Кейс по теме «Аморфные тела»

Встреча Нового года является во многих странах очень значимым праздником и это один из самых любимых праздников в году. В Россию обычай отмечать Новый год привез из Германии Пётр I; первые в России новогодние праздники были устроены, согласно царскому указу, в 1700 году. Окончательно обычай празднования Рождества с рождественской ёлкой установился в середине XIX века.

Согласно традиции в доме на новый год устанавливается Новогодняя ёлка, украшенная гирляндами, стеклянными и пластмассовыми игрушками, свечами и сладостями.

В России стеклодувный промысел возник на клинской земле в начале ХIХ века, когда князь А.С.Меньшиков, потомок самого Александра Меньшикова - соратника Петра Первого, получил разрешение на открытие в своем имении стекольного завода. Поначалу маленькое предприятие выпускало лампы, бутылки, пуговицы и стеклянные бусы, которые женщины надевали по праздникам. С появлением обычая наряжать лесную красавицу игрушками, бусы стали выдувать уже в качестве елочных украшений.

Кейс задания:

Что такое стекло: твердое тело или жидкость? Ответ обосновать.

Перечислить области применения стекла в зависимости от его свойств.

Составить кластер по теме «Аморфные тела».

Стекло - необыкновенный материал. Название этого материала в разных языках имеет разную этимологию. Обратимся к словарю Ожегова: Стекло - прозрачный твердый материал, полученный из кварцевого песка и оксидов ряда металлов. Стекло – аморфный материал, представляющий собой переохлажденную жидкость.

Стеклом называют все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.

Стекло получают варкой шихты в специальных стекловаренных печах. Процесс осуществляют в печах при температуре 1100—1600 °С, после чего образовавшуюся стекломассу постепенно охлаждают. Стекло имеет ценное свойство — оно не сразу переходит из жидкого состояния в твердое, а сначала делается вязким. В этом состоянии стекло можно выдувать, вытягивать или обрабатывать прессованием.

Стекло — неорганическое изотропное вещество, материал, известный и используемый с древнейших времён. Существует и в природной форме, в виде минералов (обсидиан — вулканическое стекло), но в практике — чаще всего, как продукт стеклоделия — одной из древнейших технологий в материальной культуре. Структурно — аморфное вещество, агрегатно относящееся к разряду — твёрдое тело. В практике присутствует огромное число модификаций, подразумевающих массу разнообразных утилитарных возможностей, определяющихся составом, структурой, химическими и физическими свойствами.

Молекулярная структура стекла имеет некристаллическую, аморфную структуру. Стекло — продукт сплавления, который при охлаждении не кристаллизируется, переходя в твердое состояние. По своим физическим свойствам стекло напоминает переохлажденную жидкость с высокой вязкостью, имеющую при нормальных условиях аморфную структуру.

Независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, стекло обладает физико-механическими свойствами твёрдого тела, сохраняя способность обратимого перехода из жидкого состояния в стеклообразное. Стёкла образуются в результате переохлаждения расплавов со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации. Благодаря этому стёкла обычно длительное время сохраняют аморфное состояние. Неорганические расплавы, способные образовать стеклофазу, переходят в стеклообразное состояние при температурах ниже температуры стеклования Tg . При температурах свыше Tg аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии.

Применение стекла в жизнедеятельности человека

В настоящее время разработаны материалы чрезвычайно широкого, поистине — универсального диапазона применения, чему служат и присущие изначально, (например, прозрачность, отражательная способность, стойкость к агрессивным средам, красота и многие другие), и не свойственные ранее стеклу — синтезированные его качества (например — жаростойкость, прочность, биоактивность, управляемая электропроводность и т. д.).

Различные виды стёкол используются во всех сферах человеческой деятельности: от строительства, изобразительного искусства, оптики, медицины — до измерительной техники, высоких технологий и космонавтики, авиации и военной техники.

Стекло может быть получено путём охлаждения расплавов без кристаллизации. Практически любое вещество из расплавленного состояния может быть переведено в стеклообразное состояние. Некоторые расплавы (как то — отдельных стеклообразующих веществ) не требуют для этого быстрого охлаждения. Однако некоторые вещества (такие как металлосодержащие расплавы) требуют очень быстрого охлаждения, чтобы избежать кристаллизации. Так, для получения металлических стёкол необходимы скорости охлаждения 100000—1000000 К/с. Вязкость аморфных веществ — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества. Обычно расплавы стеклообразующих веществ имеют высокую вязкость по сравнению с расплавами не стеклообразующих веществ .

Стёкла, в частности благодаря полимерному строению обладают способностью к гетерогенности. Полимерность стёкол в стеклообразном состоянии придаёт им индивидуальные качества, определяющие, в зависимости от характера этих структурных образований, степень прозрачности и других свойств стёкол. Присутствие в составе стекла соединений того или иного химического элемента, оксида металла, может влиять его окраску, степень электропроводности, и другие физические и химические свойства.

В твёрдом состоянии силикатные стёкла весьма устойчивы к обычным реагентам и к действию атмосферных факторов. На этом свойстве основано их широчайшее применение: для изготовления предметов быта, оконных стёкол, стёкол для транспорта, стеклоблоков и многих других строительных материалов, предметов медицинского, лабораторного, научно-исследовательского назначения, и во многих других областях. Для специальных целей выпускают химически-стойкое стекло, а также стекло, стойкое к тем или иным видам агрессивных воздействий.

Основной недостаток обычных стёкол — хрупкость. Для того, чтобы расширить сферу применения стекла, его подвергают закалке (закалённое стекло), армированию, создают многослойные композиты (триплекс).

Закаленное стекло – это листовое стекло, которое подвергается специальной химической и термической обработке, в результате чего существенно, более чем в 5 раз повышается механическая прочность материала и его устойчивость к резким перепадам температур. При разрушении такое стекло оказывается достаточно безопасным, рассыпаясь на множество мелких осколков.

Закаленное стекло производят в специальных печах из листов неполированного, полированного, матового, тонированного или узорчатого стекла. Процесс закалки стекла происходит в следующем порядке: сначала стекло разогревают выше температуры размягчения, а затем интенсивно охлаждают в равномерно подаваемых на всю поверхность стекла струях воздуха. Первыми при охлаждении затвердевают поверхностные слои стекла, а затем внутренние слои, где при охлаждении возникают остаточные напряжения сжатия. Эти напряжения и обеспечивают механическую прочность и термостойкость материала. Однако стоит отметить, что противопоказаны раскрой и резка стекла. Уже готовые закаленные стекла нельзя сверлить или подвергать другим видам механической обработки. Все нужные технологические вырезы и отверстия, а также обработку кромки следует предусмотреть заранее и сделать до начала процесса закалки.

Благодаря уникальным свойствам и достаточно высокому уровню безопасности (в сравнении с обычным стеклом), закаленное стекло все чаще находит свое применение в самых различных областях. Например, в современном строительстве материал успешно используется при остеклении конструкций любой сложности, в том числе фасадов многоэтажных зданий и входных групп, лестничных ограждений, светопрозрачных кровель и полов; при остеклении балконов и лоджий, телефонных кабин и остановок общественного транспорта; при изготовлении витрин и витражей. Оно может активно применяться не только в архитектуре и строительстве, но и в отделке жилых интерьеров. Из этого прочного материала изготавливают оригинальные межкомнатные перегородки или прозрачные стены, стильные двери без рам или почти невесомые барные стойки. В закаленном стекле воплощаются самые смелые фантазии дизайнеров, создающих прозрачную мебель и всевозможные аксессуары.

Стекло является самым широко применяемым материалом в быту, строительстве, на транспорте благодаря своим уникальным качествам: прозрачности, твердости, химической устойчивости к активным химическим реагентам, относительной дешевизне производства. Без него невозможно изготовить оптические приборы, телевизоры, космические корабли и др. Несмотря на успехи в создании новых материалов широкого назначения, неорганические стекла после камня, бетона, металла прочно занимают одно из главных мест среди, используемых в практике.

Больше половины всего выплавляемого стекла перерабатывается на листы для остекления зданий. Широкое применение в строительстве нашли изделия из стекловолокнистых материалов (стеклянная вата, маты, жгуты и др.), которые используются в качестве тепло- и звукоизоляторов. Они не гниют и не плесневеют, обладают малым объемным весом, огнестойкостью и вибростойкостью .

Около трети всей стекольной продукции - сосуды самого разнообразного типа, фасона и назначения. Замечательные декоративные свойства стекла (способность воспринимать различные окраски, передавать игру света, разнообразие в переходах от кристальной прозрачности через все степени замутнения до полной непрозрачности) обусловили существование особой группы изделий, объединяемых общим названием "художественное стекло". Сюда относится художественная столовая посуда, монументальные стеклянные изделия (барельефы, торшеры, вазы, люстры и др.) и разнообразные отделочные материалы (плитки и листы для облицовки стен, полов зданий, карнизы, фризы и др., использование стекла в витражах). Одной из важных отраслей художественного стеклоделия является производство смальт (непрозрачных стекол) широкого ассортимента. Эти стекла используются при создании монументальных стенных панно в технике мозаичной живописи, родственной технике витража.

В виде стеклоэмалей, непрозрачных тонких стекловидных слоев различных цветов, стекло используется как защитное покрытие, предохраняющее металлические изделия от разрушения и придающее им внешний вид, удовлетворяющий эксплуатационным и эстетическим требованиям. Стеклоэмали применяются при изготовлении химической и пищевой аппаратуры, посуды, изделий санитарной техники, труб, вывесок, облицовочных плиток, ювелирных изделий.

Оптическая промышленность и оптическое стекло позволили создать современные точнейшие оптические приборы во всем разнообразии их типов и назначений (обычные очки, микроскопы, телескопы, фото- и киноаппараты и др.).

Особо чистое кварцевое стекло используется для изготовления волоконных световодов при создании волоконно-оптических линий связи, позволяющих передавать большие объемы информации. Отдельный класс стекол образуют так называемые лазерные стекла. Лазеры могут быть миниатюрными, как, например, используемые в медицине, и могут представлять собой мощные системы, применяемые в термоядерном синтезе. Лазеры применяются также в научных исследованиях, геодезии, при точной обработке металлов.

Стекла — элементы, обеспечивающие обзорность с места водителя.

Бронирование автостекол - это услуга, необходимая, в первую очередь, для защиты людей, находящихся в салоне. Стекло, покрытое бронирующей пленкой, не только имеет больше шансов остаться целым во время движения автомобиля, при попадании в него мелких камней, гравия на высокой скорости, но и своеобразно является частью противоугонного комплекса - проникнуть в салон автомобиля, разбив стекло, покрытое бронирующей пленкой, весьма затруднительно. Разумеется, пленка не спасет стекло при сильном ударе тяжелым металлическим предметом или камнем, но разбитое стекло не разлетится на осколки, а, повиснет на пластичной виниловой пленке, тем самым в значительной степени обезопасит автомобиль от несанкционированного проникновения угонщиков и грабителей.

Дефлекторы боковых окон для автомобиля изготовлены из акрилового стекла и представляют собой тонкие жесткие пластины высокой прочности, которые обеспечивают защиту салона от водяных брызг в непогоду и прямых солнечных лучей в жаркий день. Кроме того, они способствуют естественному воздухообмену в салоне и предотвращают образование пара на стеклах во время дождя. Дефлекторы препятствуют появлению грязи и разводов на боковых стеклах, за счет чего достигается лучшая видимость для водителя, в том числе и в зеркалах заднего вида. Эти аксессуары способствуют повышению безопасности движения.

Использование техники нанесения жидкого стекла для авто на его поверхность позволяет добиться не просто зеркального блеска, но и даст автомобилю прекрасную защиту.

Областей применения стекла, очевидно, что необходимо изготавливать стекла, разные по свойствам: особо химически стойкие, особо прочные механически, обладающие определенными коэффициентами термического расширения, заданными оптическими и электрическими константами и др.

Источники:

1. http://stranstvie.com/text/760

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/

3. http://sirin-from-shrm.livejournal.com/55100.html

4. http://www.tripadvisor.ru/wiki/Высоковск

5. http://permavtosteklo.ru/bronirovanie-avtostekla

6. http://perm.blizko.ru/products/deflektor_okon_polo_sedan_2878376