Sklo Struktura Jednofázová hmota s neuspořádanou strukturou na dlouhé vzdálenosti
Dřívější teorie: Nové teorie:
Sklo je přechlazená kapalina s vysokou viskozitou, která brání krystalizaci I. Struktura skla se skládá z pravidelných krystalitů s krystalickou stavbou. Směrem k okrajům jsou krystality deformovány a prostor mezi nimi je vyplněn amorfní hmotou. II. Skla obsahují podobné atomové vazby, jako chemicky podobné krystaly: Si skla – křemen SiO2, B skla – B2O3, AL skla – AL2O3.
Od krystalu se sklo liší izotropií, tj. nemá vektorové vlastnosti: sklo – izotropní, krystaly – anizotropní Sklo má větší vnitř. energii ∆H než krystaly → může samovolně přecházet do krystalického stavu (do stavu s nižší ∆H) Vlastnosti Měrná hmotnost ρ = 2,2 - 2,38 g/cm3 Tepelná vodivost λ = 0,67 – 1,26 x 10 -4 J/cm.s.°C Pro srovnání: ocel 0,1% C, 100 °C: λ = 0,544 J/m.s.°C ocel Cr18NI9, 20 °C 0,201 J/m.s.°C ocel Cr18Ni9Mo2Ti, 20 °C 0,147 J/m.s.°C Mez pevnosti σP tlak = 588 – 1226 MPa σP tah = 34 - 83 MPa Teplota tavení ttav = 1000 °C (Pb sklo) ● Lom světla Index lomu světla n: křemenné sklo korundové sklo diamant voda
n =1.46 n =1.61 n = 2.42 n = 1.33
vzduch vakuum
n = 1.00028 n=1
Zákon lomu světla:
sin 1 1 sin 2 2
n
sin 1 n2 sin 2 n1
c v
c ... rychlost světla ve vakuu
v ... rychlost světla v prostředí v1 v1 c n2 v2 v2 c n1
● Smáčivost skla, fyzikální princip: reakce povrchu pevné hmoty na povrchové napětí kapaliny σ = dF/dl, kde F je síla působící na vytčenou délku l v hladině kapaliny. Povrchové napětí a smáčivost jsou v nepřímé úměrnosti. smáčivost křemene (SiO2) > smáčivost galenitu (PbS)
Opačný je vztah pevné hmoty a plynné látky, např. vzduchu. Zde platí přímá úměrnost mezi smáčivostí pevné hmoty a vzduchu. Proto bublinky vzduchu na dobře smáčitelném povrchu dobře přilnou. Tohoto efektu se využívá při flotaci prachových podílů nerostů, kdy se vlivem přítomnosti flotačního oleje ve vodě zlepší smáčivost užitkové složky nerostů, které pak vyplouvají k hladině, a zhorší se smáčivost hlušiny, která sedimentuje. ● Viskozita: podle t °C je součinitel dynamické viskozity skla η = 102 – 1016 P (1 P = g/cm.s) Schéma proudění kapaliny:
Matematická představa dynamické viskozity kapaliny: Pro směrnici křivky y = f(v), kde y je výška vrstvy kapaliny a v je rychlost proudění kapaliny, dy platí: fyzikálně tg a geometricky tg , kde η je součinitel dynamické viskozity, τ dv je vnitřní tangenciální napětí mezi vrstvami kapaliny o infinitezimální tloušťce dy a v je aktuální rychlost proudění kapaliny v dané vrstvě. Tangenciální napětí τ lze fyzikálně vysvětlit jako vnitřní tření. Odtud platí mezi součinitelem dynamické viskozity a vnitřním napětím mezi vrstvami kapaliny o infinitezimální tloušťce vztah: dy , dv dv a tudíž pro vnitřní tangenciální napětí . dy Vyšší η: olovnatá draselná, sodná skla Nižší η: křemenná, korundová skla Viskozitní křivka Charakteristika teplotního chování skla a význačné body definované viskozitou: bod tavení 102 P bod tečení 105 P horní teplota tvarování bod měknutí 107.65 P dolní teplota tvarování 11 bod dilatační 10 P bod transformační 1013 – 1014 P bod chladicí 1013.4 P horní chladicí teplota bod pnutí 1014.6 P dolní chladicí teplota Rovnice viskozitní křivky:
ln a
b t
horní teplota tvarování při η = 105 P …. tečení dolní teplota tvarování při η = 108 P …. měknutí Dlouhé sklo: PbO, K+, Na+ (olovnaté, draselné, sodné) širší interval pracovních teplot; sklo je dlouho plastické Krátké sklo: CaO, MgO (vápenaté, hořečnaté) kratší interval pracovních teplot; sklo rychle tuhne Pracovní teploty skla:
Výroba Příprava surovin Tavení
sklářský kmen: písek SiO2, H3BO4, K3PO4, vápenec CaCO3, dolomit CaMg(CO3)2, soda Na2CO3, potaš K2CO3, sulfát Na2SO4, ledek NaNO3, Mg(NO3)2, střep (20 – 30 %) pece pánvové (plamenné nebo elektrické) – nespojitý proces pece vanové – kombinovaný ohřev el. + plyn, vyzdívka šamot + dinas – spojitý proces teplota tavení 1400 – 1500 °C tvorba silikátů
první výskyt taveniny = nízkotající složky a eutektika rozpuštění přebytečného písku Přidávání přísad
dle požadovaných vlastností skla, např. barva
Čeření
Rozklad čeřiva na příslušné kysličníky a CO2, SO2 nebo NOX, nejvyšší teplota až 1550 °C, nejnižší součinitel dynamické viskozity η. Tato fáze se vyznačuje nejnižší viskozitou skloviny, rozkladem uhličitanů, síranů a dusičnanů. Tvoří se bublinky unikajících plynů, které čistí skelnou lázeň od vměstků, homogenizují (promíchávají) lázeň teplotně a chemicky. Snížení teploty na pracovní úroveň pro fázi tvarování dle viskozitního diagramu
Sjetí Tvarování
Lisování, odlévání, foukání, válcování, tažení, výroba trubic, vláken a stříže
Chlazení
Provádí se řízenou rychlostí v peci dle viskozitního diagramu.
Úprava za studena
Broušení, řezání, leptání (H2F2), rytí, vrtání, soustružení, leštění (elektrické, chemické)
Úprava za tepla
Listrování, glazování, smaltování, emailování Listr = vrstva vypálených těžkých kovů (Fe, Co, Au) Smalt = sklovina na kovech, 800 – 900 °C, 2 vrstvy (základní a krycí) smalty bezborité smalty technické 3borité (B2O3, BO3 ) umělecké (majoliky) titaničité (TiO2) zirkoničité (ZrO2) Glazura – email: sklovina na keramice pojivo – laky zušlechtěné oleje, asfaltové laky
Autoři doporučované literatury k prostudování Drahošová, O., Hošková, S., Langhamer, A, Medková, J.
