Варка стекла
Смесь сырьевых материалов, необходимых для варки стекла, называется шихтой. В состав шихты помимо стеклообразующих материалов обычно входят вспомогательные: осветлители, обесцвечиватели, восстановители или окислители.
Осветлители — сульфат натрия, оксиды мышьяка и сурьмы, свинцовый сурик — служат для удаления из стекломассы газовых включений типа «пузырей» и «мошки» (скопления мелких пузырей). При осветлении стекло становится прозрачным и однородным (гомогенным). Осветлители при высоких температурах разлагаются, образуя газообразные продукты, которые при передвижении по объему стекломассы к поверхности захватывают пузырьки газовых включений и тем самым осветляют стекло.
Обесцвечиватели — селитра, селен, пероксид марганца, оксид кобальта — препятствуют окрашиванию стекла оксидами железа, содержащимися в исходных материалах.
Восстановители — кокс, древесный уголь, древесные опилки Или окислители — натриевая или калиевая селитра — создают в процессе варки стекла восстановительную или окислительную среду.
Процесс стекловарения слагается из пяти стадий.
На первой стадии происходит силикатообразование — нз шихты удаляется влага и протекают химические реакции взаимодействия кислотных оксидов с основными; это приводит к образованию сложных комплексных силикатов. Силикатообразо-вание заканчивается при температуре 800 — 900°С.
На второй стадии (при 1200 — 1400°С) происходит стекло-образование — силикаты расплавляются и растворяются друг в друге; при этом образуется жидкая прозрачная стекломасса.
На третьей стадии происходит осветление — дегазация. Стекломасса освобождается от газовых включений. Источниками газовых включений могут быть газы, химически связанные с компонентами шихты, а также газы и пары воды, образующиеся при сгорании пламени или находящиеся в атмосфере печи. Осветление улучшается по мере увеличения продолжительности и температуры варки и усиления интенсивности перемешивания стекломассы.
На четвертой стадии происходит гомогенизация — придание стекломассе химической однородности. Интенсивная взаимная диффузия компонентов стекломассы способствует выравниванию их концентраций и ликвидации неоднородностей в ней.
Пятая стадия — охлаждение (студка). При постепенном снижении температуры до 950 — 1150°С повышается вязкость стекломассы до значений, при которых возможна выработка различных изделий.
Технологические режимы изготовления изделий из расплавленного стекла и термопластичной обработки стеклозаготовок определяются следующими термическими свойствами стекла — характером изменения вязкости при нагреве и охлаждении стекла, коэффициентом расширения, термостойкостью, температурой нижней и верхней границ зоны отжига, разновидностью и величиной термических и коэффициентных напряжений в стекле. Рассмотрим некоторые из них.
При комнатной температуре стекло находится в твердом (упругом) состоянии и имеет очень высокую вязкость порядка IO161. Температура ТТр, соответствующая вязкости Пг3,3П, называется точкой трансформации (или температурой трансформации) стекла. При температуре трансформации скачком изменяются многие характеристики стекла.