VUT Fakulta dopravn v Dn Materily SKLO A

ČVUT, Fakulta dopravní v Děčíně – Materiály SKLO A TAVENÉ MATERIÁLY

SKLO je anorganický amorfní (nekrystalický) materiál – Skelný stav – plynulý přechod během chladnutí z kapalného do pevného stavu, nárůst viskozity na hodnotu, kdy se jeví jako pevná látka, ač se jedná o tuhý roztok – struktura postrádá pravidelné, symetrické a periodické uspořádání základních stavebních jednotek na delší vzdálenosti a) křemen (krystalický Si. O 2); b) skelný Si. O 2; c) sodnokřemičité sklo

Sklo vytváří řada anorganických látek. – Skla oxidická: křemičitá a boritokřemičitá – Skla speciální: fluoridová, fosforečná, chalkogenidová Sklo je tuhý roztok různých křemičitanů sodných, draselných, vápenatých, olovnatých a doprovázených zejména oxidy kovů Vlastnosti: vysoká propustnost světla, tuhost, homogenita, odolnost vůči chemickým a povětrnostním vlivům, pevnost v tlaku, tvrdost při běžných teplotách, křehkost, nízká měrná tepelná a elektrická vodivost, nepropustnost a odolnost vůči vodě, vzduchu a jiným látkám

Základní surovina: sklářské (tavné) písky (křemenné písky, málo zpevněné pískovce) s obsahem křemene Si. O 2 60 -80 %, živců, slíd (biotitu, muskovitu) a těžkých minerálů (granáty, zirkon, turmalín, rutil, ilmenit, magnetit), Ca. O (oxid vápenatý = pálené/nehašené vápno) a alkálie (oxid sodný – Na 2 O a oxid draselný K 2 O) ovlivňující teplotu tavení vsázky Pojiva: jílové minerály (např. kaolinit), karbonáty, oxihydroxidy železa Přídavné látky: Čeřiva – odstranění bublinek a nečistot z roztavené skloviny; sírany (sodný, vápenatý, barnatý) a dusičnany – ledky (draselný, vápenatý, barnatý); odpadní sklo Barviva – dodání požadovaného zbarvení; elementární kovy, oxidy a soli kovů (mangan – ametystová, kobalt – modrá, měď – tyrkysová, zlato, stříbro

Skla přírodní – vznik přírodními procesy: vulkanickou činností – vulkanická skla (obsidián, pemza, perlit a smolek), impaktem – tektity (podel býskytu vltavín, australit apod. ) Skla umělá – tavení sklářského kmene a přísad a řízené ochlazení bez krystalizace (průmyslová skla), vedlejší produkt spalování uhlí (vysokoteplotní popílky, uhelné tavné strusky) Druhy umělých skel – Si. O 2 – křemenné sklo – tavení čistého křišťálu nebo žilného křemene ve vakuu při teplotě kolem 2000 °C; pro výrobu osvětlovacích výbojek a různých aparatur

– Na 2 O - Si. O 2 – rozpustné (vodní) sklo – tavení křemičitých písků se sodou (sodná vodní skla) nebo uhličitanem draselným čili potaší (draselná vodní skla), síranem sodným a dřevěným uhlím; použití k impregnaci papírových tkanin, k ochraně a sanaci přírodního kamene, jako pojivo kyselinovzdorných tmelů, žáruvzdorných materiálů, nástřiků protipožární ochranu konstrukcí nebo geopolymerů (anorganické polymerní materiály připravované z hlinitokřemičitanových materiálů). – Na 2 O – Ca. O - Si. O 2 – křemičité sodnovápenaté – nejběžnější skla; výroba plochého, obalového a užitkového skla – K 2 O – Ca. O - Si. O 2 a K 2 O – Pb. O - Si. O 2 – křišťálová skla – čirá bezbarvá skla s vysokým leskem a vysokou světelnou propustností; výrobky umělecké, dekorační, užitkové (stolní sklo)

– Na 2 O – B 2 O 3 - Si. O 2 – tepelně odolná skla – tepelně odolná skla s koeficientem teplotní roztažnosti menším < 5, 10 -6 K-1 (jenské sklo, Simax); výroba laboratorních nádob a varného nádobí – Ca. O – Mg. O – Al 2 O 3 - Si. O 2 – nízkoalkalická skla – skla s obsahem < 1 % K 2 O + Na 2 O; využití v chemickém a farmaceutickém průmyslu, kde je přítomnost alkálií nežádoucí.

Způsob průmyslové výroby skla a použití Ploché sklo tažené, válcované, vyráběné float procesem – nejrozšířenější typy výrobků z kompaktního skla Použití: zasklívání oken, dveří, přepážek, stěn, balkonů, výkladních skříní, vnější fasádní obkladový materiál v kovových rámech, izolační skla, z dvou či více skel se vzduchovou dutinou nebo dutinou vyplněnou inertním plynem (tzv. izolační dvojskla nebo trojskla). – Tažená skla: matové a ledové, zrcadlové sklo, bezpečnostní sklo, determální skla, bezpečnostní a tvrzená skla – Válcovaná skla: sklo s drátěnou vložkou – Float proces (komora s roztaveným cínem, kde se rovnoměrně roztéká a získává rovnoměrnou tloušťku a hladkou plochu

Tvarované sklo – stavební prvky, duté, plné, korýtkovité tvarovky, skleněné tašky a trouby: luxfery, skleněné tašky – Použití: sklobetonové konstrukce stěn, stropů, kleneb (staticky aktivní/pasivní) Foukané sklo – tvarování sklářskou píšťalou – Použití: umělecká, dekorativní, technická a užitková-stolní skla) Pěnové sklo – pórovitý materiál s tepelněizolačními vlastnostmi s vysokou pevností v tlaku; výroba z nízkotavitelné skloviny, která při tavení zvýší až 20 x objem (Spumavit – pavilon EXPO 1958 Skleněná vlákna – výroba taháním, odstřeďováním a rozfukováním roztavené skloviny – Použití: tepelně a zvukově izolační materiály (výrobky Isover nebo Rotaflex), rozptýlená výztuž v betonech

Technologie výroby skla – Příprava vsázky (sklářského kmene a přísad) a její dávkování do uzavřených strojních mísicích zařízení – Tavení skla v sklářských tavicích pecích (pánvových, vanových) Tři hlavní fáze: vlastní tavení, čeření, homogenizace, chlazení – Tvarování skla – využití viskózní deformace a závislosti viskozity skloviny na teplotě, nesmí dojít ke krystalizaci skloviny (foukání, tažení válcování, lití, lisováním) – Chlazení skla v chladicích pecích (700 -400 °C ); řízené chlazení – odstranění či zabránění vzniku vnitřního pnutí (možnost zvýšení pevnosti skla) – Povrchové úpravy: broušení, leštění, pískování, leptání.

Schéma sklářské pece

Sklářská pec Tažení skla Sklářská chladicí pec Válcování skla

Výroba vodního skla

TAVENÉ HORNINY Materiály na bázi tavených hornin – silikátové materiály (uplatnění ve stavebnictví i v řadě průmyslových odvětví. Základ: přírodní horniny tavené samostatně nebo s různými korekčními složkami; tavenina se zpracovává odléváním a rozvlákňováním – Odlévané výrobky (odlitky; odlévání horninové taveniny do forem a postupné chladnutím; proces petrurgie – Rozvlákňované výrobky (minerální vlákna, minerální vlna); výroba odstředivým rozvlákňováním horninové taveniny v proudu vzduchu a následným vytvrzením silikátového vlákna

Odlévané výrobky Suroviny – Přírodní horniny; nejpoužívanější bazaltoidy (olivinické bazalty, nefelinické bazanity; bazalty – čediče jsou neovulkanické bazické výlevné – efuzivní horniny tvořené bazickým plagioklasem a monoklinickým pyroxenem), dále fonolity (znělce), granity (žuly), opuky a amfibolity – Druhotné suroviny: metalurgické strusky Výroba – Tavba kusového čediče v šachtových pecích při teplotě 1250– 1300 °C – Odlévání při teplotě 1200 ° C do pískových forem, kovových kokil, pro výrobu trub se proces (odstředivého) lití – Chlazení v tunelové peci (řízené ochlazení výrobku a rekrystalizace taveniny) a to zejména u rychle

Tavený čedič má vynikající fyzikálně-mechanické vlastnosti: – vysoká pevnost v tlaku, vysoká tvrdost, vysoká otěruvzdornost, vysoká chemická odolnost vůči kyselinám a zásadám, mrazuvzdornost, dlouhodobá životnost v nejnáročnějších podmínkách a celková ekologická a hygienická nezávadnost Výrobky (odlitky) - Dlaždice (mechanicky a chemicky namáhané podlahy objektů i exteriéry) - Trouby (roury, vložky pro pneumatickou nebo hydraulickou přepravu silně abrazivních materiálů) - Kanalizační prvky (cihly, klíny a žlaby pro kanalizační systémy, protlačovací roury pro bezvýkopové technologie) - Speciální odlitky (oblouky, odbočky, T-kusy, Y-kusy jako doplňky potrubních řádů, roštové válce, trysky, cyklony, obložení zásobníků rud, uhlí, odlučovačů popílku, vyložení řetězových

Pískové formy pro odlévání čedičových výrobků Trouby z taveného čediče Chlazení výrobků v tunelové peci I. Vyložení dílu kanalizační stoky čedičovou tvarovkou Chlazení výrobků v tunelové peci II. Aplikace čedičové dlažby v interiéru Čedičové dlažby s protiskluznou úpravou Výrobky z taveniny Al 2 O 3 -Zr. O 2

Rozvlákňované výrobky Minerální vlákna – anorganická vlákna vyrobená rozvlákněním přírodních hornin, silikátových průmyslových odpadů (strusky) pro tepelně-zvukové izolace Nejběžnější jsou vlákna z čedičovo-struskové směsi Suroviny – Přírodní: bazické efuzivní horniny (bazaltoidy), sedimenty (opuky) a metamorfity (amfibolity) – Druhotné: průmyslové odpady (metalurgická struska – výroba tepelně-izolačního vlákna Vistemat) Do minerálních vláken lze řadit i vlákna skleněná a zakázaná azbestová (osinková)

Výroba minerálních vláken Zvukově-tepelně izolační deska z čedičových vláken