Визначення економічної ефективності технологічних процесів

Властивості скла визначаються насамперед, складом входять до нього оксидів. Головними стеклообразующие оксидами є оксидикремнію, фосфору і бору, відповідно до чого скла називають силікатними, фосфатними або боратного. Переважна більшість промислових стекол є силікатними. Фосфатні скляні розплави застосовують в основному для виробництва оптичних, електровакуумних стекол, боратного - для спеціальних видів скла (рентгенопрозорий, реакторних і ін.) Змішані боросилікатне скла застосовують для виготовлення оптичних і термічно стійких скловиробів.

Хімічний склад стекол в значній мірі впливає на їх властивості. Будівельне скло містить 71,5 - 72,5% SiO 2, 1,5 - 2% Al 2 O 3, 13 - 15% Na 2 O, 6,5 - 9% CaO, 3,8 - 4,3% MgO і незначна кількість інших оксидів (Fe 2 O 3, K 2 O, SO 3). Збільшення вмісту оксидів Al 2 O 3, CaO, ZnO, B 2 O 3, BaO підвищує міцність, твердість, модуль пружності скла і знижує його крихкість. Підвищений вміст SiO 2, Al 2 O 3, B 2 O 3, Fe2 O 3 збільшує теплопровідність. Оксиди лужних металів, а так само CaO, BaO підвищують температурний коефіцієнт лінійного розширення, а SiO 2, Al 2 O 3, ZnO, B 2 O 3, ZrO 2 зменшують його. Введення до складу скла оксиду свинцю замість частини SiO 2 і Na 2 O замість K 2 O призводить до підвищення блиску і світлової гри, що дозволяє отримувати кришталеві вироби. Добавки фторидів і пятиокиси фосфору зменшують прозорість стекол, дозволяють отримувати «глушене», непрозорі скловироби. Таким чином, варіювання хімічного складу стекол дозволяє змінити їх властивості в потрібному напрямку, згідно з областю їх використання.

Скло як будівельний матеріал володіє цілим рядом цінних якостей, не властивих іншим матеріалам, і перш за все, прозорість при високій щільності і міцності, у зв'язку з чим воно є незамінним матеріалом для светопроемов.

Щільність звичайного будівельного скла, складає 2,5 т / м 3. Зі збільшенням вмісту оксидів металів з низькою молекулярною масою (B2 O 3, LiO 2) щільність скла знижується до 2,2 т / м 3, із збільшенням вмісту оксидів важких металів (свинцю, вісмуту та ін) щільністьпідвищується до 6 т / м 3 і більше.

Міцність при стисканні скла досягає 700 - 1000 МПа, міцність при розтягуванні значно нижче - 30 - 80 МПа. Міцнісні показники виробів зі скла залежать не тільки від складу, але й від цілого ряду інших факторів: способу отримання, режиму теплової обробки, стануповерхні, розмірів виробу. Низька міцність скла при розтягуванні і вигині обумовлена наявністю на його поверхні мікротріщин, мікронеоднорідною та інших дефектів. Теоретична міцність скла при розтягуванні, розрахована різними способами, досягає 10000 МПа.

Для підвищення міцності скла застосовують різні технологічні прийоми: підвищення температури відпалу, гартування, травлення і комбіновані методи, покриття поверхні різними плівками, мікрокрісталлізація, армування, тріплексованіе та ін При травленні скла плавиковою кислотою відбувається розчинення поверхневого шару і видалення найбільш небезпечних дефектів, в результаті чого міцність скла підвищується в 3 - 4 рази і більше. Загартовування відпалених стекол збільшує міцність у 4 - 5 разів. Комбіновані способи гарту і травлення дозволяють значно підвищити міцність скла (до 800 - 900 МПа). Зміцнення скла після травлення шляхом нанесення силіконової плівки призводить до підвищення міцності скла в 5 - 10 разів.

Термохимический спосіб зміцнення скла полягає в гартуванні з подальшою обробкою кремнийорганической рідиною, що дозволяє отримати загартоване скло із захисною плівкою кремнекислородних і міцністю при вигині до 550 - 570 МПа.

На міцність скла при розтягуванні і вигині в значній мірі впливає розмір виробу. Так, міцність на розтяг скляного волокна діаметром 10 -3 мм досягає 200 - 500 МПа, що значно вище показників для масивного скла. Вплив тривалих навантажень знижує міцність скла приблизно в 3 рази, після чого значення цього показника стабілізується. Настає так зване явище втоми скла, яке обумовлено впливом навколишнього середовища, і перш за все води. Міцність скла змінюється зі зміною температури. Скло має мінімальну міцність при +200 0С, максимальну при - 200 0 С і +500 0 С. Збільшення міцності при зниженні температури пояснюють зменшенням дії поверхнево-активних речовин (вологи), а при високих температурах (до 500 0 С) можливістю появи пластичних деформацій.

Модуль пружності стекол лежить в межах 45000 - 98000 МПа. Ставлення модуля пружності до міцності при розтягуванні (Е / R p) - так званий показник крихкості скла - сягає 1300 - 1500 (у сталі він становить 400 - 450, у гуми - 0,4 - 0,6). Чим більше показник крихкості матеріалу, тим при меншій деформації напругу в матеріалі досягає межі міцності.

Скло є типово крихкими матеріалами. Вони практично не відчувають пластичної деформації і руйнуються, як тільки напруга досягає межі пружної деформації. Крихкість скла - величина зворотна ударної міцності. Ударна міцність при вигині звичайного скла складає 0,2 МПа, загартованого - 1 - 1,5 МПа. Крихкість можна знизити збільшенням вмісту в склі оксидів B 2 O 3, Al 2 O 3, MgO, а так самозагартуванням стекол, травленням кислотою та іншими способами його зміцнення. Твердість звичайних силікатних стекол становить 5