Практически у каждого материала и соединения в мире имеется три возможных состояния: твердое, жидкое и газообразное. В нормальных условиях материалы пребывают в разном состоянии, которое зависит от их химических свойств.
Чтобы вывести их из равновесия, необходимо повышать или понижать температуру до указанного значения. Например, температура плавления стекла начинается примерно с 750 градусов по Цельсию. Материал имеет так называемые аморфные свойства, поэтому у него и нет конкретного значения.
Все зависит от количественного и качественного состава примесей в соединении. Так что установить конкретное значение для выбранного предмета можно исключительно экспериментальным путем. Для этого понадобится определенный набор измерительных приборов, который имеется только в специализированных лабораториях. Можно, конечно, взять и бытовые аналоги, но они будут иметь слишком большую погрешность.
Свойства стекла
Кроме того факта, что существует температура плавления стекла, и что из этого материала можно делать самые разнообразные изделия, он имеет много других свойств. Плотность стекла во многом зависит от его химического состава, этот показатель характеризует отношение объема к весу материала. Так, этот показатель самый низкий у кварцевого стекла.
Хрустальное, наоборот, имеет самую высокую, которая может превышать 3 г/см3. От химического состава также зависит и прочность этого материала, то есть то, как стекло может сохранять свою целостность в изделиях под воздействием внешних нагрузок. При растяжении и при сжатии влияние химического состава практически одинаково. На твердость материала влияет наличие или отсутствие примесей и их количественный показатель в данном экземпляре. Самым твердым считается то, в состав которого входит большое количество кремнезема, а именно кварцевое, а также боросиликатное. В свою очередь, наличие в составе окислов свинца снижает прочностные характеристики. Как известно, высокая температура плавления стекла позволяет изменить его внешний вид и при необходимости получить совершенно иную форму. Но при низких температурах, которые считаются нормальными для человеческой жизнедеятельности, стекло под воздействием нагрузок разрушается, а не деформируется.
Хрупкость стеклянных изделий зависит от толщины материала, а также формы. Проще всего разбить на осколки получается стекло плоской формы. Чтобы этот показатель повысить, на производстве материала в состав добавляют окислы магния, борный ангидрид. Чем более неоднородно стекло, тем больше вероятность, что при механических нагрузках оно разобьется.
Печи для плавления стекла и их виды
Муфельная печь – устройство для равномерного нагревания веществ. Она состоит из:
- Корпуса.
- Камеры, которую еще называют муфелем.
- Двери.
- Блока управления.
Корпус может быть выполнен из нержавеющей стали или углеродистой. Модели из нержавейки служат намного дольше.
Муфель – самая важная часть печи, потому что именно в нем плавится стекло и располагаются нагревательные элементы. Он может быть выполнен из керамики, корунда или специального волокна.
Еще одна важная часть – это блок управления, который отвечает за выбор режима и настройку печи. Сейчас все печи оснащаются электронными блоками, которые вытеснили циферблатные.
Схема муфельной печи
Можно ли расплавить стекло в определенной муфельной печи, зависит от вида самого устройства. Существуют различные их типы, которые отличаются:
- Максимальной температурой нагрева.
- Способом нагревания.
- Устройством.
Муфельная печь SNOL
Наиболее важной характеристикой считается диапазон температур. По этому параметру печи разделяют на:
- Низкотемпературные – до 400оС.
- Среднетемпературные – до 900оС.
- С большой температурой – до 1400оС.
- Высокотемпературные – до 2000оС.
Отличаются печи и по режиму обработки, бывают:
- Работающие в воздушной среде (обычные).
- Вакуумные (нагрев производится в вакууме).
- Работающие в газовой среде (нагрев производится в присутствии различных газов, например, водорода, азота, аргона и пр.).
Есть модели, которые предназначены для домашнего использования, а есть профессиональные агрегаты, которые используются в лабораториях или на крупных предприятиях. Как отечественные, так и зарубежные производители выпускают различные варианты муфельных печей. Хорошо зарекомендовала себя литовская компания SNOL.
Воздействие температуры
Отдельного внимания стоит температура плавления стекла. Несмотря на хрупкость материала, для того чтобы перевести в жидкое состояние, потребуется нагреть его до высоких температур. Что касается обычного стекла, то его температура плавления колеблется от 425 до 600 оС, у кварцевого этот показатель достигает 1000 оС. Из-за своей хрупкости и, соответственно, сложности произведения действительно больших деталей из стекла, появилась необходимость создания такого материала, который мог бы быть более прочным, сохраняя при этом остальные свойства. И в 1936 году в продажу поступает органическое стекло. Температура плавления оргстекла низкая, составляет всего 160 оС, а при 200 оС материал доходит до кипения. Применяется оргстекло буквально везде, поскольку прозрачность у него такая же, как и у других но вот по удароустойчивости оно стоит на порядок выше.
Воздействие на окружающую среду
Основное воздействие производства стекла на окружающую среду обусловлено процессами плавления, при которых в атмосферу выделяются различные газы. Например, сжигание топлива или природного газа и разложение сырья приводят к выбросу диоксида углерода.
Аналогичным образом, при разложении сульфатов в материалах партии образуется диоксид серы, который способствует подкислению. При разложении соединений азота высвобождаются оксиды азота, что способствует подкислению и образованию смога. Кроме того, при испарении из сырья и расплавленных компонентов в атмосферу выбрасываются тонны частиц.
Другие факторы, такие как выбросы летучих органических соединений и образование твердых отходов в процессе производства, также вызывают экологические проблемы.
Однако переработанное стекло может решить многие из этих проблем. Его можно переработать несколько раз без значительной потери качества. Каждые 1000 тонн переработанного стекла могут привести к сокращению выбросов углекислого газа на 300 тонн и экономии энергии на 345 000 кВтч.
В меньшем масштабе переработка одной стеклянной бутылки может сэкономить достаточно энергии для питания 20-ваттной светодиодной лампы в течение часа.
Несмотря на то, что обе технологии производства значительно улучшились с точки зрения эффективности, дальнейшее сокращение выбросов частиц пыли, двуокиси углерода и двуокиси серы по-прежнему является основной экологической задачей при производстве листового стекла.
Кварцевое стекло
Этот вид стекла получают путем плавления сырья высокой чистоты. Поэтому ответ на вопрос о том, при какой температуре плавится стекло кварцевое, – 1000оС. Это демонстрирует тот факт, что данный тип материала ещё и самый термостойкий, поэтому, если опустить его в раскаленном виде в холодную воду, он не будет трескаться. Благодаря этому кварцевое стекло можно использовать при очень высоких температурах, ведь чтобы привести его жидкое состояние, температура должна достигать 1500оС.
Существует две разновидности этого стекла — прозрачный и молочно-матовый кварц. По своим показателям они практически одинаковы, но отличаются оптическими свойствами. Поверхность кварцевого стекла имеет бльшую адсорбционную способность не только к влаге, но и к некоторым газам. Также стоит помнить о том, что кварц необходимо предохранять от всевозможных загрязнений, в том числе и от жирных следов от рук, подобные пятна можно удалить этанолом, как вариант используют ацетон.
Рынок
В 2021 году мировой рынок производства стекла оценивался в 127 миллиардов долларов, и, по прогнозам, в период с 2021 по 2027 год он будет расти на 4,1%.
Основными факторами, способными стимулировать рост рынка, являются постоянно растущий спрос на бытовую электронику и проникновение искусственного интеллекта в потребительские и бизнес-приложения.
Плоское стекло, как ожидается, будет играть ключевую роль в архитектурных решениях в течение ближайшего года.
Недавняя тенденция предполагает быстрый переход в архитектуре зданий, который максимизирует естественный дневной свет за счет интеграции плоского стекла в крыши и фасады. Поскольку плоское низкоэмиссионное стекло с тройной изоляцией из серебра способствует значительной экономии энергии, его можно широко использовать в экологичных зданиях по всему миру. Солнечное плоское стекло, вероятно, также значительно вырастет в ближайшие несколько лет.
В настоящее время Китай является ведущим мировым экспортером стекла и изделий из него, на его экспорт приходится более 23% мирового экспорта стекла и изделий из него на сумму около 18 миллиардов долларов. На долю Германии и США приходится примерно 9% и 7% мирового экспорта стекла.
Боросиликатное стекло
Этот вид стекла имеет в своем составе большое количество оксида бора, чем и объясняется его название. Благодаря введению в состав этого вещества, оно может быть гораздо прочнее других видов. Стойкость к термоудару у боросиликатного стекла может превышать этот показатель у известкового в 5 раз. Другие показатели связаны с химической стойкостью стекла, позволяют активно использовать его в электротехнике. Чтобы размягчить этот вид описываемого материала, необходимо нагреть его до температуры 585оС.
Сфера применения
Марки термостойкого стекла получили широкое распространение на предприятиях, производственный процесс которых связан с высокими температурами. Использование прозрачного материала с хорошей жаростойкой характеристикой дает возможность обеспечить беспрерывную работу узлов и агрегатов, при этом гарантирует безопасность обслуживающего персонала. Установка огнеупорных стекол в дверях и перегородках, отделяющих производственные помещения, заметно снижает вероятность возникновения и распространения пожара.
Данный материал незаменим и в быту, там, где присутствует высокая температура, а использовать металл нецелесообразно. Яркий пример – стеклянные дверцы для камина. Это удобно, красивый и функциональный камин отлично дополнит интерьер жилого дома, он же создаст атмосферу тепла и уюта. Дверца из огнеупорного стекла – это красиво и практично. Она не станет преградой для теплового излучения, при этом защитит комнату от дыма и копоти.
Огнеупорное стекло можно встретить на кухне, среди прочего: кухонный фартук, прозрачные дверцы духовых шкафов и микроволновых печей. Подобные решения позволяют контролировать процесс приготовления пищи без необходимости открывать дверцу. Отдельно можно вспомнить варочные поверхности газовых плит, они позволяют равномерно распределить нагрев, тем самым способствуя экономии энергоресурсов.
Стекло, устойчивое к высокой температуре используется и для изготовления посуды. Прозрачная кухонная утварь отлично подходит как для готовки на открытом огне, так и для приготовления в духовке. Более того, прозрачную посуду можно использовать в микроволновке. Дополнительный плюс – стеклянная поверхность легко моется.
Недостатки материала
Стоит помнить, что большинству видов огнеупорного стекла свойственна хрупкость. Работая с этим материалом нельзя допускать ударных нагрузок и чрезмерного давления на его поверхность.
Огнестойкое стекло трудно поддается обработке. Многие виды стекол вообще не режут или же применяют для резки лазерные, гидравлические аппараты. Разрезать его в домашних условиях крайне сложно. Лучше несколько раз отмерить, чтобы лишний раз убедиться в правильности размеров, чем пытаться подогнать лист под свои потребности.
Когда другого варианта, кроме резки, попросту нет, на помощь умельцу придет небольшая болгарка с алмазным кругом.
Работать надо с особой осторожностью, не допускать излишнего нажима, место распила постоянно смачивать маслом. Резка стекла с огнеупорными качествами будет длительной и грязной процедурой к тому же никто не даст гарантии положительного результата.
Особенности изготовления
Производство огнеупорного стекла – это сложный технологический процесс, включающий в себя постоянный контроль на каждом этапе. Технология производства разнится, она зависит от типа и предназначения материала.
Для изготовления недорогих, но достаточно качественных видов огнеупорного стекла используют боросиликаты. Более дорогим является кварцевое стекло. Компоненты смешиваются, плавятся, прокатываются. Полученный листовой материал проходит цикл специфических производственных процессов, состоящий из химической обработки, закаливания с последующей высокотемпературной полировкой. Все это призвано обеспечить должный уровень жаростойкости и придать стеклу привлекательный вид.
Противопожарные стекла в обязательном порядке проходят температурные испытания, по результатам которых выдается сертификат на продукцию.
Основные характеристики
Существует несколько показателей, определяющих свойства огнестойкого стекла. Они помогают определить, подходит ли материал для применения в тех или иных целях, соответствует ли он противопожарным нормам.
Коэффициент теплового расширения. Это величина, которая характеризует степень изменения линейных размеров вещества при изменении его температуры.
Термостойкость. Данное значение определяет максимальную температуру, при которой материал сохраняет свои свойства. Обычное закаленное огнеупорное стекло, применяемое в быту, гарантировано справится с температурами 500-550 градусов. Допускается кратковременный нагрев до 760 (для однослойных) и 1000 (для многослойных стекол) градусов.
Толщина материала. Промышленность предлагает огнеупорное стекло разной толщины. Для домашних нужд используется материал толщиной 4-5 мм.
Срок службы огнеупорного стекла напрямую зависит от условий эксплуатации. Для обеспечения максимального срока службы боросиликатного стекла, используемого в дверцах каминов желательно не поднимать температуру пламени выше 500-550 градусов, в таком режиме оно прослужит несколько тысяч часов. С повышением же температуры этот показатель заметно снижается.
