Staklo - silikati

Najveća grupa minerala (većina stijena na Zemlji građena je od čak 95% silikata), koje čine većinom Si i kisik, s dodacima iona poput Al, Mg, Fe i Ca.

Neki važni minerali iz ove grupe, a koji čine stijene jesu: feldspati, kvarc, olivini, granati, tinjci,.....

Najveći dio svjetske proizvodnje stakla čine silikatna stakla, osnovna komponenta kod silikatnog stakla je SiO2.

Kristalna struktura kristobalita

SiO2 može imati KRISTALNU STRUKTURU (npr. kvarc, kristobalit) iliAMORFNU STRUKTURU (npr. staklo).

Kovalentni kristali

Amorfna struktura silikatnog stakla

Staklo

• Nema točku tališta, nego ima područje omekšanja od 500°C do 1200°C.

• Proizvodi se: lijevanjem, valjanjem, izvlačenjem, ekstruzijom ili puhanjem.

• Gotovo uvijek je nužna naknadna toplinska obrada zbog smanjivanja zaostalih naprezanja nastalih brzim ohlađivanjem stakla.

Bitna svojstva:

• PROZIRNOST – indeks loma svjetlosti• BOJA – mijenja se dodacima metalnih soli (oksida) • ELEKTROIZOLACIJSKA SVOJSTVA• MEHANIČKA SVOJSTVA• POSEBNA SVOJSTVA – sigurnosna, protupožarna i sl.

Vrste stakala prema sastavu

Prema sastavu obična stakla mogu biti:• kalcijska (MeOCaO6SiO2)• olovna (MeOPbO6SiO2)

• Kalcijska stakla s obzirom na dodanu alkalijsku bazu (alkalijska stakla) mogu biti natrijska (Na2OCaO6SiO2) i kalijska (K2OCaO6SiO2)

• Natrijska i kalijska stakla se ne rabe kao elektroizolatori zbog relativno visoke električne provodnosti naročito pri višim temperaturama. Primjenjuju se za izradu sijalica, neonskih i elektronskih cijevi i sl.

Bezalkalijska stakla

• stakla bez alkalnih oksida ili sa sadržajem alkalnih oksida manjim od 1 % su borosilikatna stakla

• sadrže kao dodatne okside Al2O3, i boraks (B2O3)

• koriste se u elektroizolacijske svrhe jer imaju slične karakteristike kao i porculan

• tvrda stakla

• značajan proizvod od borosilikatnog stakla su staklena vlakna

Predivo svilenih vlakana Predivo iz složenih vlakana

Staklene kuglice

Proizvodnja staklenih vlakana

Staklena vlakna

90% svih vlakana kod polimernih kompozita.Promjer: 3-20 mm Jeftina proizvodnja, relativno dobra specifična čvrstoća, kemijska postojanost.

A-staklo: visoko alkalno, dobra kemijska otpor., slaba el. svojstvaC-staklo: specijalan sastav za izuzetno agresivne kemikalijeE-staklo: >50% svih stakl. ojačala, dobra čvrstoća, otpornost na

utjecaj morske vodeS-staklo: čvrstoća 30% veća od E-stakla, 3-4x skuplje

od E-staklaD-staklo: niska dielektrična konstanta, loša meh. svojstva T-staklo: do 1050 oC, viša čvrstoća i modul elastičnosti

Neka svojstva i primjena staklenih vlakana

Svojstva pri T = 23C

• gustoća, kg/m3 2500• topl. rastezljivost, 1/K 4,8·10-6

• r 6,3• tg pri 50Hz 0,001• ρ, m pri 23 ⁰C 1013

• Epr, MV/m 4-5

Primjena:

• Praktički su nezapaljiva, a služe za elektroizolaciju u obliku prediva, traka, tkanine...

• Izrada vlaknima ojačanih polimernih kompozita – npr. visokonaponski izolatori od epoksidne smole + staklena vlakna.

Oblici staklenih vlakana

Staklokeramika

Nastaje konverzijom stakla u polikristalnu strukturu toplinskom obradom (usmjerenom kristalizacijom).

Udio kristalnih faza 90-98%, ostalo je amorfna struktura.

Veličina zrna: 0,1-1,0 m, značajno manja nego kod tehničke keramike i zato je otpornija na rastezna opterećenja (čvršća) nego klasična keramika.

Prednosti staklokeramike

• Učinkovitost proizvodnje u staklastom stanju• Manje promjene dimenzija tijekom proizvodnje• Dobra mehanička i fizikalna svojstva:

Visoka čvrstoća (4-5x viša od stakla) Odsutnost poroznosti Niska topl. rastezljivost Visoka otpornost na topl. šokove

• Primjene: ploče štednjaka i posude za pečenje, izmjenjivači topline

I faza: prerada i ohlađivanje rastaljenog bistrog stakla.

II faza: tijekom naknadnog procesa zagrijavanja na T1 (temperatura stvaranja klice) nastaju kristalne klice. Dodaju se male količine agensa za nukleaciju TiO2, P2O5, i ZrO2 .

III faza: daljnjim povišenjem temperature do T2 (temperatura kristalizacije) dolazi do potpune kristalizacije, odnosno do keramiziranja (pretvorba stakla u staklokeramički proizvod).

IV faza: ohlađivanje proizvoda.

Faze proizvodnje staklokeramike