Szkło pod względem stanu skupienia zaliczane jest do ciał stałych amorficznych

(1)

Szkło

pod względem stanu skupienia zaliczane jest

do ciał stałych amorficznych

(2)

SZKŁO - HISTORIA

WITRAŻE - BARWNE OBRAZY

Witraż znany był już w starożytnym Egipcie, gdzie pełnił rolę klejnotów. Na podstawie wykopalisk z Herkulanum i Pompei wiemy, że to Rzymianie jako pierwsi wykorzystywali szkło w roli szyb okiennych, umieszczając jego kawałki w otworach kamiennych murów. Ale to Arabowie byli pionierami w wykorzystywaniu witraży w oknach. Ich okna wykonane były z koronkowych ażurów wyciętych w gipsie lub innym miękkim kamieniu i wypełnione kolorowymi szkłami, płytkami marmuru, a nawet półszlachetnymi kamieniami.

(3)

WITRAŻE – BARWNE OBRAZY

(4)

SZKŁO - HISTORIA

WITRAŻE - BARWNE OBRAZY

(5)

SZKŁO - HISTORIA

WITRAŻE - BARWNE OBRAZY

(6)

SZKŁA BARWNE - HISTORIA

Początkowo szkło witrażowe sporządzano z

popiołu bukowego i dobrze przemytego piasku. Z czasem używano także popiołu z paproci leśnych.

Do barwienia pierwszych szklanych obrazów wykorzystywano:



błękit z tlenku kobaltu



czerwień ze związków miedzi,



purpurę uzyskiwano z manganu,



żółcień z żelaza zmieszanego z manganem.

(7)

SZKŁA BARWNE - HISTORIA

Trumna faraona Tutanchamona (1320 r. p.n.e.)

Na królewskiej głowie i ramionach leżało

prawdziwe, idealnie zachowane arcydzieło

sztuki - maska z podobizną faraona ze złota,

inkrustowanego barwnym

szkłem i kamieniami.

(8)

SZKŁA BARWNE - HISTORIA

Trumna faraona Tutanchamona (1320 r. p.n.e.)

Na królewskiej głowie i ramionach leżało

prawdziwe, idealnie zachowane arcydzieło

sztuki - maska z podobizną faraona ze złota,

inkrustowanego barwnym

szkłem i kamieniami.

(9)

SZKŁO - HISTORIA

WITRAŻE - BARWNE OBRAZY

(10)

Stan stały

Krystaliczny Szklisty

Struktura

uporządkowanie dalekiego zasięgu

uporządkowanie bliskiego zasięgu

Właściwości Otrzymywanie

anizotropowość

Proces krystalizacji w określonej temperaturze

izotropowość

przeobrażenia

strukturalne zachodzące w sposób ciągły

(11)

Co to jest szkło?



Każda substancja, niezależnie od jej składu chemicznego, która w wyniku ochładzania przeszła w sposób ciągły ze stanu ruchliwej cieczy do stanu stałego, przekraczając w pewnej temperaturze lepkość 10

¹³

dPa

^.

s.



Tą temperaturą jest temperatura T

_g

(temperatura witryfikacji – zeszklenia,

transformacji

(12)

Sposoby wytwarzania szkieł



Technologie przemysłowe – topienie, przechłodzenie stopu, formowanie, witryfikacja (zeszklenie), stabilizacja struktury (odprężanie);



Technologie specjalne



metoda zol-żel czyli synteza szkieł z roztworów

^,



metoda CVD czyli otrzymywanie szkieł na

drodze reakcji w fazie gazowej i

kondensacji gazowych produktów reakcji;

(13)

Z czego zrobić szkło

stosując przemysłową technologię topienia i przechłodzenia stopu?

Modyfikatory

Topniki

Surowce

szkłotwórcze Surowce

pomocnicze

(14)

Surowce szkłotwórcze , czyli wykazujące zdolność tworzenia stopu o własnościach szkłotwórczych (wysoka lepkość w temperaturach topienia lub likwidusu);

przykłady : krzemionka SiO

₂

, związki boru, fosforu, tlenki germanu, galu, telluru i inne;

Topniki - związki obniżające temperaturę topienia surowców szkłotwórczych;

przykłady : surowce węglanowe: węglany

sodu, potasu, wapnia;

(15)

Modyfikatory – związki modyfikujące właściwości szkła;

przykłady: surowce węglanowe (węglan baru, węglan magnezu), tlenkowe (tlenki ołowiu, tlenek cynku, tlenek glinu i inn.);

Surowce pomocnicze

^-

związki wspomagające odgazowanie stopu (surowce klarujące) oraz nadające szkłom szczególne własności (surowce barwiące, odbarwiające, wywołujące „zamącenie”

itp.)

(16)

Związki o właściwościach szkłotwórczych

SiO

₂ szkło przemysłowe (okienne, gospodarcze, opakowaniowe) (70% SiO₂)

szkło laboratoryjne typu Pyrex (80% SiO₂)

szkło likwacyjne (95% SiO₂)

szkło krzemionkowe (100% SiO₂)

(17)

Surowce wprowadzające SiO

2

do szkła

 piaski szklarskie (szkła przemysłowe)

 kryształ górski, kwarcyty (szkło krzemionkowe)

ze względu na czystość chemiczną (Fe, Ti, Cr i inne)

8 klas + kl. specjalna [0,006%Fe2O3] minerały ilaste (ok. 10%, kaolinit)

ze względu na uziarnienie

frakcja szklarska: 0,1 - 05 mm (kl. specjalna: 0,1 - 0,315 mm)

Klasyfikacja piasków szklarskich

(18)

Topniki i modyfikatory

(w kolejności spadku elektroujemności):

 litowce: Li

₂

O, Na

₂

O, K

₂

O, Rb

₂

O, Cs

₂

O

 berylowce: BaO, SrO, CaO

Modyfikujące działanie tlenków w strukturze szkła:

zrywanie wiązań mostkowych

tworzenie tlenów aktywnych

osłabienie wiązań chemicznych w więźbie

rozluźnienie więźby

O S i O O

O O

N a

S i O

O

O N a

„tleny aktywne”

(19)

pogorszenie wszystkich właściwości fizyko-

chemicznych w porównaniu ze szkłem krzemionkowym

Konsekwencje modyfikującego działania tlenków

obniżenie temperatury

topnienia, lepkości i napięć powierzchniowych stopu (topniki)

(20)

Topniki i modyfikatory

Tlenki metali jednowartościowych R

₂

O

Na

₂

O

- najbardziej rozpowszechniony tlenek modyfikujący

Ilość wprowadzana do szkieł przemysłowych - około 15-17%

 Działa jako silny topnik

 Pogarsza właściwości szkła

(21)

Soda lekka Na2CO3 ciężar nasypowu 0,5 kg/l

(drobnokrystaliczna)

Surowce wprowadzające Na

2

O

Soda ciężka Na2CO3 ciężar nasypowu 0,5 kg/l

(grubokrystaliczna); bardziej korzystna (mniej higroskopijna, mniejszy rozkurz)

Konieczna kontrola zawartości wilgoci w sodzie!!!!

Surowce wprowadzające Na2O ubocznie (niewielkie ilości 2%):

_boraks

_skaleń

środki klarujące: azotany (NaNO₃), węglany (Na₂CO₃), chlorki (NaCl)

(22)

Topniki i modyfikatory

Tlenki metali dwuwartościowych RO

 spełniają rolę modyfikatorów (Ba, Sr, Ca);

 niektóre z nich z uwagi na wysoką elektroujemność mogą w pewnych warunkach tworzyć elementy więźbotwórcze (LK=4) (Be, Mg, Zn, Pb)

 częściowo zastąpienie tlenków R2O tlenkami RO prowadzi do poprawy właściwości szkła.

 kationy dwuwartościowe tworzą bardziej wytrzymałe wiązania z tlenem i w mniejszym stopniu wpływają na osłabienie wiązań wewnątrz więźby.

S i O O S i O

O

O C a

(23)

Tlenki modyfikujące

Tlenki metali dwuwartościowych RO CaO – typowy modyfikator

Częściowe zastąpienie tlenku Na₂O tlenkiem CaO powoduje:

wzrost wytrzymałości na rozrywanie i wsp. sprężystości;

poprawę odporności chemicznej;

obniżenie współczynnika rozszerzalności cieplnej α;

wzrost odporności termicznej ΔT;

zmniejszenie długości technologicznej szkła (CaO obniża lepkość w wysokich temperaturach , a podwyższa w niskich).

(24)

Zastosowanie:

Wszystkie szkła przemysłowe

przeciętnie w ilościach 7-10 % CaO Surowce wprowadzające CaO

Wapień CaCO3 (pochodzenia mineralnego – główny składnik: kalcyt)

Podział wapieni stosowanych w przemyśle szklarskim:

 kalcyt (grubokrystaliczny)

 marmur (drobnokrystaliczny)

 kreda (struktura ziemista)

Bardzo ważna jest zawartość Fe₂O₃ w wapieniach!!! Szkło bezbarwne: 0,05 – 0,1 % Fe₂O₃

Złoża wapieni: Wojcieszów (Dolny Śląsk), Krzeszowice, Piechcin (Pomorze)