Търсене
Close this search box.

Промяна в оцветяването и текстурата на силикатно стъкло след взаимодействие с метал

 

Автор: Магдалена В. Пейчева

І. ВЪВЕДЕНИЕ 

Кратки исторически сведения за стъклопроизводството, суровини и химично оцветяване на стъклото: 

Според данните на историческата наука стъклопроизводството се е зародило наред с древната култура в Египет и Месопотамия около 4000г. пр. н. е. в стъкларската индустрия като суровина се използва кварцът под формата на кварцов пясък. Съставът на кварца е чист силициев диоксид, който кристализира в тригоналната сингония и се отличава с висока твърдост ( 7 по Моос). За оформянето на изделия от стъкло често се използва гипс  при направата на отливка. Търговският гипс притежава следната химична формула: CaSO4. 2H2O. При загряване до 190°С гипсът може да отдели всичката си вода, а ако се изпече при 400- 600°С, той не може да се свързва вече с водата и се втвърдява. При втвърдяване увеличава обема си с около 1%. Притежава много ниска механична якост.

 Най- висококачествените стъкларски пясъци съдържат 98,5 – 99,8% силициев диоксид и примеси около 0,2- 1%. В повечето случаи, обаче, пясъкът съдържа по- висок процент чужди минерали ( фелдшпат, слюда, калцит, лимонит и др.) в повечето случаи примесите в пясъка не оказват вредно влияние в стъклопроизводството като самите те дават стъклообразуващи окиси. Към вредните примеси в пясъка се отнасят железните, титановите, хромовите, мангановите, ванадиевите и циркониевите окиси. Те оцветяват стъклото неравномерно и намаляват прозрачността му. Именно те се използват целенасочено за химично оцветяване или матиране на стъклото. Използват се не само окиси и соли на тежки метали, но и метали, металоиди и органични съединения.

  При прибавяне на борен оксид се постига равномерно и много добро разтваряне на оцветяващите метални оксиди.

  Кобалтовият оксид образува със силициевият диоксид кобалтов силикат, син на цвят.

  За оцветяване на стъклото в зелено се използват хромови съединения, които в процеса на топенето се разлагат до двухромов триоксид ( Cr2O3), който оцветява стъклото. 

  Съединенията на никела оцветяват стъклото във виолетов цвят, а когато са комбинирани с други оцветяващи оксиди се получава опушено до черно стъкло.

  Селенът и неговите съединения се използват за получаване на розово стъкло или за червен селенов рубин. Оцветяването в този случай се дължи на образуването на колоиден селен.

  Жълто стъкло се получава при използване на кадмиев сулфид, сяра, графит и др.

  Титанът оцветява стъклото в жълто- кафяво.

  Злато в много ниски концентрации ( 0, 001%) придава рубинов цвят на стъклото.

  Златист цвят може да се получи с прибавяне на сребърни съединения като напр. сребърен нитрат ( AgNO3 ).

  Калаен оксид с антимонов и арсенов оксид правят стъклото матово бяло.[1, 2, 3]

  При направените проучвания бе установено, че в България производството на художествени изделия от стъкло все повече запада. Цеховете за обработка на стъкло за закрити; с производство на художествени изделия от този материал се занимават само малък брой частни фирми. Този труд няма за цел само да опише експеримент, показващ визуалните ефекти и структурни промени при комбинирането на метални сплави и стъкло, но и да покаже част от едно уникално изкуство, което винаги съдържа елемент от изненада от крайния резултат. 

 

ІІ. експериментални данни 

  1. Цел: да се изследва химичното взаимодействие между метална сплав и стъкло, обработено с водороден пероксид след изпичане и да се направи оценка на получения визуален ефект.

Използвани съоръжения: 

  • керамична пещ

Използвани материали:

  • флоатно стъкло (силикатно) с температура на размекване- 800°С и дебелина на плоскостите- 4 mm.
  • гипс (строителен) CaSO4. 2H2O, съотношение на гипс: вода- 1:1;
  • водороден пероксид 3 %;
  • пластилин;
  • метална тел (20Х13).

Хронология на изработването на изделието от стъкло, което е предмет на доклада:

  • изготвяне на пластилинов модел (фиг.1);
  • направа на гипсов отпечатък изрязване на стъклото в съответна форма (фиг.2);
  • почистване на повърхността на плоскостите (4 бр.) с водороден пероксид  (с изключение на площта около металната тел);
  • поставянето на металната тел между плоскостите в съответното положение (фиг.2);
  • изпичане при внимателно темпериране ( табл.1);
  • изваждане на изстиналото изделие;
  • визуална оценка.

Резултати:

  • Визуална оценка на Черупка 1 (фиг. 3): стъклото много добре е заело формата на гипсовия отпечатък. Наблюдават се многобройни допълнителни издатини по повърхността, подобни на фина мрежа, получени при разрушаването на гипсовият отпечатък по време на изпичане. Повърхността е матова. Забелязват се въздушни мехурчета в дълбочина около металната тел. Металната тел е окислена и никъде в изделието не нарушава цялостта на изделието.
  • Визуална оценка на Черупка 2  (фиг. 4): при нея също се наблюдава добро отпечатване на стъклото, допълнителна мрежа от издатини, получени при напукването на гипсовия отпечатък , но при нея липсват големи пукнатини в дълбочина, причинени от вътрешни остатъчни напрежения. За сметка на това се наблюдават многобройни миниатюрни мехурчета по повърхността, както и специфичен визуален ефект, който ще нарека „ седефен мат”. Той се изразява освен в  матиране на повърхността на изделието, в зеленикав блясък, който наподобява седеф. При това изделие металната тел в две зони нарушава цялостта на стъклото.

 

Фиг.1. Пластилинов модел на изделието

 

Фиг.2. Гипсов модел на изделието

 

Фиг.3. Черупка 1 – изглед отгоре

 

Фиг. 4. Черупка 2 – изглед отгоре

 

Таблица 1. Температурни граници при изпичане на изделието

Последователност в темперирането ( стъпки) Продължителност време на изпичане (min.) Достигната температура (t°C)
1 60 250
2 20 350
3 20 440
4 40 450
5 10 550
6 20 700
7 10 850
8 80 860
9 30 700
10 15 600
11 45 550
12 15 500
13 45 400
14 15 300
15 45 230
16 840 30

 

ІІІ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

Извод: Вероятните причини за получения ефект „ седефен мат” са:   

  1. Окисляването на металната тел при температура над 600 °C.
  2. Наличието на гипс между двата листа стъкло (фиг.4), което възпрепятства постигането на пълна хомогенност между тях.
  3. Зеленото нюансиране на стъклото е получено вследствие на едновременното участие в изпичането на стъклото на хром и желязо (металната сплав). Този ефект би могъл да се предизвика целенасочено, за да подсили визуалните ефекти при изготвянето на своеобразни изделия от стъкло.

 

ЛИТЕРАТУРА: 

 [1]. Лесичкова В., 1964. Суровините в стъкларството и керамиката, изд. Техника, С., 70с.

 [2]. Китайгородский,, 1951. Технология стекла.   [3]. Гуцов Ст., 1953. Технология на стъклото- Ӏ част. 

 

За контакти: Магдалена Веселинова Пейчева, студент в спец. ИД при МТФ на ТУ- Варна, ул.   „ Студентска” № 1, e-mail:  ichbin86@abv.bg

Моля, не пропускайте това (1 минута четене)

БГ Наука моли за вашата подкрепа. Ние сме организация с нестопанска цел и се борим за каузата да направим науката по-близка до хората, като създаваме статии, видеа, аудио материали и други видове полезно и лесно разбираемо съдържание, безплатно в интернет.

Нямаме реклами в сайта и може да се чете приятно и лесно. Това пространство е ваше. 

Не бъдете от тези 99%, които подминават това съобщение. Бъдете от хората, които искат промяна.

Направете услуга на себе си и подкрепете БГ Наука, като се абонирате за 9 лв. на месец за сп. „Българска наука“

Ако можете да си позволите по-голяма сума може да направите Еднократен/Вечен абонамент за БГ Наука или да направите дарение към “Сдружение Форум наука” за повече безплатно полезно научно съдържание на български език. Повече тук >>

Включи се в списъка ни с имейли – получаваш броеве, статии, видеа и всичко, което правим за популяризирането на науката в България.  

Еднократен (Вечен) абонамент​​

Списание “Българска наука” излиза в PDF и ePub и може да се изтегли и чете от компютър, таблет и телефон. Достъпа до него става чрез абонамент, а възможността да се абонирате еднократно позволява да можете да достъпите всички бъдещи броеве без да се налага никога повече да плащате за списанието.