ШЫНЫ ӨНДІРІСІНІҢ ШИКІЗАТТАРЫ. ШЫНЫ ПІСІРУДЕ ШИХТАНЫҢ МӨЛШЕРІН ЕСЕПТЕУ (БЕТ ШЫНЫСЫ МЫСАЛЫНДА). ШЫНЫ АЛУ ТЕХНОЛОГИЯСЫ: ШЫНЫ МАССАСЫН АЛУ. ШЫНЫ ПІСІРУГЕ АРНАЛҒАН ПЕШТЕР


Шыны өндірісінің шикізаты.

Шикізат материалдары шыны қасиеттері мен сапасына әсер етеді, сондықтан оларға қысқаша тоқтала кету қажет.

Кремнезем Si02 табиғатта кварц күйінде кездеседі, олар үйіліп кварц құмын түзеді; жоғары сапалы шыны жасалатын ақ құмдар құрамында аз мөлшерде қоспалар болады, негізінен шыныға жасылтым түс беретін темір оксиді. Натрий, калий, кальций және алюминий тотықтарының біраз мөлшері шыны сапасын төмендетпейді. Таза кварц 1700 °С температурада балқып, жұмсару температурасы жоғары, химикаттар әсеріне және температураның шұғыл ауысуына өте төзімді болып келетін кварц шынысын түзеді. Ол сынап кварц шамдарының колбаларын дайындауға жарамды, себебі ультракүлгін сәулелерді жақсы өткізеді. Кәдімгі шыны үшін ондай жоғары жұмсару температурасы қажет емес, сондықтан шыны шихтасына шыны түзілу процесін жылдамдататын және шыны пісіру температурасын төмендететін материалдар (сода, поташ және т.б.) қосады.

Сода Na23 - шыны құрамына натрий тотығын енгізуге қажет негізгі материал; оның құрамында кем дегенде 95% натрий карбонаты болуы қажет. Соданың балқу температурасы 850°С. Таза құм мен соданың қоспасын қыздырғанда шыны тәрізді мөлдір масса түзіледі, ол суда ериді және «еритін шыны» деп аталады:   Si02 + 2NaOH → Na2Si03 + H20. Сода орынына поташ К2СО3 қолданылса калий шынысы алынады, оны хрусталь бұйымдарын, сонымен қатар оптикалық және түсті шынылар жасауда қолданылады.

Ізбестас СаС03. Кальций оксидінің СаО көмегімен құм мен сода қоспасынан алынған шыны суда ерімейтін қасиетке ие болады. Шыны массасына СаО енгізу үшін ізбестас немесе доломитті CaCО3-MgCО3 қолданылады.

Глинозем А12О3 шынының механикалық беріктілігін, сонымен қатар термиялық және химиялық төзімділігін жоғарылатады.

Бор ангидриді В203. Кремний диоксидінің бір бөлігін бор ангидридімен алмастырса шыны пісу жылдамдығы жоғарылайды, түссіздену жақсарады және кристаллдану басымдылғы азаяды.

Қорғасын тотығын РЬО шыныға қосу сыну көрсеткішін жоғарылатады; оны негізінен оптикалық шыны және хрусталь жасауда қолданылады.

Мырыш тотығы ZnO шынының сызықтық ұлғаюының температуралық коэффициентін төмендетеді, соның салдарынан оның термиялық тұрақтылығы жоғарылайды. Шыныны бояу үшін қолданылатын қосымша шикізат материалдары мында қарастырылмайды.

Шыны алу технологиясы: шыны массасын алу.

1) Шыны массасын алу келесі операциялардан тұрады:

а) шикізат материалдарын дайындау;

Шыны пісіруде қолданылатын шикізат материалдары негізгі және қосымша болып бөлінеді. Соңғысы шыны сапасын жақсарту үшін және айрықша қасиеттері бар шынылар алу үшін қолданылады.

Негізгі шикізат материалдарының құрамында кремнозем, бор және фосфор гидридтері, алюминий оксиді, сілтілік және сілтілік жер металдарының оксидтері, қорғасын, мырыш және т.б. оксидтер болады.

Шынының негізгі бөлігі болып келетін кремнозем үгітілген кварц түрінде енгізіледі. Құмның шыны пісіруге жарамдылығы құрамында қоспа болумен және гранулометриялық (дәнді) құрамымен анықталады. Зиянды қоспаларға әуелі сары-жасыл түстер беретін темір мен хром қоспалары  жатады. Шыны пісіретін құм дәндерінің өлшемі 0,2—0,5 мм аралығында болуы керек.

Өндірістік шыны өндірістерінің көбінде қолданылатын алюминий оксиді саз, каолин, алюминий тотығының гидраты немесе таза глинозем түрінде енгізіледі.

Натрий оксиді кальцинирленген сода немесе (біраз) селитрамен бірге енгізіледі. Калий оксиді қышқыл немесе азотқышқылды (селитра) тұздар түрінде енгізіледі; негізінен ыдыс-аяқ, түсті, оптикалық және кейбір техникалық шынылар өндірісінде қолданылады. Литий оксиді опал немесе кейбір арнайы шынылар алуда қолданылады және құрамында литий бар минералдардан алынады. Кальций оксиді негізінен бор немесе ізбестас түрінде енгізіледі; магний оксиді — доломит, магнезит немесе күйдірілген магнезия түрінде енгізіледі. Барий оксиді көмірқышқылды, азотқышқылды және (сирек) күкіртқышқылды барий күйінде пайдаланылады; оптикалық шынылар мен хрустальдар өндірісінде қолданылады. Сол өндірістерде жоса мен глет түрінде енгізілетін қорғасын оксиді де қолданылады. Мырыш оксиді сол күйінде немесе мырыш белилы түрінде енгізіледі; оптикалық, химия-лабораториялық және кейбір басқа да шынылар өндірісінде қолданылады.

Шыны пісіруде сонымен қатар құрамында бір уақытта тиісті тау жыныстары, домна шлагы, шыны бор және т.б. болатын материалдар қолданылады.

Қосымша шикізат материалдарына ашық рең берушілер, түссіздендіргіштер, бояғыштар, сөндіргіштер, сонымен қатар тотықтырғыштар (көміртекті заттар) жатады.

Шыныдағы көпіршіктердің жойылуына әсер ететін ашық рең берушілер ретінде біраз мөлшерде натрий мен аммоний сульфаттары, нарий хлориды, селитрамен күшән үш және бес оксидтері, балқытқыш шпат қолданылады. Осы заттардың кейбіреулері түссіздендіргіштер де болады. Түссіздендіргіштердің химиялық әсері шыныдағы темір тотықтарының тотығуына әкеледі. Түссіздендірудің физикалық әдісін қолданғанда шихтаға біраз мөлшерде шыны массасын жасылдан басқа тағы бір түске бояйтын заттар (селен, марганец, кобальт қосылыстары және т.б.) енгізіледі. Бояғыштар ретінде кобальт, никель, темір, хром, марганец, селен, мыс, уран, кадмий, күкірт қосылыстарын, хлорлы алтын және басқалары қолданылады. Жарықты шашырататын, яғни ақ, біраз мөлдірлеу шынылар саңылаусыз немесе сөндірілген деп аталады. Сөндіру дәрежесіне байланысты олар сүт сияқты (ең сөндірілген), ақық немесе жылтыр түсті және опалесцирленген болып бөлінеді. Сөндіргіштер ретінде түрлі фторлы қосылыстар, фосфаттар, сүрме, қалайы, т.б. қосылыстар қолданылады.

Бұйым мойынын алдын-ала дайындау мен пішіндеу пресстеу әдісімен, ал бұйымның қалған бөлігі үрлеу әдісімен жасалады. Шикі материалдарды дайындау — құрғату, ұсатқыштарда үгіту, елеу және белгілі салмақтық қатынаста араластыру. Шикі материалдардың біртекті қоспасы шихтаны құрайды.

б) шынының берілген химиялық құрамына сәйкес белгілі қатынаста оларды біртекті шихта алынғанша араластыру;

в) біртекті піскен шыны массасы алынғанша шихтаны шыныпісіру пештерінде пісіру.

Шыны пісіру 1400°—1600° С температураларында жүргізіледі. Ол үш сатыдан тұрады. Бірінші саты — пісіру, шихтаны құраушы бөліктерде өзара химиялық әрекеттесу жүріп, тұтқыр масса түзілгенше сөздің тура мағынасындағы пісіру. Себебі, қыздырғанда шихтадан газдар бөлініп, тұтқыр массада көп мөлшерде көпіршіктер пайда болады.

Тазарту немесе ашық рең беру деп аталатын екінші сатыда көпіршіктерді жою, сонымен қатар ерімей қалған құм дәндерінің еруі жүзеге асады; бұл сатыда шыны пеште ең жоғары температурада бірнеше сағат бойы ұсталады.

Соңғы үшінші саты — шыны массасын суыту, одан қандай да бір бұйымдар жасауға ыңғайлы болатын температураға (өндіру процесіне, тұтқырлығына байланысты) дейін сууы. Шыныны пісіру шыныпісіргіш пештерде жүргізіледі. Қандай да бір пеш түрін таңдау қолданылатын отын түріне, өндірілетін бұйым түрлеріне, өндіріс өлшемдеріне және т.б. байланысты.

Қазіргі заманның шыныпісіргіш пештерін басқару қатаң түрде бақыланады және біраз мөлшерде автоматтандырылған болып келеді. Бақылау жоғары дәлдікке дейін келтірілген. Мысалы, пештің жұмысшы кеңістігінде газ қысымдары 0,02 мм су бағанасы дәлдігіне дейін өлшенеді, шыны масса дәрежесі — 0,1 мм дәлдікке шейін және т.с.с. Пеш ішіндегі қысым; газ тәрізді немесе сұйық отын мен ауаның қатынасы; пешке салынатын отын мөлшері; ваннадағы шыны массасының дәрежесі және басқа да параметрлер автоматты түрде реттеледі. Олардың әрқайсысы пештегі температураға әсер етеді, сондықтан олардың бәрін реттей отырып шыны массасының пісіру режимін бірқалыпты ұстап отыруға болады.

Шынының кейбір түрлерін, мысалы оптикалық, кварцты, шыны талшықтарын пісіру процессі өзіне тән ерекшелікетрімен өзгешеленеді. Осылайша оптикалық қасиеттерінің тұрақтылығына, біртектілігіне, мөлдірлігіне және тағы басқаларына қатысты аса қатаң талаптар қойылатын оптикалық шыны өндірісінде шыны пісіудің барлық сатыларында массаны ұзақ уақыт араластыру қажет. Оның өте үлкен тұтқырлығына және жоғары температуралар қолдануына байланысты кварц шынысын пісіру техникасы өзгешеленеді. Мөлдір кварц шынысы тау хрусталінен жоғары жиілікті индуктивті тоқпен немесе электр тоғын тура жіберумен 1900°—2000° С температураға дейін қыздырылатын вакуумда графит тигельдерде дайындалады (шынының электр өткізгіштігі температураны жоғарылатқанда айтарлықтай көтеріледі).

Пісіру соңында пешке атмосфералық немесе жоғары (компрессордан) қысымда ауа жібереді. Бұл шыныны пісірудің басқа әдісі — оттек-сутектік жанарғы жалынында кварц ұнтағын балқыту. Мөлдір емес кварц шынысы кварц құмын электр тоғымен 1800°С температурасына шейін қыздырылған көмір немесе графит өзегінде балқыту жолымен алынады.

Шыныны пішіндейтін машина, шыныформалау машинасы, пішіндерге құю, қалыптау, прессету, жұқарту, созу, үрлеу және т.б. арқылы шыныдан бұйымдар жасауға (пішіндеуге) арналады.

http://bse.sci-lib.com/a_pictures/18/10/236646110.jpg


Рис. 1. Схема формирования стекла с помощью шамотной лодочки: 1 - лодочка; 2 - расплав.


Пішіндеу 102-4.107 Н.сек/м2 (1 Н.сек/м2 = 10 пуаз) тұтқырлық аралығында жүргізіледі, ол 700-1000°С температураларына сәйкес келеді. Бет шынысын (терезе, витрина және т.б.)  алу үшін шыныны тіке созатын шыны пішіндейтін машинаны қолданылады. Осы шыны пішіндейтін машиналардың жұмыс істеу принципі қайрықша (сурет 1) саңылауы арқылы келетін немесе балқыманың бос бетінен ыстық шыны массасын үздіксіз созбалауға негізделген. Созбалау нәтижесінде ені 2,5-3 м және қалыңдығы 2-6 мм шыны таспасы түзіледі, ол асбест білікшесінің көмегімен машина шахтасына тасымалданады (онда күйдіріледі), содан кейін сындыру, кесу және буып-түйуге жіберіледі. Қалыңдығы 2 мм шыныны созбалау жылдамдығы шамамен  120 м/сағ. Бет шынысын сонымен қатар көлденең созбалау және илемдеу әдістерімен де алады. Жылтыратылған бет шынысын қалайы балқымасында пішіндеу әдісімен алады, бұл әдісте шыны массасы балқытылған қалайы бетіне құйылады да, онда гравитациялық күш, беттік керілу мен созу күштерінің әсерінен беттің астыңғы және үстіңгі беттері жазық параллель түрге келеді. Қалыңдығы 3-4 м шыны таспасын пішіндеу жылдамдығы 1000 м/сағ-қа дейін жетеді.

 

Берілген лекцияны меңгерген соң білуге қажетті негізгі ұғымдар

Бор силикатты шынылар, кварц ыдысы, НС-сілтілік емес және АБ-1 –борсыз шыны.

Өзін-өзі тексеру  сұрақтары

1. Шыны қандай зат?

2. Ампула сортты шыны құрамы?

3. Шынының ең маңызды қасиеттері?

4. Шыныға қышқыл ерітінділерімен әсер еткенде болатын құбылыстарды түсіндіріңіз?

5. Шыныға сілті ерітінділерімен әсер еткенде болатын құбылыстарды түсіндіріңіз?