M. I. Kuzmenkov, A. A. Sakovich O‘tga chikadigan nometallik va silikat materiallar texnologiyasi asoslari

Nazorat savollari

1. 
   Glazur tayyorlash usullari.
   

2. 
   Sir ishlab chiqarish uchun xom ashyo, ularning harorat va shisha hosil bo'lish tezligiga ta'siri.
   

3. 
   Yaltiroqlarga qo'yiladigan asosiy talablar va ularning xususiyatlari.
   
4. 
   Yaltiroq nuqsonlar.
   

108

III bo'lim


Shisha TEXNOLOGIYA ASOSLARI

№8 laboratoriya

Shisha ERITISH


Ishning maqsadi -shisha yasash jarayonining fizik-kimyoviy asoslari bilan tanishish va berilgan kimyoviy tarkibdagi stakanni olish.


1.1. Qisqacha nazariy ma'lumotlar

Shisha ishlab chiqarish termal jarayon bo'lib, buning natijasida bir xil bo'lmagan komponentlar aralashmasi bir hil eritma hosil qiladi. Shisha ishlab chiqarishning besh bosqichi mavjud:

• 
  silikat shakllanishi;
  
• 
  shisha shakllanishi;
  
• 
  aniqlashtirish (degazatsiya);
  
• 
  gomogenizatsiya (o'rtacha);
  

• 
  studka (sovutish).
  

Silikat hosil bo'lish jarayonlarining sxemasi shisha aralashmasining tarkibiga va birinchi navbatda, komponentlar soniga bog'liq. Uch komponentli CaO - Na aralashmasi uchun₂O-SiO₂sxema quyidagi ketma-ketlikda taqdim etilishi mumkin:

1. 
   380 ° S dan yuqoriCaNa qo'sh karbonat hosil bo'lishi₂(CO₃)₂
   

2. 
   600–830 °C Silikatlar hosil bo'lishi:
   

CaNa₂(CO₃)₂+SiO₂ Na₂CO₃+ CaSiO₃+2 CO₂

720-800 ° S Na₂CO₃+SiO₂ Na₂SiO₃+CO₂

3. 
   740–800 ° SCaNa evtektikasining hosil bo'lishi va erishi₂(CO₃)₂Na₂CO₃
   

4.	813 ° S	CaNa qo'sh karbonatning erishi2(CO3)2
besh.	855 ° S	Erituvchi natriy karbonat Na2CO3
6.	898–960 ° S	CaCO ning termik parchalanishi3	CaO+CO2
7.	1010 ° S	CaNa2(CO3)2CaO+Na2O+2CO2
		CaO + SiO silikatlarining hosil bo'lishi2	CaSiO3

8. 
   1010 °C dan yuqori Silikatlarning erishi
   

Silikat shishasini eritishning dastlabki bosqichi shisha zaryadini tashkil etuvchi materiallar o'rtasida kimyoviy reaktsiyalarning paydo bo'lishi, ya'ni silikat hosil bo'lishidir. Zaryadni isitishning birinchi bosqichida, hatto o'rtasidagi kimyoviy o'zaro ta'sirdan oldin

109

Zaryad komponentlari o'z-o'zidan bir qator jismoniy o'zgarishlarga uchraydi: zaryaddan namlik bug'lanadi, gidratlarning suvsizlanishi va ba'zi tuzlarning termal parchalanishi jarayonlari sodir bo'ladi. An'anaviy texnologiya bo'yicha qayta ishlangan xom ashyodan tayyorlangan zaryaddan foydalanilganda, ishqoriy va gidroksidi tuproq metallari va zaryadga kiritilgan sulfat birikmalari o'rtasidagi o'zaro ta'sir taxminan 300 ° C haroratda boshlanadi. Bunda qo`sh tuzlar va kam eriydigan evtektikalar hosil bo`ladi. Bundan tashqari, harorat ko'tarilgach, kvarts qumi va alumina o'z ichiga olgan materiallar kimyoviy o'zaro ta'sirga tushib, tuzlar bilan turli xil silikatlar hosil qiladi. Shu bilan birga, ba'zi tuzlar va past eriydigan evtektikalar eritiladi, buning natijasida birlamchi eritma deb ataladigan narsa paydo bo'ladi. Eritma mavjud bo'lganda, zaryadlovchi komponentlarning kimyoviy o'zaro ta'siri sezilarli darajada tezlashadi. Haroratning yanada oshishi silikatlarning erishiga olib keladi. Taxminan 800 ° C haroratda, eritmaga o'tmagan, ammo hosil bo'lgan silikatlar va evtektikalarning eritmasi bilan singdirilgan zaryadning qattiq qoldiqlari zich massa - tort hosil qiladi. Sanoat ko'zoynaklarining aksariyat kompozitsiyalari 1200 ° S haroratgacha qizdirilganda, sinterlangan zaryad massalari eriydi va silikat hosil bo'lishining barcha jarayonlari to'liq yakunlanadi.

Silikat hosil bo'lish tezligi, har qanday kimyoviy jarayon kabi, zaryadning tarkibiga, tarkibiy qismlarning kimyoviy faolligiga bog'liq.

• 
  komponentlarning tarkibi va katta darajada, zaryadning isitish harorati bo'yicha. Haroratning 100-150 ° S ga oshishi bilan silikat hosil bo'lish tezligi 1,5-2 barobar ortadi. Silikat hosil bo'lishining tezlashishiga zaryad tarkibidagi namlik - gigroskopik va ayniqsa, gidratlanganlik yordam beradi. Silikat hosil bo'lish reaktsiyalari tezlashadi yoki bir xil intensivlik bilan davom etishi mumkin, lekin past haroratlarda, zaryadlangan materiallarning silliqlash darajasining oshishi, ya'ni ularning donalarining o'ziga xos sirt maydonining oshishi bilan. Shunday qilib, o'ziga xos indeksning o'sishining 5 barobar ortishi bilan silikat hosil bo'lish reaktsiyalarining tezligi o'rtacha 2 marta oshadi.
  

• 
  silikat hosil bo'lishi tugagandan so'ng birlamchi eritmada silikat hosil bo'lish bosqichida hosil bo'lgan silikatlar tarkibiga kirmagan erimagan ortiqcha kvarts qumi qoldiqlari mavjud. Sanoat oynalarining kirib borishi vaqtida qoldiq kvarts miqdori zaryaddagi kvarts qumining dastlabki miqdorining taxminan 25% ni tashkil qiladi. Birlamchida qoldiq kvartsning erishi
  

110

asta-sekin ortib borayotgan kremniy dioksidi miqdori va bir vaqtning o'zida silikatlarning o'zaro erishi bilan yuqori modulli silikatlarning shakllanishiga olib keladigan eritma shisha hosil bo'lish bosqichidir. Pishirishning bu bosqichi silikat shakllanishiga qaraganda ancha sekinroq davom etadi. Sanoat oynalarini eritish jarayonida shisha shakllanishining to'liq bajarilishi uchun zarur bo'lgan vaqt shisha erishining umumiy davomiyligining kamida 50% ni tashkil qiladi. Bu yuqori viskoziteli silikat eritmasida qoldiq kvarts donalarining erish tezligining pastligi bilan izohlanadi, chunki eriydigan donalar yuzasida silika bilan to'yingan yuqori yopishqoqlikdagi eritma plyonkasi hosil bo'ladi, bu diffuziya jarayonlarini sekinlashtiradi. Eritma jarayonini tezlashtirish uchun kvarts donasi bilan aloqa qilganda silika bilan to'yingan eritmani yangisiga almashtirish va reaktsiya mahsulotlarini olib tashlash kerak. Silikat eritmasining viskozitesini kamaytirish uchun erish haroratini kamida 400 ° C ga oshirish kerak, bu umuman shisha hosil bo'lish jarayonining sekin borishini biroz tezlashtiradi, lekin katta issiqlik energiyasini iste'mol qilishni va ko'paytirishni talab qiladi. refrakterlarning qarshiligida. Shu sababli, shisha shakllanishini tezlashtirishning eng samarali omili kvarts donalari atrofidagi filmning buzilishiga olib keladigan jarayonlardir. Bularga harakatlanuvchi shisha oqimlarining ta'siri, shuningdek, eritmani aralashtirish, qaynatish yoki aylantirish kiradi. bu umuman shisha hosil bo'lish jarayonining sekin oqimini biroz tezlashtiradi, lekin issiqlik energiyasining katta iste'molini va refrakterlarning qarshiligini oshirishni talab qiladi. Shu sababli, shisha shakllanishini tezlashtirishning eng samarali omili kvarts donalari atrofidagi filmning buzilishiga olib keladigan jarayonlardir. Bularga harakatlanuvchi shisha oqimlarining ta'siri, shuningdek, eritmani aralashtirish, qaynatish yoki aylantirish kiradi. bu umuman shisha hosil bo'lish jarayonining sekin oqimini biroz tezlashtiradi, lekin issiqlik energiyasining katta iste'molini va refrakterlarning qarshiligini oshirishni talab qiladi. Shu sababli, shisha shakllanishini tezlashtirishning eng samarali omili kvarts donalari atrofidagi filmning buzilishiga olib keladigan jarayonlardir. Bularga harakatlanuvchi shisha oqimlarining ta'siri, shuningdek, eritmani aralashtirish, qaynatish yoki aylantirish kiradi.

Shisha hosil bo'lish tezligi silikat hosil bo'lish tezligi bilan bir xil omillarga bog'liq - zaryadning tarkibi, kvarts qumi donalarining reaktivligi va jarayonning harorati. Shisha hosil bo'lish tezligi asosan kvarts donalarining shakli va hajmi bilan belgilanadi. Burchakli donalar eritmada dumaloq donalarga qaraganda tezroq eriydi. Maksimal pishirish tezligi 0,1-0,4 mm gacha bo'lgan kvarts donalari o'lchamlarining juda tor diapazonida kuzatiladi. Kengroq fraksiyali tarkibga ega kvarts qumlarida nafaqat yirik, balki mayda maydalangan fraksiyalarning erishi sekinlashadi. Bu birlamchi eritmaning kremniy oksidi bilan tez to'yinganligi bilan bog'liq, chunki undagi kvarts qumining nozik fraktsiyalari intensiv erishi.

Har 10 ° C haroratning 1550 ° C gacha ko'tarilishi uchun shisha shakllanishi o'rtacha 5% ga tezlashadi. 1550-1600 ° S oralig'ida har 10 ° S uchun shisha hosil bo'lish tezligining o'sishi taxminan 10% ni tashkil qiladi.

111

Shisha hosil bo'lishi tugagandan so'ng, eritilgan shisha massasi doimiy ravishda hosil bo'ladigan va bir vaqtning o'zida eritmadan ajralib chiqadigan turli o'lchamdagi gaz pufakchalari bilan o'tadi. Bundan tashqari, eritmadan pufakchalarni hosil qilish va chiqarish jarayonlari silikat hosil bo'lish bosqichida boshlanadi va shisha shakllanishi jarayonida davom etadi. Gazlarning asosiy manbai shisha aralashmasi bo'lib, sanoat oynalarini ishlab chiqarishda o'rtacha og'irlikning 20% ​​kimyoviy bog'langan gazlarni o'z ichiga oladi. Ushbu gazlarning aksariyati pishirish jarayonida o'choq atmosferasiga chiqariladi. Shu bilan birga, pufakchalar shaklidagi gazlarning bir qismi eritmaning hajmida. Bundan tashqari, shisha hosil bo'lishi tugagach, qoldiq karbonatlar (og'irlik bo'yicha 0,2% gacha) va sulfatlar (og'irlik bo'yicha 1% gacha) tarkibida kimyoviy bog'langan gazlarning sezilarli miqdori eritmada qoladi. Natijada, bir hajmli payvandlangan shisha 3-5 hajmgacha bog'langan gazlarni o'z ichiga oladi - gaz fazasini etkazib beruvchilar, potentsial ravishda eritmada yangi pufakchalar hosil qilish qobiliyatiga ega. Ko'rinadigan gaz qo'shimchalaridan eritmaning chiqishi (shisha massasini aniqlashtirish) shartli ravishda shisha hosil bo'lgandan keyin shisha erishining keyingi bosqichidir. Eritmani tiniqlash jarayoni erish haroratini mumkin bo'lgan eng yuqori darajada ushlab turish orqali kuchaytiriladi. Bu nafaqat eritmaning erigan gazlar bilan o'ta to'yinganlik darajasini pasaytiradi, balki uning viskozitesini sezilarli darajada pasaytiradi, bu esa pufakchalarning eritma yuzasiga ko'tarilishini va shisha massasidan chiqishini osonlashtiradi. Ko'rinadigan gaz qo'shimchalaridan eritmaning chiqishi (shisha massasini aniqlashtirish) shartli ravishda shisha hosil bo'lgandan keyin shisha erishining keyingi bosqichidir. Eritmani tiniqlash jarayoni erish haroratini mumkin bo'lgan eng yuqori darajada ushlab turish orqali kuchaytiriladi. Bu nafaqat eritmaning erigan gazlar bilan o'ta to'yinganlik darajasini pasaytiradi, balki uning viskozitesini sezilarli darajada pasaytiradi, bu esa pufakchalarning eritma yuzasiga ko'tarilishini va shisha massasidan chiqishini osonlashtiradi. Ko'rinadigan gaz qo'shimchalaridan eritmaning chiqishi (shisha massasini aniqlashtirish) shartli ravishda shisha hosil bo'lgandan keyin shisha erishining keyingi bosqichidir. Eritmani tiniqlash jarayoni erish haroratini mumkin bo'lgan eng yuqori darajada ushlab turish orqali kuchaytiriladi. Bu nafaqat eritmaning erigan gazlar bilan o'ta to'yinganlik darajasini pasaytiradi, balki uning viskozitesini sezilarli darajada pasaytiradi, bu esa pufakchalarning eritma yuzasiga ko'tarilishini va shisha massasidan chiqishini osonlashtiradi.

Yangi payvandlangan eritma tarkibi va shunga mos ravishda fizik xususiyatlari, shu jumladan yopishqoqlik va sirt tarangligi bo'yicha bir-biridan farq qiladigan heterojen eritmalarning mikroelementlaridan iborat. Ushbu mikrohujayralarning har biri sirt taranglik kuchlari ta'sirida hosil bo'lgan o'z interfeysi orqali boshqa hujayralardan himoyalangan. Eritmaning bunday mikrohujayrali tuzilishi har bir hujayradagi tarkibiy qismlarning nisbati har xil bo'lganligi bilan bog'liq, chunki xom ashyo kimyoviy va zarracha hajmi bo'yicha to'liq bir hil bo'lmagan va pishirish jarayonida hosil bo'lgan kimyoviy birikmalar. eritmalar hajmida bir tekis taqsimlanmagan. Shu bilan birga, diffuziya jarayonlarining intensivligi, ma'lum darajada kimyoviy tarkibi bo'yicha mikroelementlarning mos kelishini ta'minlashga qodir. yopishqoq erish sharoitida etarli emas. Bundan tashqari, shisha zaryadining bir hilligining pasayishi bilan mikroelementlarning hajmi kattalashadi va eritma oqimlarida cho'zilgan holda, bu mikro hujayralar klasterlarni hosil qilishi mumkin.

112

shisha massasining sifatini jiddiy ravishda pasaytiradigan va shisha nuqsonlarning shakllanishiga olib keladigan chiziqlar deb ataladigan xorijiy shishaning sobiq "tolalari". Demak, eritmani yaxshilab homogenlashtirish zarurati

• 
  shisha massasini ishlab chiqarish uchun mos, eng bir hil olish uchun.
  

Eritmani homogenlashtirishning eng samarali bosqichi uning harakatlanish jarayonida sodir bo'ladi. Bunday holda, heterojen hujayralarning chegara plyonkalari yuqori o'ziga xos aloqa yuzasiga ega bo'lgan eng nozik qatlamlarga va iplarga cho'ziladi. Bu mikroelementlar bilan aloqa qilishda o'zaro diffuziyani osonlashtiradi va shu bilan ularning kimyoviy tarkibidagi farqni kamaytiradi. Eritmalarni bir hil holga keltirish ishlari harakatlanuvchi shisha massasining ham tashkiliy (ish oqimi, aralashtirish, pufaklash) va o'z-o'zidan (tabiiy konvektsiya, gaz pufakchalari yuzasiga ko'tarilishi) oqimlari bilan amalga oshiriladi.

Bir hil shisha massasini ishlab chiqarishni ta'minlaydigan asosiy nuqta - bir hil zaryaddan foydalanish. Shuningdek, qayta eritish uchun zaryad va kulletning og'irlik nisbati doimiyligiga, shuningdek, bu kulletning o'choqqa yuklangan zaryad hajmida bir xil taqsimlanishiga qat'iy rioya qilish kerak.

Aniqlangan va homogenlashtirilgan shisha massasini ishlab chiqarishga tayyorlashning yakuniy, beshinchi bosqichi uni sovutish - chayqalish bosqichidir. Sekin-asta sovutish natijasida shisha massasi shisha mahsulotlarini ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan yopishqoqlikni ta'minlaydigan haroratga etadi. Bu ishlab chiqarishga kiradigan shisha massasi oqimining yuqori termal bir xilligini talab qiladi.

• 
  Sanoat shisha eritish pechlarida shisha eritish jarayonining alohida bosqichlarga bo'linishi shartli tushunchadir, chunki ajratilgan eritish bosqichlari bir vaqtning o'zida ma'lum darajada davom etadi, ammo o'choqqa yuklangan zaryadning har bir mikro hajmida bosqichma-bosqich jarayon sodir bo'ladi. shisha massasiga aylanishi barcha besh erish bosqichidan o'tadi.