Кристаллизационная способность




Возможность кристаллизации расплава, или наоборот способность его к образованию стекловидного состояния зависит от состава расплава, его свойств и условий охлаждения.

Кристаллизация – процесс, в ходе которого создается упорядоченная решетка кристалла из менее упорядоченной структуры жидкости (расплава). В технологии стекла кристаллизация – нежелательный процесс, приводящий к браку – заруханию стекла.

Механизм кристаллизации включает 2 стадии: образования центров кристаллизации (зародыша) и рост кристаллов в них.

Способность жидкости к стеклованию в области переохлаждения зависит:

- от скорости образования центров кристаллизации (СОЦК)

- линейной скорости роста кристаллов (ЛСРК);

- вязкости

1) чем меньше СОЦК и ЛСРК тем меньше склонность к кристаллизации

2) вещество тем легче переходит в стеклообразное состояние, чем больше его вязкость и чем быстрее она увеличивается с падением температуры

3) для получения вещества в стеклообразном состоянии необходимо проводить охлаждение с достаточно высокой скоростью, чтобы быстро миновать температуру оптимума кристаллизации.

 

Критическая скорость охлаждения представляет собой количественную характеристику склонности данного вещества к стеклообразованию. Обычно стеклообразующими веществами называют вещества, у которых критические скорости охлаждения меньше 1 К/с. Для веществ с высокой склонностью к стеклообразованию критические скорости составляют 10-1…10-2 К/с.

 

 

Эстетические свойства

Регулируются в достаточно широких пределах.

При выборе стекол для художественных изделий руководствуются следующими соображениями:

- Стекло должно хорошо провариваться и осветляться

- иметь большую температурную область формования (быть длинным)

- должно быть склонно к механической обработке

- иметь высокую химическую и термическую стойкость

 

ФОРМА

Стекло поддается различным способам обработки как в расплавленном, так и в твердом состоянии, что делает повзможным получение разнообразных по форме изделий.

 

ЦВЕТ И ПРОЗРАЧНОСТЬ

Окрашивание стекла

Для художественных изделий из стекла в соответствии с требованиями дизайна одним из важнейших приемов декорирования является окраска.

Кроме декоративных окраска выполняет утилитарные функции. Показатели пропускания (поглощения) в видимой области спектра важны при оценке цвета окрашенных бытовых, сигнальных и др. изделий. Пропускание в инфракрасной области спектра важно для варки стекла и формования стеклоизделий, а в ультрафиолетовой для эксплуатационных свойств стекол (изделия из увиолевого стекла должны пропускать УФ лучи, а тарные стекла – задерживать).

Окраска стекол обусловлена избирательным поглощением лучей света в определенных областях спектра, причем цветное стекло хорошо пропускает лучи определенной длины волны, которые мы видим и в значительной мере поглощает остальные лучи.

Механизм окрашивания стекол в зависимости от состояния красителей в стекле и их количества различен. Выделяют три группы красителей: молекулярные, ионные, коллоидные.

К группе ионных красителей принадлежат катионы переходных и редкоземельных элементов (3d- и 4f- элементы), особенность электронного строения которых состоит в том, что в ионном состоянии они имеют неспаренные электроны и незаполненные орбитали. При введении таких катионов в любую среду возникают типичные спектры поглощения, характерные для ионного состояния данного компонента. Цвет, который придают ионы стеклу, предопределяется полосой переноса заряда (электрона) с 2р- орбиталей кислорода на d- или f- орбитали иона красителя.

Окрашивающие соединения обычно находятся в стекле в одной или нескольких степенях окисления. В первом случае цвет стекла не зависит от состава стекла и условий варки (Ni, Co, редкоземельные элементы). Во втором случае цвет стекла в значительной степени зависит от окислительно-восстановительных условий варки (Mn. Cr, Fe, Cu, V)

Размер до 1 нм, краситель не образует собственной фазы

Группу молекулярных красителей составляют сульфиды, селедниды и смешанные кристаллы сульфаселенидов тежелых металлов – кадмия, сурьмы, висмута, свинца, железа, серебра, меди и др. В стекле они присутствуют в виде равномерно распределенных микрокристаллических образований, размер которых не превышает 50 нм. Причиной окрашивания является не рост кристаллов, а образование молекулярных окрашивающих центров. Поглощение света обусловлено возбуждением электронов из валентной зоны в зону проводимости соответствующего полупроводникового соединения.

Некоторые молекулярные красители образуют в стекле сложные соединения, а окончательная окраска достигается при его тепловой обработке (наводке).

Группу коллоидных красителей составляют тяжелые металлы Cu, Ag, Au, Pt, Bi, которые могут легко восстанавливаться в стекле до атомарного состояния из различных соединений и образовывать стабильные коллоидные частицы. Природа окрашивания стекол такими кристаллами состоит в рассеянии света на коллоидных частицах металла. Размер частиц от 1 – 500 нм (свыше 500 нм – глушенные стекла).

При размерах коллоидных частиц менее 5 нм получаются бесцветные стекла. При наводке происходит рост частиц. Частицы размером 40 – 100 нм поглощают свет. Золото окрашивает в пурпурный цвет, серебро – в желтый, медь – в красный.

 

Глушение стекла можно определить как разновидность окрашивания. Глушение вызывается частицами, выделяющимися из расплава при охлаждении или дополнительной тепловой обработке, вследствие ограниченной растворимости некоторых веществ в стекле. Размер частиц больше 500 нм, поэтому рассеяние света преобладает над поглощением и пропусканием. В зависимости от размеров и количества частиц можно получить эффект глушения от слабого (опаловые) до интенсивного (молочные). Частицы бывают белыми (например фториды, фосфаты) или цветными (например хромовый и медный авантюрин). Цветное глушение наблюдается также при укрупнении размеров частиц при коллоидном окрашивании.

Глушение может быть достигнуто также при ликвации стекла, т.е. при образовании неоднородностей во время расслоения.

Глушение также может быть осуществлено сульфидом цинка ZnS, который обладает ограниченной растворимостю в стекле, снижающейся по мере охлаждения. Цвет от светло-опалового до белого, с полосами желтого и коричневого цвета (от сульфида железа) – мраморовидные изделия.

Эффект глушения может быть достигнут введением в стекломассу мелкодисперсных нерастворимых частиц. Белое глушение строительно-архитектурного стекла – мелкодисперсный глинозем Al2O3.

Для окрашивания глушенных стекол применяют такие же красители, как и для окрашивания прозрачных стекол. Т.к. окраска наблюдается в отраженном свете, то действие красителей в глушеном стекле отличается от действия в прозрачном стекле.

 

Обесцвечивание стекла

Перевод оксидов железа в оксидную форму (III), менее интенсивно окрашивающую стекло, может быть достигнут главным образом за счет окисления в процессе варки стекла.

Химическое обесцвечивание осуществляется при вводе кислородсодержащих соединений: оксида мышьяка, селитры (натриевой и калиевой), а также оксида церия.

Физическое обесцвечивание. Заключается в ведении в состав стекла небольших количеств специальных красителей, которые окрашивают стекло в цвет дополнительный к цвету, создаваемому оксидами железа.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-07-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: