до какой температуры можно нагревать стекло

Температура плавления стекла

Понятие «температура плавления стекла» применяют по аналогии с точкой плавления чистого кристаллического вещества, однако аморфные или стеклообразные материалы, как известно, не имеют точки плавления, а обнаруживают в определенных температурных границах растянутый интервал размягчения, который имеет начальную и конечную температуру.

За конец размягчения стекла принимают температуру, при которой стекло имеет вязкость 2·10 8 пуаз, что для большинства обыкновенных стекол соответствует температурному диапазону от 700 до 750°С.

На температуру плавления стекла (или начала размягчения) существенно влияет его химический состав. В частности, понижению температуры плавления стекла, так же как и его вязкости, способствуют следующие окислы: B₂O₃, BaO, Na₂O, K₂O, Li₂O, Fe₂O₃, MnO и PbO. Повышают температуру плавления стекол и их вязкость такие оксиды металлов, как Al₂O₃, CaO, MgO, SiO, ZrO₂, TiO₂.

Следует отметить стекла с высокой температурой плавления. К ним относятся: кварцевое стекло различных типов, кремнеземистые стекла, ситаллы и ситалловые стекла. Например, температура плавления кварцевого стекла может достигать 1300°С. В диапазоне температуры от 630 до 730°С начинают плавиться (размягчаться) термостойкие стекла и стекла для медицинского применения. Оконное, лабораторное, посудное стекло и хрусталь имеют температуру начала размягчения от 530 до 600°С.

Источник

До какой температуры можно нагревать стекло

Стекло – материал, который однозначно выделяется на фоне остальных, произведенных человеком. В первую очередь это благодаря свойствам данного материала. Несмотря на то что один из видов стекла добывается в виде минерала, обычно этот продукт становится результатом человеческой жизнедеятельности.

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.

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.

Виды стекла

Если временно не рассматривать оргстекло, а вспомнить о других видах данного материала, то их насчитывается четыре: обычное, кварцевое, боросиликатное и хрустальное. Каждый вид имеет свои особые черты, которые выделяют его среди остальных.

Обычное стекло

К этому виду стекла относят содовое, поташное, а также известково-натриево-калиевое. Первый вид используется для производства оконных стекол, посуды, различной стеклотары. Поташное имеет более высокую температура плавления. Стекла такого типа используются для создания высококачественной посуды. Эта разновидность обычного стекла имеет выраженный блек и прозрачность. Последний вид также активно используется для производства посуды.

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.

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.

Хрустальное стекло

Все знакомы с хрусталем, именно этот материал считается самым высокосортным среди различных стекол, он не только имеет неповторимый блеск, но и обладает способностью сильно преломлять свет. Хрустальное стекло может быть свинцовосодержащим и бессвинцовым. Первые имеют больший вес и демонстрируют красивую игру света, из них делают посуду или сувениры. Бессвинцовые стекла чаще применяются в оптических приборах и характеризуются высоким качеством.

Плавление стекла – процесс перехода его из твердого состояния в жидкое. Для того, чтобы это произошло, необходимо соблюдение определенных условий. Они зависят от вида стекла, его химического состава. Это общедоступный плавкий материал, из которого повсеместно производят посуду, предметы интерьера, украшения и еще массу полезных вещей. С помощью технологии фьюзинга создаются изделия из разноцветного стекла. Она предполагает работу с расплавленным материалом, доведенным до жидкого состояния.

Такое разное цветное стекло

Можно ли расплавить стекло и что для этого нужно

Плавка стекла осуществляется при больших температурах. Нет точного значения, его определяют экспериментальным путем. От того, какие примеси и в каком количестве содержатся в стекле, зависит время нагрева. Обычно для каждого конкретного вида определены средние значения температуры плавления стекла, которые были получены при их изучении и тестировании в лабораториях. Наиболее распространенные виды плавятся при следующих температурах:

На предприятиях, которые работают со стеклом, температура в печах поддерживается на уровне 1600оС.

Бутылочное стекло

Есть два метода плавления стекла – литье и моллирование. При литье оно расплавляется до жидкого состояния и им заполняются необходимые формы (молды). Моллирование – процесс, при котором стекло нагревается до тягучего состояния и становится гнущимся и податливым. В таком состоянии с ним работают стеклодувы, изгибая и вытягивая материал.

Моллирование стекла

Как видно, температура расплавленного стекла имеет большие значения, достичь которых можно, если использовать качественную муфельную печь.

Печи для плавления стекла и их виды

Муфельная печь – устройство для равномерного нагревания веществ. Она состоит из:

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:

Муфельная печь SNOL

Наиболее важной характеристикой считается диапазон температур. По этому параметру печи разделяют на:

Отличаются печи и по режиму обработки, бывают:

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.

Особенности использования муфельной печи на примере плавления бутылочного стекла

Расплавить бутылку из стекла можно в домашних условиях, имея под рукой обычную муфельную печь. Стеклянные бутылки найти несложно, причем бывают они различных форм и цветов. Можно использовать тару от пива, соков, воды, косметики. Перед тем, как приступить к самому процессу, их нужно тщательно подготовить. Необходимо очень тщательно очистить бутылки от наклеек, чтобы на поверхности ничего не осталось. Затем их нужно вымыть и обсушить так, чтобы не было пятен и жирных следов.

Градус плавления стекла, из которого изготовлены бутылки, составляет примерно 700-750оС. Печь перед применением также необходимо проверить и очистить. Далее нагревательные элементы и исправность работы устройства нужно испытать с помощью пирометрического конуса.

Правила тестирования оборудования описаны в инструкции по эксплуатации. Многие печи имеют специальные тестовые программы, которые помогут узнать, исправна ли она

Для работы понадобится полка и форма для литья. Их также необходимо подготовить и нанести специальный сепараторный состав для отделения стекла. Форма для литья должна быть установлена так, чтобы оно не могло стечь за ее границы. Далее следует установить нужный температурный режим, который, как мы уже говорили, зависит от типа стекла и его химического состава.

Плавление бутылочного стекла

Подготовленную бутылку помещают в центр печи так, чтобы при расплавлении она стекала в форму. Нагревание необходимо производить постепенно, чтобы форма для литья не треснула. Нужно установить невысокие начальные значения и постепенно увеличивать их с небольшим шагом. При 500оС начинается плавление бутылочного стекла, причем сначала стекают тонкие стенки. На этом этапе необходимо попытаться равномерно прогреть бутылку, еще медленнее увеличивая температуру. Жидкое состояние стекло примет уже при 700оС, однако температуру следует увеличить еще на 70оС и выдержать жидкую субстанцию в этих условиях еще 10 минут. После этого необходимо произвести операцию отжига. Для этого полученное изделие выдерживается определенное время при 500оС. Это необходимо для того, чтобы заготовка не треснула.

Печь для плавления стекла – оборудование с высокими температурами, которое имеет повышенный класс опасности, поэтому при работе с ней нужно придерживаться правил техники безопасности. Используйте термостойкие перчатки и защитные очки

Мы рассмотрели, как расплавить бутылку из стекла, подготовку к процессу и его основные этапы. Чтобы получить изделие хорошего качества, необходимо использовать надежное профессиональное оборудование. Приобрести такое можно в ТД «Лабор».

Сила, энергия и мощность.
Возобновляемая энергия. Введение
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив

Солнечная тепловая энергия
1. Введение
2. Солнечный водонагреватель на крыше
3. Природа и пригодность солнечного излучения
4. Солнечная радиация и времена года

5. Удивительные свойства стекла

В этом посте мы обсудили прозрачность. Теперь предлагаю поговорить про механизмы потери тепла через стекло и U–показатель.

Механизмы потери тепла

Разрабатываются методы сокращения теплопотерь через окна и методы остекления солнцесборников. Тепловая энергия теряется через любую субстанцию, где есть разница температур на двух ее сторонах. Величина теплопотерь зависит от:
– разницы температур двух сторон,
– общей площади теплообмена,
– качества изолирующего материала.

Очевидно, что через бóльшее окно можно потерять больше тепла, чем через меньшее, а в холодный день теплопотеря больше, чем в теплый. Для того, чтобы понять, как происходит потеря тепла, и как ее можно минимизировать, нужно рассмотреть три механизма передачу тепла: проводимость, конвекция и излучение.

В любом материале тепловая энергия перетекает от теплых участков к холодным. Величины этого перетекания зависят от первых двух перечисленных выше факторов и от теплопроводности материала. В общей массе металлы имеют очень высокую теплопроводность и могут передавать большие количества тепла при небольших температурных разницах. В случаях, когда рамки для стекол сделаны из металла, они должны быть хорошо изолированы, чтобы минимизировать потерю тепла. Изоляторы требуют большой разницы температур для проведения тепла. Воздух – тоже очень хороший изолятор. Самые удачные формы изоляции имеют маленькие воздушные карманы, оставленные между двумя стеклами окна. Пузыри воздуха выполняют ту же роль в пластмассовых конструкциях и между фибрами минеральной ваты.

Нагретая жидкость, также как и воздух, расширяется и становится менее плотной. Также в ней возникает движение, известное как конвекция. Это один из главных методов передачи тепла через окна в окружающую среду:

Передача тепла через двойное стекло

Надписи на рисунке:
Heat flow. Потоки тепла.
Outside. Снаружи.
Air. Воздух за окном.
Inside. Внутри.
Convection takes place in the air gap. Конвекция возникает в воздушном зазоре.
Conduction takes place through the glass and across still air. Тепло проводится через стекло и дальше по воздуху.

Конвекция создается между воздухом и стеклом с внутренней его стороны, а при двойном остеклении в воздушном пространстве между стеклами. Эффекты конвекции можно уменьшить, если заполнить пространство между стеклами более тяжелым газом с менее мобильными газовыми молекулами, например, аргоном, криптоном или углекислотой. Конвекция может также быть уменьшена путем ограничения пространства, доступного для движения газа. Этот принцип используют в материалах изоляции, упомянутых выше.

Различные формы прозрачной изоляции активно развиваются. Для этого используют прозрачную пластмассу со средним содержанием пузырей изолирующего газа. Эти материалы могли бы в конечном счете революционно изменить понимание окон и стен. Из них могли бы делать и то и другое. Но в настоящее время эти материалы пока не удовлетворяют требованиям в защите от непогоды и ультрафиолетового света.

Альтернативу современным методам остекления могут составить вакуумные стеклопакеты. Конвекционные потоки не могут создаваться в вакууме. Однако для этого нужен полный вакуум. Нужно также увеличить продолжительность жизни окна минимум до 50 лет. Такому окну будут нужны внутренние распорки, препятствующие притяжению стекол за счет давления воздуха снаружи. Но эти распорки дополнительно проводят тепло через изолирующий промежуток, что несколько уменьшает эффективность системы.

Достаточно иметь воздушный зазор всего в 6-10 мм. Если сделать его меньше, конвекция будет затруднена, а теплопроводность напротив облегчена, так как теплу нужно преодлеть совсем небольшое расстояние. Более широкий зазор облегчает циркуляцию конвекционных потоков. Кроме того теплопроводность зазора можно уменьшить, если использовать специальные теплоотражающие покрытия. Наиболее простой путь уменьшить эффекты конвекции – вставить добавочные стекла в стеклопакет или прозрачный пластмассовый модуль между двумя стеклами в тройном стеклопакете. Также возможен стеклопакет с 4-мя стеклами.

Энергия тепла от предметов может передаваться в виде такого же излучения, как она передается от Солнца к Земле. Количество излучения зависит от температуры излучающего тела. Крыша здания, например, излучает тепло далеко в атмосферу. Это также зависит от такой характеристики поверхности, как излучаемость. Большинство материалов, используемых в зданиях, имеют высокую излучаемость – приблизительно 0,9. Это означает, что они излучают 90% из теоретического максимума имеющейся температуры.

Другие производимые поверхности имеют более низкую излучаемость. Это означает, что хотя они и горячи, но излучат мало тепла наружу. Такие покрытия «Low-E» сейчас часто используются внутри двойного стеклопакета, чтобы позволяет снизить вырезать потери тепла излучением от внутреннего стекла к внешнему через воздушный промежуток.

Пример. Какие потери тепла можно считать нормой, если речь идет об окне с одним стеклом площадью 2 м2 измерителей, дне, когда температура снаружи – 50°C, а внутри +200°C?

В таблице 2 показано, что теплопотеря (U) для этого окна составляет 6 Вт * м^-2 * °C^-1, так что потерянная норма составляет 2 * 6 * (20 – 5) = 180 Вт.

Заметьте, что если температурная разница сохраняется на этом уровне 24 часа, полная потеря составила бы более чем 4 кВт*час. Для остекления лучших типов, показанных в таблице 2, это значение было бы уменьшено на четверть киловатт-часа.

Таблица 2. Характеристики теплопотери (U) для различных типов стекла.

Источники: Granqvist, 1989; Hutchins, 1997; и литературные источники авторов.

Проводимость, конвекция и излучение участвуют в сложном процессе потери тепла через стену, окно, крышу, и т.п. На практике для любого элемента строительных конструкций известен показатель теплопотери (U), который рассчитывается так:

Тепловой поток через 1 м^2 = U * разницу температур

Единицы, в которых измеряется U – Вт / (м^2 * °С). Более низкое значение U означает лучшую работу изоляции. Таблица представляет типичные показатели U для различных видов остекления (точные значения будут зависеть от элементов строительных конструкций, специфических деталей оконных рам).

Обсудить в моем ЖЖ

Каталог 3-х первых разделов учебника

Также рекомендую первые 7 статей из перевода:
Энергетика устойчивого будущего
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив
Сценарии развития энергетики до 2030 года
Сила, энергия и мощность
Солнечная тепловая энергия. Солнечный водонагреватель на крыше
Солнечная тепловая энергия для получения бытовой тепловой энергии
Солнечная радиация и времена года

И статьи:
Несколько характеристик атомной энергетики
Энергия и материя Вселенной

Источник

Термические свойства стекла

Теплоемкость. Удельная теплоемкость характеризуется количеством теплоты, необходимым для нагревания 1 г вещества на 1° С. Измеряется она в кал/г·град, ккал/кг·град (Дж/кг·К).

Стекла имеют удельную теплоёмкость от 0,08 до 0,25 кал/г·град в зависимости от химического состава. Окислы тяжелых элементов РbО, ВаО, как правило, понижают теплоемкость стекол, а окислы легких элементов типа Li₂0 повышают ее.

С повышением температуры теплоемкость стекла увеличивается, причем до температуры начала размягчения она увеличивается незначительно, а при пластичном состоянии начинает возрастать быстрее. Увеличение теплоемкости стекла с повышением температуры происходит и в расплавленно-жидком состоянии.

Теплопроводность. Теплопроводность веществ измеряется количеством тепла, переносимым через единицу площади поперечного сечения образца в единицу времени при разности температур, равной единице: , где Q — переносимое количество тепла, кал; λ,— коэффициент теплопроводности, кал/см·с·град или ккал/м·ч·град (вт/м·град); S — площадь, через которую происходит теплопередача, см 2 ; а — толщина образца, см; t — разность температур, °С; τ — время, с.

Стекло плохо проводит тепло. Коэффициент теплопроводности стекол 0,0017—0,032 кал/см·с·град, в частности для оконных стекол он равен 0,0023. Наибольший коэффициент теплопроводности имеет кварцевое стекло, поэтому при замене SiO₂ любыми другими окислами теплопроводность стекла понижается.

С повышением температуры теплопроводность стекол увеличивается. Так, при нагревании стекла до его температуры начала размягчения величина ее повышается примерно в два раза.

Температура начала размягчения. Температура начала размягчения стекла характеризует температуру, при которой стекло (стеклоизделие) начинает деформироваться. Она играет существенную роль при производстве стекла. Например, температуру отжига стекла принимают обычно на 20—30° С ниже температуры начала его размягчения, с тем чтобы изделие не деформировалось при тепловой обработке.

Температура начала размягчения стекла в основном определяется его химическим составом. Тугоплавкие окислы (размягчающиеся при высоких температурах), такие, как SiO₂, Al₂O₃, повышают температуру начала размягчения стекла, легкоплавкие окислы типа Na₂O, K₂O, Li₂0 понижают ее.

Наивысшей температурой начала размягчения обладает кварцевое стекло (1200—1500° С). Большинство обычных строительных стекол, в том числе и оконное, начинает размягчаться при 550— 700° С.

Тепловое (термическое) расширение. Твердые тела при нагревании увеличиваются в объеме. Увеличение линейных размеров тела при нагревании и есть тепловое линейное расширение. Для количественной характеристики линейного теплового расширения твердых тел служит коэффициент линейного теплового расширения а. Под коэффициентом линейного расширения понимают увеличение длины образца при нагревании его на 1° С, отнесенное к длине образца до нагревания, т. е.

Иногда пользуются значениями коэффициента объемного расширения стекла, равным 3α.

Величина а стекла в значительной степени зависит от его химического состава. Наиболее сильно на термическое расширение стекол влияют щелочные окислы: чем больше содержание их в стекле, тем больше а. Тугоплавкие окислы типа SiO₂, Al₂O₃, MgO, а также B₂O₃, как правило, понижают α.

Коэффициент термического расширения важно знать при спаивании (спекании или сваривании) разных стекол, при производстве сортовых или листовых накладных стекол. Коэффициенты теплового расширения совмещаемых стекол должны быть близкими по величине, в противном случае такое изделие разрушится по шву от возникших напряжений.

Термическая устойчивость. Термической устойчивостью (термостойкостью) называют способность стекла выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения температуры. Термическая устойчивость играет существенную роль для стекол, которые используются в условиях резкой смены температуры.

Наибольшей термостойкостью обладает кварцевое стекло, оно выдерживает резкий перепад температур до 1000° С. Термостойкость оконных стекол составляет 80—90° С.

Термостойкость стекла зависит от упругости, прочности на растяжение, теплопроводности, теплоемкости и главным образом от коэффициента термического расширения: чем выше коэффициент термического расширения стекла, тем ниже его термостойкость, и, наоборот, чем меньше коэффициент термического расширения, тем больше термостойкость.

Когда стекло охлаждается, его наружные слои стремятся уменьшиться в объеме. Этому препятствуют внутренние слои, остывающие медленно из-за малой теплопроводности стекла. Образующиеся напряжения между наружными и внутренними слоями приводят к разрушению стекла. Те же процессы протекают и при резком нагревании стекла. Разница заключается в том, что при охлаждении в стекле образуются напряжения растяжения, а при нагревании — напряжения сжатия. Следовательно, чем выше коэффициент термического расширения стекла, тем больше величина образующихся в стекле напряжений и тем меньше его термостойкость. Из этого также вытекает, что стекло лучше переносит резкое нагревание, чем охлаждение, так как при нагревании в нем образуются напряжения сжатия, а при охлаждении — растяжения. А стекло работает на сжатие в 15—20 раз лучше, чем на растяжение.

Химический состав стекла во многом определяет его термостойкость: окислы, повышающие коэффициент термического расширения стекла, понижают его термостойкость, и наоборот.

Источник