Технологический процесс утилизации стекольного боя и других промышленных отходов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
ний, при извержении вулканов или в результате столкновения метеоритов. Долгое время вырабатывать стекло было скорее искусством, чем ремеслом, и опыт мастеров передавался из поколения в поколение. Возникновение науки о стекле связывают с професором Ульямом Тернерем (W.E.S. Turner), который в 1915 году основал первую кафедру стекла в университете города Шеффилд, а в 1916 году создал Международное Общество Технологии Стекла (Society of Glass Technology). В наше время производство стекла - часть современной индустрии.
Стекла исключительно стойки к воздействию агрессивных сред, и там, где металлы быстро корродируют и разрушаются, они ведут себя как инертные неразрушающиеся материалы. Стекла ведь содержат вещества в окисной форме. По этой причине они не окисляются, как это делают металлы, долговечны и прочны.
Стекла, как правило, прозрачны, а примеси отдельных катионов придают им разнообразную окраску. Так, силикатные стекла окрашиваются в желтый цвет примесями Fe3+ и Cr6+, в голубой - Cu2+, пурпурный - Mn3+ и Nd3+, зеленый - Cr3+, сине-зеленый - Fe2+.
Приятная окраска, прозрачность и прочность стекол привлекали внимание людей. Многочисленно применение стекол - от украшений, художественных материалов, посуды и люстр до витражей и мозаик. А между тем стеклообразное состояние является универсальным, присущим всем веществам. Очень долгое время природа стеклообразного состояния ускользала от понимания. Считалось, что стекло могут образовывать только так называемые стеклообразующие вещества, такие как кремнезем или другие окислы. Именно из них и получаются оконные и бутылочные стекла. Однако с открытием металлических стекол в начале 60-х годов прошлого века стало ясно, что практически любое вещество, если его в расплавленном состоянии охладить настолько быстро, что оно не успеет закристаллизоваться, перейдет в стеклообразное состояние. Быстрое охлаждение расплавов замораживает разупорядоченное расположение атомов, сохраняя его аморфную структуру. Насколько быстро надо охладить расплав, чтобы получить стекло, зависит от материала. Если расплавы силикатных стекол можно охлаждать часами, то для получения металлических стекол скорость охлаждения должна быть порядка миллиона градусов в секунду (рис. 1).
Рис. 1. Критическая скорость охлаждения расплава для получения стекол; Trg - относительная температура стеклования.
Существует возможность получать материал в стеклообразном, а не кристаллическом состоянии. Одно и то же вещество в кристаллическом и аморфном состояниях имеет различные свойства, например, оптические, что может быть использовано для быстрой записи и чтения информации: это хорошо известные оптические DVD-диски, представляющие собой защищенные тонкие слои быстро кристаллизующегося вещества, чаще всего кристаллизованных сплавов Ag, In, Sb и Te. Или, например, коррозионная устойчивость: если обычные металлические сплавы разгружаются по слабому звену межкристаллитной коррозией, то в аморфных металлах, где совсем нет зерен, уязвимого звена нет. Высокая механическая прочность в сочетании с эластичностью недостижима для кристаллизованных сплавов: прочность аморфных металлов выше, чем у стали, а упругость такая же, как у полимеров (рис. 2).
Рис. 2. Аморфные металлические сплавы сочетают прочность выше, чем у кристаллических сплавов с упругостью полимеров.
Для каждого аморфного вещества есть два состояния: при более высоких температурах они ведут себя как жидкости (пластичны), а при температурах ниже так называемой температуры стеклования (Тg) - как твердые тела (хрупки). Но что же именно происходит со структурой аморфных материалов при переходе в стеклообразное состояние? Аморфные вещества, как известно, не имеют упорядоченную решетку связей, их структура разупорядочена - и симметрия (изотропия) атомов такая же и для стекла, и для расплава. Для понимания изменений, происходящих при стекловании аморфных веществ, необходимо рассматривать не само распределение атомов, которое инвариантно изотропно, а распределение межатомных связей при понижении температуры. Если температура достаточно высока, скажем, выше температуры плавления, то огромное количество межатомных связей в расплавленном материале разорвано. Поэтому в жидкостях, даже замороженных или переохлажденных, существующие (неразорванные) межатомные связи не могут заполнить все трехмерное пространство. В результате образующиеся кластеры из существующих целых связей фрактальны. Кластеры связей, а не сами атомы, в жидкости имеют структуру, представленную весьма необычной геометрией размерности приблизительно равной 2,5. Это меньше, чем у трехмерного пространства, и отражает тот факт, что целые связи в жидкостях не могут полностью заполнить все пространство. Если температура аморфного вещества понижается, в нем появляется больше целых связей, кластеры из неразорванных связей становятся все больше, они заполняют все трехмерное пространство, и аморфное вещество переходит в стеклообразное состояние. Таким образом, в стеклообразном состоянии неразорванные межатомные связи увеличиваются и заполняют все трехмерное пространство, т.е. кластеры из связей трехмерны, как и само пространство. Материал в результате приобретает жесткость, присущую твердым телам. Параметром симметрии, изменяющимся при стекловании, является мощность множества связей (так называемая Хаусдорфова размерность). Она разная для стеклообразного и жидкого состояний: Хаусдорфова размерность связей равна 3 для стекол, в то вр?/p>