Шынының түрлері. Негізгі өндірістік шыны түрлері

ЖОСПАР

 

 

І. Кіріспе

 

1. Шыны құрамы

 

ІІ. Негізгі бөлім

 

2.1. Шынының түрлері. Негізгі өндірістік шыны түрлері

 

2.2. Шыны өндірісі үшін шикізаттар. Шикізаттың дайындалуы және

       шихтаның шығымы

 

2.3. Шыны өндірісі мен шыны пісіру

 

2.4. Шынының физикалық құрамы

 

ІІІ. Қорытынды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Шыны құрамы

Шыны –көнеден келе жатқан құрамының әрттүрлілігіне байланысты қолданыс тапқан материал. Неорганикалық қатты зат, құрылысы – аморфты, изотропты. Шынының барлық түрлері тұтқыр сұйықтықтан шыны түзуші заттың жоғары жылдамдықтағы суыту кезінде түзілетін кристалды балқыма түрінде болады. Шыныны қайнату температурасы 300-2500ºС, шыны түзуші балқыманың құрамындағы оксид, фторид, фосфат және тағы басқа қоспаның болуына байланысты анықталынады. 

Құрылыс және тұрмыстық бұйымдарды дайындау үшін қолданатын кәдімгі шыны, сондай - ақ шының көпшілігі кремнеземнен балқытылған натрий және кальций силикаттарынан тұрады-N2О* CaO*6SiO2.

Натрий тотығынан калий тотығына ауысуынан шынының жылтырлығы мен мөлдірлігі өсіп, оның өңделуі жеңілденіп, шытынауға бейімділігі азаяды.

Калий шынысы-оптикалық бұйымда, химиялық және хрусталь және тағы басқа дайындау үшін қолданылады.

Шыныға қорғасын тотығын енгізу арқылы, оның балқу температурасын төмендетуге, жылтырлығын жоғарылатуға, жарықтың сыну көрсеткіші мен тығыздығын арттыруға болады.

Қорғасынды шынылар қырлауға, шлифтеуге және полировкаға жеңіл беріледі. Калий-қорғасынды шыныдан хрусталь вазалар, графиндер, стакандар және ыдыстың басқа да қымбат түрлерін дайындайды. Шынының термиялық және химиялық тұрақтылығын жоғарылату үшін оның құрамына бор мен мырыштың тотықтарын қосады.

Бор тотығы шыныны пісіру процесін жеңілдетеді, шыны массасын сұйылтады, шынының химиялық және термиялық тұрақтылығын жоғарлатады. Көрнектілік үшін шынының әр түрлі жуықтау құрамдарын келтірейік:

 

шыны	Құрам бөлшектерінің мөлшері, %
	SiO2	Na2O	K2O	CaO	MgO	Al2O3	B2O3	ZnO	BaO	PbO	Fe2O3
Кәдімгі әйнек	70-72	15	1	8-9	2	1-2	-	-	-	-	0,1
Термиялық тұрақты (пирекс)	80	5,0	0,3	0,3	0,3	2	12	-	-	-	0,1
Химиялық тұрақты	66,7	15	0,1	7,2	0,2	3,8	6,2	-	-	-	0,1
Қорғасынды оптикалық	39	3	4	4	-	-	-	-	-	49	-
Баритті	40	-	2	-	-	-	5	8	42	3	-

 

Химиялық шынының әр түрлілігін ескере отырып, құрамы, алыну жолы мен қолдану аймақтары үшін жалпы қабылданған жіктеу жоқ. Ғылым академиясы шыныны 4 класқа бөлуді ұсынған:

1 класс – беттік шыны;

2 класс – толық шыны;

3 класс – массивті шыны;

4 класс – талшықты немесе  борпылдақ шыны.

Осы класстардың әрқайсысына шынының бірнеше тобы жатады. Мысалы, беттік шыныға кәдімгі әйнектік шыны, фотошыны, арматуралы шыны жатады.

Қуысты шыны класына – ыдыстық шыны, электротехникалық, химиялық және медициналық шынылар дайындау үшін, жарықтық шынылар дайындау үшін қолданылатын шынылар жатады.

Массивті шыны класына – архитектуралы – құрылыстық, галантериялық, техникалық және оптика – техникалық шынылар жатады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Шынының түрлері. Негізгі өндірістік шыны түрлері

Негізгі шыны түзетін шикізатқа байланысты шынының оксидті (силикатты, кварцты, германатты, фосфатты, боратты), фторидті, сульфидті және тағы басқа түрлері бар.

Силикатты шыны алудың негізгі әдісі -  кварц құмы (SiO2), сода (Na2CO3) мен әктас (CaO) қоспасын балқыту болып табылады. Нәтижесінде  Na2O*CaO*6SiO2 қөұрамды химиялық комплекс түзіледі.

Кварц шынысын жоғары тазалықтағы кремнеземды шикізаттың балқымасынан алады, оның химиялық формуласы - SiO2. Кварц шынысы сонымен қатар табиғи болады. Кварц шынысы температураның төмен коэффициентті мәнімен түсіндіріледі және сондықтан оны температура өзгерген кезде көлемдері тұрақты болатын дәл механикалық бөлшектердің материалы ретінде қолданады. Мысал ретінде кварц шынысының дәл маятникті сағатта қолданылуын айтуға болады.

Оптикалық шыныны – кювета, призма, линза және тағы басқа заттар алу үшін қолданады.

Химия- лабораториялық шынысы – жоғары химиялық, термиялық тұрақты болатын шынылар.

 

Негізгі өндірістік шыны түрлері

Шынының ең негізгі құрамдық бөлігі 70-75% кремнийдің қос тотығы (SiO2) болып табылады. Ол кварц құмынан сәйкес грануляция жағдайында алынады. Венеция халқы ол үшін По өзенінің таза құмын қолданған. Тарихтан белгілі мәліметтерде Богем шынысын таза кварц құмынан алды деген жорамалдар бар. 

Екінші компоненті – кальций тотығы (CaO) – шынының химиялық тұрақтылығын арттырады және жылтырлығын күшейтеді. Шыныға ол әк түрінде енгізіледі. Алғашқы рет шыны массасына бор қосуды XVII ғасырда Богем шынысын өндеушілер ойлап тапты, ол кезде бор әктас деп аталды. 

Келесі құрамды бөлігіне сілтілі металдардың оксидтері жатады – натрий (Na2O) мен калий (K2O), олар шыныны өндеу мен балқыту үшін қажет. Олардың мөлшері шамамен 16-17%. Шыныға олар сода (Na2CO3) немесе поташ (K2CO3) түрінде енеді, себебі жоғары температура әсерінен тотықтарға оңай ыдырайды. Соданы алғашқыда мұхит балдырының золін сілтісіздендіру арқылы алды, ал көлдерден алыс орналасқан жерлерде құрамында калий бар поташ қолданды, оны бүк ағашы немесе қылқан жапырақты ағаштардың золін сілтісіздендіру арқылы алды.

 

Шынының негізгі үш түрі бар:

• Содалы – әктасты шыны (1Na2O : 1CaO : 6SiO2)
• Калий – әктасты шыны (1K2O : 1CaO : 6SiO2)
• Калий – қорғасынды шыны (1K2O : 1PbO : 6SiO2)

Калий – натрийлі шыны. Жеңіл балқиды және жұмсақ, сондықтан оңай өнделеді, сонымен қатар таза, әрі ашық.

Калий – кальцийлі шыны. «Поташты шыны», калийлі шыныға қарағанда қиын балқиды, қатты және пластикалық емес, бірақ жылтырлығы жоғары. Алғашқыда оны құрамында темірі көп золдерден алғандықтан, шыны жасыл түсті болды, XVI ғасырда түссіздендіру мақсатында марганец асқын тотығы қолданылды. Шикізат көзі ағаш болғандықтан оны орман шынысы деп атаған. Бір килограмм поташқа бір тонна ағаш қажет.

Қорғасынды шыны. Қорғасын шынысы (немесе «хрусталь») кальций тотығының орнына қорғасын тотығын қолдану кезінде алады. Ол жұмсақ және балқығыш, бірақ айтарлықтай ауыр, жоғары жылтырлығымен ерекшеленді. Барлық түстің жарық сәулелерін шашыратады.

Борсиликатты шыны. Шихтаға сілтілі металл оксидінің орнына бор оксидін қолдану шынының балқу қабілетін қиындатады, агрессивті орта мен температураның бірден өзгеруіне тұрақты болады. Құрамы мен технологиялық қабілет тізбегінің өзгеруі құндылығына әсер етеді, ол кәдімгі силикатты шыныдан қымбат.

Кеуекті шыны. Силикатты шыныға су мен қышқыл ерітінділерінің әсер етуінен шыны бетінде жұқа кеуікті қабат түзіледі. Үштік диаграмманың белгілі бір аймағына сілті – борсиликатты шынының тұрақтылығы төмен құрамы жатады,осының әсерінен кеуекты шыны түзіледі. Бұл жағдайда ерітіндіге бор ангидридінің көп мөлшері өтеді, ал реакцияның кеуекті өнімі 93-96% кремнеземнен тұрады және белігілі бір жағдайда бастапқы шыны материалының қасиетін сақтайды: жылтыр типыл (полированный) бет пен формасын.

Үлкен көлемді және қалыңдықтағы кеуекті шыны тек кейбір белгілі бір құрамды шыныдан алынады. Кеуекті шыны бюастапқы шыныға қарағанда көлемі жағынан кіші. Бұл шынының түрі күрделі құрамды және құрамында 60 % SiO2 болатын екі компонентті борсиликатты шынысы бар сілтілі-борсиликатты шыныдан түзіледі.

Кеуекті шыныны зерттеу мен құрылысын анықтау 1930 жылдардан басталды. Сілтілі – борсиликатты шыныны құрылысын зерттеу мен одан кеуекті шыныны алуды 1940жылы И.В.Гребенщиков пен оның оқушылары болды.

Оптикалық шыны. Оптикалық шыныға қатаң талаптар қойылады. Оның бірі шынының біртектілігі. Оптикалық шынының негізгі екі сорты бар: крон мен флинт, олар дисперсті коэффициент пен сыну көрсеткішімен ерекшеленеді (кронда кіші, ал флинтта үлкен).

Түсті шыны. Негізгі шыны массасы суыған кезде сары-жасыл түске ие болады немесе көгілдір-жасыл түс береді. Шихта құрамына түрлі компоненттер енгізу арқылы шынығы түрлі түс береді, мысалы, осы немесе басқа металл оксидінің енгізілуі шыныны пісіру уақытында оның құрылысын өзгертеді де, суыған соң өз кезегінде спектрге енетін жарық арқылы түс шығаруын қамтамассыз етеді. Темір оксиді – көгілдір – жасыл мен сарыдан, қызыл-қоғырға дейін, марганец оксиді – сары мен қоңырдан күлгінге дейін, хром оксиді – жасыл, уран тотығы – сары-жасыл (уран шынысы), кобальт оксиді -  көк (кобальт шынысы), никель тотығы – күлгіннен сұр-қоңырға дейін, сурьма оксиді немесе натрий сульфиді – сары түс, мыс тотығы – қызыл түс береді.

Смарт – шыны. Шыны материалының жиынтығы. Шыны қабаттарынан және әр түрлі химиялық материалдардан тұрады. Архитектурада және жарық өткізгіш конструкция өндірісінде қолданылады.

 

2.2. Шыны өндірісі үшін шикізаттар. Шикізаттың дайындалуы және

       шихтаның  шығымы

Шыны өндірісі үшін қолданылатын шикізаттық материалдар негізгі және қосымша болып екіге бөлінеді. Негізгілерге: SiO2, B2O3, Al2O3 сияқты шыны түзуші материалдар жатады. Олар жеке шыны түзе алады, ал осы қышқыл тотықтармен бірігіп қана шыны түзетін сілтілі және жер сілтілі металдардың тотықтары болады.

Қосымша материалдарға: мөлдіргіштер, тотықсыздандырғыштар, бояушылар және тұншықтырушылар жатады.

Шыны өндірісіндегі шикізаттың негізгі түрлері:

1. SiO2 – кварц түйіршіктерден құрылған ұсақ түйіршікті материал өзімен ұсынатын, кварц құмы.
2. Шыныға натрий тотығын енгізудің негізгі заты болып табылатын – сода.
3. Әк тас, бор және мәрмәр – шыныны пісіруді жеңілдететін кальций тотығының көзі.

Шынының арнайы топтарын алу үшін шихтаға (шикі құрам) бура, поташ (сақар), сурик (жоса), магнезит, витерит және тағы басқаларын қосады.

Қосымша материалдар шихтаға салыстырмалы аздаған мөлшерде қосылып, шынының пісіруін жеңілдету немесе шыныға қандай да бір арнайы қасиет беру қызметін атқарадаы.

1. Мөлдіргіштерді шыны балқымасына, одан шыны массаны пісіру барысында түзілген газды қосылыстарды қашықтату үшін енгізеді. Мөлдіргіштер ретінде мышьяктың тотығын, натрий селитрасын, хлорлы аммонийды, марганец қос тотығын және тағы басқаларына қолданады. Мөлдіргіштер әрекеті – олар жоғары температурада салыстырмалы түрде ірі көпіршіктер түзуге қабілетті газдарды бөлуге негізделген. Бұл көпіршіктер шыны массада еріген газдарды сіңіреді, сонда көлемі көбейіп жоғары көтеріледі. Осылайша шыны массаның мөлдірлеуін жеңілдетеді.
2. Тотықтырғыштар немесе түссіздендірушілер түссіз шыны алу үшін қызмет етеді. Ең көп тараған химиялық түссіздендірушілерге: натрий және калий селитрасы, мышьяк (ІІІ) пен сурьма (ІІІ) тотықтары жатады.

Селитраны қыздыру барысында оттегі бөлінеді:

2NaNO3 →2NaNO2 + O2

2KNO3 → 2KNO2 + O2

Бөлінген оттегі темір (ІІ) тотығымен әрекеттеседі:

4ҒеО + О2 → 2Ғе2О3

Шынының түссізденуі, жасыл-көгілдір түске бояйтын темір (ІІ) тотығының (ҒеО), шыныны сәл сары түске бояйтын темір (ІІ) тотығына ауысуымен байланысты. Ал түссіз шыныда темірдің мөлшері өте аз болғандықтан, нашар сары түс көзбен қабылданбайды.

Мышьяк пен сурьманың тотықтарының түссіздендіруші қабілеттері де, олардың ыдырауында темір (ІІ) тотығын тотықтыратын оттегі түзілуімен түсіндіріледі.

3. Бояғыштар ретінде түрлі металдардың тотықтарын айтуға болады. Шынының бояуының қарқындылығы шыны табиғатынан және оған қосылатын тотықтар мөлшерінен тәуелді. Бояғыш тотықтар химиялық реакцияға түсіп, түрлі силикаттар түзу нәтижесінде шыны массасында ериді және түрлі тұздардың сулы ерітінді бояуы сияқты шыны массасын коллоидтық бөлшек түрінде ығыстырады. Мұндай бояғыштарға алтын (рубиндік (лағылды)), күміс (сары түс), палладий (қара түс) және тағы басқаларды жатқызуға болады.
4. Тотықсыздандырғыштар – шыны түзуші сульфаттарды ыдырату үшін және бояғыш ретінде қолданылатын көптеген тотықтарды (CuO, AgNO3 және тағы басқа) тотықсыздандыру үшін қолданылады. Тотықсыздандырғыштар ретінде ағаш көмір, кокс, металдық магний, алюминий, қалайы және тағы басқаларын қолдануға болады.
5. Тұншықтырушылар. Опалдық, сүтті және алебастрлық шынылдарды алу үшін шыны массасына арнайы тұншықтырушыларды енгізеді. Мысалы, криолит (Na3AlF6), кремний фторлық натрий (NaSiF6), кальций фосфаты (Ca3(PO4)2), цирконий, титан, қалайы тотықтары және тағы басқа.

Тұншықтырушылардың қатысында түзілетін ұсақ бөлшектердің жарықты түрлі сыну және шашырату көрсеткіштеріне байланысты жоғары дисперсті кристалддық құрылымда мөлдір емес шыны алуға болады. Бұл шыныны тұншықтырушы процесс деп аталады. Сәл тұншыққан шыныларды опалесценді деп атайды. Алебастрлық шынылар сыртынан фарфорға ұқсайды және мөлдірлігі аз.

Шыныға қосылатын негізгі бояғыштарды және тұншықтырушыларды қолдану кестесі:

Бояғыштар

№	Қосылыстар	Тотығу мөлшері, %	Шынының түсі
1	Темір тотығы	0,2-0,3	Жасыл, көгілдір
2	Темір тотығы	0,3-0,5	Сарғыш-жасыл
3	Кобальт тотығы	0,003-0,1	Көк
4	Никель тотығы	0,2-0,3	Күлгін
5	Мыс тотығы	0,1-2,0	Көкке дейін көгілдір
6	Тотықсыздандырғыш қатысында мыс тотығы		Қызыл, рубиндік
7	Хром тотығы	0,01-0,1	Жасыл
8	Марганец тотығы		Күлгін-көк
9	Тұз түріндегі күміс	0,1-0,3	Сары
10	Тұз түріндегі алтын	0,001-0,003	Рубиндық-қызыл
11	Металдық селен	0,1-0,5	Рубиндік-қызыл, қызғылт
12	Күкірт	1-2	Қара
13	Кадмий сульфиді	0,1-1,0	Сары