Шынының түрлері. Негізгі өндірістік шыны түрлері

Тұншықтырушылар

1	Криолит	5-6	Опалдық
2	Кремнийфторлық натрий	5-6	Сүтті, алебастрлы
3	Плавикті шпат	5-6	Сүтті, алебастрлы
4	Кальций фосфаты	5-6	Сүтті, алебастрлы
5	Қалайы тотығы (ІІ)	5-6	Сүтті, алебастрлы
6	Тальк	5-6	Сүтті, алебастрлы

 

Шыныға енгізілетін қоспалардың маңызы өте зор, олар шыныға әр түрлі қасиет береді. Мысалы, Мg химиялық тұрақтылығы мен механикалық беріктілігін арттырады; Al2O3 шынының термиялық және химиялық тұрақтылығын көтереді, сонымен қатар қаттылығы мен беріктігін арттырып, біртектілігін жақсартады; B2O3 шынның термотұрақтылығын арттырады және оптикалық қасиетін жақсартады. Арнайы оптикалық шыны алу үшін шихтаға германий диоксиді GeO2 мен титан диоксидін TiO2 енгізеді.

Арнайы қоспалар шыныға түс береді: Mn2O3 күлгін, CoO- көк, Cr2O3 немесе Fe3O4 – жасыл, CuO- көгілдір, CdS- сары түс береді.

Құрылыс шынысының құрамы 75-80% SiO2, 10-15% CaO және шамамен 15% Na2O тұрады.

Шынының химиялық тұрақтылығы оның құрамына байланысты, силикаты шынылардың ішіндегі тұрақтысы құрамында сілті металдардың оксидтері аз болатын шынылар болып табылады. Na2O екі-, үш- және төртвалентті оксидке ауыстырған жағдайда шынының химиялық тұрақтылығы артады.

 

 

Шикізаттың дайындалуы және шихтаның шығымы

Өндірісте шихтаның құрамындағы шикізаттарды шаяды, кептіреді, ұнтақтайды. Құмды сумен шаю барысында құрамындағы балшықты бөлшектер органикалық бөлшектерге дейін ыдырап, шайылып кетеді. Балшықпен қатар құмның құрамындағы темір тотығының көп бөлігі де шайылып кетеді. Бордың, құмның және басқа заттардың кептірілуі шаңды ұстап қалу қабілеті бар айналмалы кептіргіш абарбандарда жүргізіледі. Заттарды ұнтақтау барысында әдетте (шековый уатқыштар), ал толық ұнтақтауға – «жүгірмектерді» және шарлы диірмендер қолданылады. Заттарды ұнтағаннан кейін арнайы елеуіш арқылы елеп алады, себебі ірі бөлшектер шыны пісіру пештерінде толық силикаттарға көшпейді де, шынының құрамында тастардың пайда болуына әкеледі. Алынаған шыны массасының сапалығы шихтаның араласуының біркелкілігімен байланысты: неғұрлым құрамындағы бөлшектер мұқият араласса, соғұрлым шыны массасының пісуі тез және алынған шыны тегіс болады.

Қазіргі уақытта шикізаттарды араластыру арнайы араластырғыштар- да – конусты барабандарда, тарелкалы араластырғыштарда және тағы басқаларында өткізіледі. Алынған біртекті қоспаны пісіру пешіне жібереді. Керекті сапалы шыныны алу үшін шихтаның құрамын есептейді. Есептеу барысында шыныны пісіру процесіндегі ұшқыш компоненттердің ұшып кетуін де есептеген жөн.

 

 

 

2.3. Шыны өндірісі мен  шыны пісіру

Шыны бұйымдарын өндей процесін қарастыру кезінде  келесі этаптарды бөліп қарауға болады: шикізатты өндеу, шихтаны дайындау, шынымассаны қайнату, бұйыға форма беру, бұйымды күйдіру, декаративті өндеулер.

Шикізатты өндеу саз, құм және шыны құрамындағы керек емес заттардан тазартудан тұрады. Сонымен қатар бұл этапта компоненттер ұнтақталады және оларды біріктіреді.

Шихта – құрғақ күйдегі материалдардың қосапасы. Құрамындағы белгілі бір рецепт бойынша өлшеніп алынған компоненттер біркелкі болғанға дейін араластырылады. Содан соң шихтадан грануалалар дайындалады, пісіру процессін жалдамдату үшін шихта өзінің біркелкілігін сақтау керек. Шыны массасынан алынған күйдіргіні шихтадан алып, арнайы ванна мен 1450-1550ºС максималды температура жағдайында пештерге жеткізіледі.

Пісіру күрделі химиялық процесстердің жүруімен және бос кремнезом мен синдикаттардың балқуымен түсіндіріледі. Пісірілгеннен соң алынған шыны массасын газ қоспасынан міндетті түрде тазалау керек. Ол үшін жылтырлатқыштар қолданылады. Содан соң шынымассасын біртекті құрам мен біртекті тұтқырлық түзілгенше араластырады. Пісіру үрдісінің бұзылуы әр түрлі дефекті беруі мүмкін,  мысалы, газ қоспасы (көпіршік), криталдық (тастар), шыны тәріздес (шлир, свиль). Шынымассасына керек емес түс беруі де мүмкін.

Форма беру үрдісі бұйым көлеміне қарай түрленеді. Шынымассасының температурасын төмендетуге болады, онда тұтқырлығы төмендейді, шынының беттік тартылуын төмендетуге болады, бұл жағдайда бұйымның беткі қабаты жылтыр және тегіс болады.

Үрдістің келесі сатысы алынған бұйымды пресстеу. Одан кейін бұйымды күйдіру керек, бұл саты бұйымның беріктігін қамтамассыз етеді.

 

 

Шыныны пісіру

Шыныны пісіру едәуір қиын процесс. Бұл процесс кезіде жоғары темпераратура әсерінен шихтадан шыны массасы деп аталатын силикаты балқыма пайда болады. Шыныны пісіру ванналық пештерде 1400-1500ºС температурада өтеді. Бұл процесс 5 сатыдан өтеді:

1. Силикаттың түзілуі. Шихтаны 100-120º дейін қыздырғанда ылғалдың ұшуы байқалады, температураны әрі қарай көтергенде кристаллдық және конструкциялық судың ұшуы байқалады, мысалы:

Na2CO3 ×10H2O → Na2CO3 +10H2O↑

2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O↑

300ºС температурада қатты фазада натрий және магний карбонаттары қос тұз  түзіп, әрекеттесе бастайды. Na2Mg(CO3)2 бұл тұз 340-620ºС температурада кремнеземмен біртіндеп әрекеттесіп, магний және натрий силикаттарын түзеді:

Na2Mg(CO3)2 +2SiO2 →MgSiO3 + Na2SiO3 + 2CO2

450-700ºС температура аралығында  магний силикатының мына теңдеуімен  түзілуі байқалады:

MgCO3 + SiO2 → MgSiO3 + CO2↑

600-920ºС температура аралығында  кальций силикатының түзілуі басталады:

СаCO3 → СаO + CO2↑

СаO + SiO2 → СаSiO3

700-920ºС температура аралығында  натрий силикаты келесі теңдеу  арқылы түзіледі:

Na2CO3 +SiO2 → Na2SiO3 + CO2↑

1150ºС температураға дейін реакция  қатты фазада жүреді, бірақ 780-880ºС  температурада магний силикатымен, натрийдің кремнеземімен және қос кабонаттың натрий силикатымен түзілуі барысында сұйық фаза пайда болады.

2. Шынының түзілуі

Әрі қарай қыздыру барысында масса балқиды. Бұл сатыда қос тұздың түзілуімен силикаттардың өзара еруі басталады. Мысалы:

Na2SiO3 + СаSiO3 → Na2SiO3×СаSiO3

СаSiO3 + MgSiO3 → СаSiO3× MgSiO3

Сонымен қатар кремнеземнің силикаты балқымасында еруі басталады, себебі кремнезем сілтілік реакцияны игереді. Кремнеземнің силикаты балқымасында еруі өте баяу жүреді, сондықтан силикат түзілуге қарағанда көп уақытты қажет етеді. Сондықтан балқымада құмды еріту – шыны түзілу процессі деп аталады.

Бұл сатының соңында шыны массасы мөлдір болады (қарапайым шыны үшін 1200ºС). Алайда 1200ºС температурасында шыны құрамында газ болады, сондықтан шыны химиялық құрамы және қасиеттері бойынша бірқалыпты емес.

3. Мөлдірлеу. Әрі қарай қыздыру барысында (қарапайым шыны үшін 1400-1500ºС) шыны массасының тұтқырлығы төмендейді де, құрамындағы газдар бөлініп шыға бастайды. Шынының газдан тазаруы жүреді, яғни ол мөлдірленеді. Шихтаға мөлдіргіштерді енгізу мөлдірлеудің өте тез өтуіне жағдай жасайды.
4. Шынының гомогенизациясы. Бұл сатыда шынның химиялық құрамы қалпына келтіру барысында оны көп уақыт жоғары температурада ұстайды.

Гомогенизация – бөлшектердің қозғалғыштығы арқылы, көтерілетін газ көпіршіктердің араластыру, іс арқылы, шынының массасындағы диффузия және жылу ағыны арқылы жүреді.

5. Шыныны суыту. Дайын шыны массасының температурасын 1200ºС температураға дейін суытады. Суыту барысында шыны массасының тұтқырлығы жоғарылайды да, шыны формасын сәйкестендіруге оңай болады.

Практикада кейбір сатылар кезекті ұсталынбайды. Мысалы, силикат түзілу мен шыны түзілу бір ауақытта өткенімен, сол сияқты мөлдірлеу мен гомогенизация бір уақытта жүреді, алайда оны түсіндіру үшін бұл процесстер бөлек қарастырылған.

Ситалдар – біркелкі кристалданған шыныдан жасалған материалдар – шыны мен керамика арасынан орын алады. Ситаллдар шыныдан берік, жоғары көміртекті болаттан берік, жоғары химиялық және термиялық тұрақтылыққа, жақсы диэлектрлік қасиетке, төмен ұлғаю коэффициентіне ие. Ситаллдарды алғанда шыны массасында материалдар қасиеттерін анықтайтын негізгі фазаның кристалдары өсетін кристалдану орталықтарын қалыптастырады. Бастапқы шынының құрамын өзгерте отырып, қажетті қасиеттері бар ситаллдарды алуға болады.

 

 

2.4. Шынының физикалық  құрамы

Тығыздығы. Кәдімгі натрий-калий-силикатты шынының сонымен қатар терезе шынысының тығыздығы 2500-2600кг/м3 аралығында болады. Температураны 20-дан 1300ºС дейін көтерген жағдайда көптеген шынының тығыздығы 6-12%-ға дейін төмендейді, яғни 100ºС температурада тығыздық 15кг/м3 төмендейді. Кәдімгі күйдірілген шыныны сыққан кезде беріктілігі 500-2000МПа болады, терезе шынысы 900-1000МПа.

Шынының қаттылығы. Химиялық құрамына байланысты. Шыны 4000-10000МПа аралығында әр түрлі қаттылықта болады. Ең берік шыны кварц шынысы болып табылады. Сілтілі металл оксиді көбейген сайын шынының қаттылығы төмендейді. Мұздатылған шынының қаттылығы күйдірілген шыны қаттылығынан 3-4 кейде 10-15 есе көп болады. Кәдімгі силикатты шынының қаттылығы Мооссо шкаласы бойынша 5-7тең. Кварц шынысы, сонымен қатар борсиликатты шыны жоғары қаттылыққа ие.

Сынғыштығы. Шыны алмаз, кварц сияқты сынғыш материал болып келеді. Шыны сынғыштығын ұру арқылы анықтайды, ол меншікті тұтқырлығына тәуелді. Мұздатылған шынының сынғыштығы күйдірілген шынының сынғыштығынан 5-7есе жоғары. Шыныда бор ангидриді мен магний оксидінің болуы шынының ұруға беріктілігін арттырады. Жылуөткізгіштігі. Жылуөткізгіштігі жоғары шыныға кварц шынысы жатады. Кәдімгі шыны 0,97Вт (м*К). Температураны жоғарылатқан сайын жылуөткізгіштігі де жоғарылайды, жылуөткізгіш шынының химиялық құрамына тәуелді.

Жоғары мөлдірлік. Оксидті шынысы оптикалық прибор, айна, лазер, телевизор, кино- мен фототехника өнімдерін жасауда қолданылады.

Шынының оптикалық құрамы. Шыныға түсетін жарықтың сыну көрсеткішін анықтайыды. Керамикалық бояғыштарды өндіру үшін сыну көрсеткішін білу қажет.

Кәдімгі шынының тығыздығы 2500кг/м3, ең жоғары тығыздықтағы шыны қорғасын шынысы болып табылады (6000кг/м3). Шынының серпінділігі 48000-83000МПа аралықта өзгеред, кварц шынысы үшін – 71400МПа. CaO мен B2O3 (12% дейін) тотықтарының болуы серпімділігін арттырады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚОРЫТЫНДЫ

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.

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.

Шыныға енгізілетін қоспалардың маңызы өте зор, олар шыныға әр түрлі қасиет береді. Мысалы, Мg химиялық тұрақтылығы мен механикалық беріктілігін арттырады; Al2O3 шынының термиялық және химиялық тұрақтылығын көтереді, сонымен қатар қаттылығы мен беріктігін арттырып, біртектілігін жақсартады; B2O3 шынның термотұрақтылығын арттырады және оптикалық қасиетін жақсартады. Арнайы оптикалық шыны алу үшін шихтаға германий диоксиді GeO2 мен титан диоксидін TiO2 енгізеді.

Арнайы қоспалар шыныға түс береді: Mn2O3 күлгін, CoO- көк, Cr2O3 немесе Fe3O4 – жасыл, CuO- көгілдір, CdS- сары түс береді.

Құрылыс шынысының құрамы 75-80% SiO2, 10-15% CaO және шамамен 15% Na2O тұрады.

Шынының химиялық тұрақтылығы оның құрамына байланысты, силикаты шынылардың ішіндегі тұрақтысы құрамында сілті металдардың оксидтері аз болатын шынылар болып табылады. Na2O екі-, үш- және төртвалентті оксидке ауыстырған жағдайда шынының химиялық тұрақтылығы артады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

 

1. Әбсат З.Б., Омаров Х.Б., Сығындыкова З.Б., Байкенов М.И. «Химиялық технология практикумы» - ҚарМУ баспасы, 2005
2. Болдырева А.С., Золотаева П.П. – м.: «Строительные материалы»,и Справочник /
3. Павлушкина М.М «Химическая технология стекла и ситаллов» - М.:Стройиздат, 1983, 426с
4. Интернет желісі: www.google.ru, www.yandex.ru,