Category: экология

Category was added automatically. Read all entries about "экология".

Структура, свойства и технология стекла. Стекловарение - продолжение продолжения.

Гомогенизация расплавов

В начале стекловарения жидкая фаза, образующаяся при разложе­нии компонентов шихты, весьма неоднородна. Неоднородность постепенно уменьшается в результате перемешивания стекломас­сы всплывающими к ее поверхности пузырьками. Однако получе­ние стекла приемлемой степени однородности требует увеличения времени протекания диффузионных процессов, повышающих гомогенность расплава. Однородная стекломасса характеризуется как расплав, не имеющий значительной гетерогенности. Опреде­лить термин «значительная гетерогенность» довольно затрудни­тельно, так как это зависит от предназначения стекла. Например, вполне допустимый уровень однородности для оконного стекла может оказаться совершенно неприемлемым в случае стекла для оптических линз.

Такие значительные дефекты, как пузырьки, «мошка» и «кам­ни» (нерастворившиеся частицы шихты), часто видны невоору­женным глазом и служат причиной выбраковки большого количества промышленных стекол. Термины «полоса» и «свиль» приме­няются для описания локальных отклонений в составе на отдель­ных участках стекла. Полосы — это двумерные дефекты стекла (слои), отличающиеся по составу от остальной массы стекла. Свиль имеет форму одномерных жилок внутри стекла. Из-за изме­нения коэффициента преломления эти дефекты часто обнаружи­ваются визуально по появлению «волнистости». В окрашенных стеклах области негомогенности можно обнаружить по измене­нию интенсивности цвета. Протяженность дефектных участков стекла определяется как уровень неоднородности, а степень отличия от основной массы стекла по составу или какому-либо другому свойству — как интенсивность неоднородности.

Количественное описание степени неоднородности стекла — задача очень трудная. В основу определения интенсивности неоднородности может быть положено измерение плотности или коэффициента преломления кусков дробленого стекла, а для определения оптических дефектов в результате свильности или полосчатости изучают отклонение от параллельности темных ли­ний шаблона, устанавливаемого за листовым стеклом. За схожесть шаблона со шкурой зебры метод определения оптических дефектов называется методом зебрового щита.

Низкая однородность часто наблюдается из-за плохого пере­мешивания исходной шихты. Влияние перемешивания особенно важно для расплавов, получаемых в лабораторных условиях, кото­рые обычно не перемешиваются и выдерживаются при температу­ре расплава в течение более короткого периода времени, чем про­мышленное стекло. Полосчатость и свильность могут быть резуль­татом взаимодействия стекломассы с огнеупорными материалами. Такие пороки возникают на границе расплав-атмосфера при испарении некоторых компонентов, особенно щелочных металлов, бора или свинца. Уменьшение дисперсности шихты улучшает однородность, так как снижается уровень неоднород­ности исходного расплава. Механическое перемешивание, усили­вающее конвективные потоки, и бурление газом через расплав также способствуют достижению лучшей однородности.

Специальные методы варки

Многие стеклообразующие расплавы получают по специальным технологиям, которые не используются для обычных составов. Токсичные шихты варят в боксах, оборудованных перчатками, для защиты персонала от ядовитых паров или порошков. Из-за лету­чести компонентов варку проводят в закрытых контейнерах, чтобы получить стекло требуемого состава. Для предотвращения загряз­нения неоксидных стекол необходима специальная атмосфера.

На примере получения халькогенидных стекол хорошо видно, какие неожиданные трудности встречаются при варке нетрадици­онных стекол. Компоненты халькогенидных стекол не только ток­сичны и высоколетучи, но и весьма чувствительны к кислороду. Загрязнение кислородом даже в следовых количествах лишает стекло способности пропускать инфракрасное излучение. Такие стекла обычно получают из шихт, приготовленных в сухой инерт­ной атмосфере бокса. Шихтовую смесь помещают в трубку из кварцевого стекла, которую под вакуумом запаивают с обоих кон­цов. Затем трубку помещают в печь, нагревают до необходимой температуры, после чего быстро охлаждают, чтобы из расплава получилось стекло. В таких условиях трудно достичь высокой сте­пени однородности расплава, поэтому для его перемешивания ам­пулы часто нагревают в качающейся печи.

Для варки стекол на основе галогенидов тяжелых металлов во избежание ухудшения их оптических свойств также необходима атмосфера, свободная от кислорода. Такие стекла получают в сре­де СCl4 или SF6, при этом в результате разложения в газовом пространстве появляются свободные галогены. Итак, атмосфера над расплавом выполняет две функции: ловушки для кислорода и источника галогенов для восполнения потерь из-за улетучивания и сохранения стехиометрии расплава. Этот метод называется варкой в реакционной атмосфере.

Источник "Структура, свойства и технология стекла" Дж.Шелби

bf146683