних конструкціях скло зазнає дії розтягу вальних й ударних навантажень, рідше – дії стиску, тому основними характеристиками, що визначають його якість, є міцність при розтягу та крихкість.

Теоретична міцність скла при стиску становить більше 20000 МПа, а при розтягу – 12000 МПа, фактична – значно нижча (при стиску – 500…2000 МПа, при розтягу – 35…100 Мпа).

Однією з причин великої різниці між теоретичною і реальною міцністю скла є дефектність поверхні реального скла – наявність мікротріщин, що сильно послаблюють опір матеріалу впливу зовнішніх навантажень.

Вважають, що утворення поверхневих дефектів залежить від ступеня однорідності вихідної маси, способу і умов формування виробів, характеру механічної та термічної обробки, температури і вологості навколишнього середовища, тривалості дії навантаження, масштабного фактора.

---

Крихкість як показник деформативності є головним недоліком скла.

Густина скла становить 2,45…2,55 г/см³, а для спеціальних стекол може досягати 8 г/см³.

Теплопровідність звичайного скла становить 0,4…0,8 Вт/(м·К), теплоємність – 0,63…1,05 кДж/(кг·К).

Термічна стійкість. При різкому охолодженні скла поверхневі шари охолоджуються швидше внутрішніх, тому на поверхневих шарах скловиробів виникають напруження розтягу, у внутрішніх - стиску. При швидкому нагріванні виробу, навпаки, на поверхневих шарах скловиробів виникають напруження стиску, у внутрішніх - розтягу. Враховуючи, що руйнування скла починається з поверхні і міцність скла при стиску в багато разів більша міцності при розтягу, різке охолодження скловиробів більш безпечне, ніж швидке нагрівання. Звичайно термостійкість скла залежить від хімічного складу, температурного коефіцієнта лінійного розширення і товщини виробів.

Скло має значну густину і водночас високу звукоізоляційну здатність. За цим показником скло завтовшки 1 см відповідає цегляній стіні завтовшки 12 см.

Хімічна стійкість скла залежить від його хімічного складу. Оксиди елементів І групи найбільш вагомо знижують водостійкість скла. Найбільший вплив на підвищення хімічної стійкості стосовно води мають оксиди ІУ групи елементів: SiO₂, TiO₂, ZrO₂.

Силікатне скло має високу стійкість до більшості розчинів кислот, за винятком HF і H₃PO₄.

4.1.2. Матеріали й вироби із скла

Таблиця 2 - Основні види виробів із будівельного скла і їхнє застосування

Вироби	Вид скла	Застосування
Листове будівельне та декоративне скло	Віконне та вітринне неполіроване Вітринне поліроване Візерункове кольорове та безбарвне, «Мороз» і «Заметіль» Армоване кольорове та безбарвне	Скління вікон, дверей, вітрин, ліхтарів верхнього світла, виготовлення елементів меблів, влаштування внутрішніх перегородок і огорож балконів
Листове скло зі спеціальними властивостями	Увіолеве (пропускає ультрафіолетові промені) Тепловбирне Тепловідбивне Теплозахисне Загартоване	Скління дитячих і лікувальних установ, спортивних і оздоровчих споруд, музеїв, бібліотек, електронагрівальних скляних споруд
Кольорове та художнє скло	Вітражне, забарвлене в масі або накладне, скляна мозаїка, смальта	Виготовлення художніх вітражів, напівпрозорих екранів, виготовлення художніх панно
Будівельні вироби	Скляні порожнисті блоки, лінзи, плитки, профільне скло, склопакети, труби, ніздрювате скло, скляне волокно	Заповнення світлових прорізів у стінах, перегородках, покриттях, спорудження стін неопалюваних споруд, улаштування внутрішніх перегородок, тепло- і звукоізоляційні вироби, напірні, безнапірні та вакуумні трубопроводи для транспортування агресивних речовин.

---

Таблиця 3 - Марки листового скла

Марка скла	Товщина, мм	Умовна назва	Рекомендована галузь застосування
М1	2…6	Дзеркальне поліпшене	Виготовлення високоякісних дзеркал, вітрових стекол легкових автомобілів
М2	2…6	Дзеркальне	Виготовлення дзеркал загального призначення, безпечних стекол транспортних засобів
М3	2…6	Технічне поліроване	Виготовлення декоративних дзеркал, безпечних стекол транспортних засобів
М4	2…6	Віконне поліроване	Високоякісне скління світлопрозорих конструкцій
М5	2…6	Віконне неполіроване	Скління світлопрозорих конструкцій, безпечних стекол для сільськогосподарських машин
М6	2…6	Те саме	Скління світлопрозорих конструкцій
М7	6,5…12	Вітринне поліроване	Високоякісне скління вітрин, вітражів
М8	6,5…12	Вітринне неполіроване	Скління вітрин, вітражів, ліхтарів

4.1.3. Склокристалічні матеріали

Склокристалічними називають штучні полікристалічні матеріали, які одержують кристалізацією скла або кам’яного розплаву відповідного хімічного складу.

Сировиною для склокристалічних матеріалів є ті самі матеріали, що й для скла (з підвищеними вимогами щодо чистоти), а також спеціальні домішки – каталізатори (модифікатори), які інтенсифікують процес кристалізації скла.

Шлакоситали – це різновид склокристалічних матеріалів, які виготовляють направленою кристалізацією шлакових стекол. До складу шихти входять гранульований доменний шлак, кварцовий пісок та каталізатори кристалізації (сульфат натрію, кремнефтрорид натрію, оксиди і сульфіди хрому, титану, цинку, феруму тощо).

Виробництво шлакоситалів складається з двох етапів:

1) одержання шлакового скла й формування виробів;

2) термічна обробка виробів.

4.1.4. Матеріали й вироби із кам’яного литва

Литі кам’яні вироби – це штучні силікатні матеріали, одержані на основі розплавлених гірських порід: базальту, діабазу, доломіту, крейди тощо.

Змінюючи умови структуроутворення, одержують матеріали різної структури: щільні, ніздрюваті й волокнисті.

З кам’яного литва випускають вироби у вигляді плоских і вигнутих плиток, деталей жолобів, труб, штуцерів. Литі вироби світлих тонів застосовують у будівництві як облицювальний матеріал, архітектурні деталі, а також в інших галузях промисловості.

Плавлені вироби характеризуються великою середньою густиною (2900…3000 кг/м³). Через малу пористість (до 2%) і закритий характер пор вони мають низьке водопоглинення (до 0,22 %) і підвищену морозостійкість (до 500 циклів). Висока довговічність їх зумовлена підвищеними значеннями кислото- (98,6…99,8 %) й лугостійкості (до 90 %). Стиранність виробів становить 0,04…0,08 г/см², тобто в 3…5 разів менша, ніж у граніту. Границя міцності при стиску складає 230…300 МПа, при згині 30…50 МПа. Литі кам’яні вироби відрізняються діелектричними властивостями й високою термостійкістю (до 900 ^оС).

---

Смотрите также файлы

• Практикум по политологии.doc

• Философия 3уровень.doc

• Диплом-DESKTOP-T5SUMLS.docx

• тести.docx

• Робоча навчальна програма дисципліни.docx