Экспертиза цветных стекол

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

ЭКСПЕРТИЗА ЦВЕТНЫХ СТЕКОЛ

Выполнил студент группы ФОП - 10

Кривошеев Антон Иванович

Научный руководитель,

Постников Валерий Сергеевич

Пермь - 2013

Оглавление

Введение

. План выполнения работы

. Экспериментальная часть

.1 Определение характеристик прозрачности цветных стекол

. Определение плотности методом гидростатического взвешивания

. Определение показателя преломления

. Сравнительная таблица результатов с нормируемыми величинами в ГОСТе

.1 Сравнение спектров пропускания

.2 Технология получения цветного стекла

Список литературы

Введение

прозрачность цветное стекло

Цель данной работы - определить марку стекла по ГОСТу с помощью изученных методик.

Задачи:

.        Определить характеристики прозрачности образца

.        Определить плотность образца

.        Обработать полученные результаты

Используемые методики: определение плотности стекла методом гидростатического взвешивания, определение характеристик прозрачности по кривым пропускания и поглощения.

Приборы и принадлежности: Спектрофотометр СФ-2000, аптекарские весы и набор разновесов.

В ходе работы была определена марка стекла с точностью 71,43%.

Образец оранжевого стекла марки ОС13 (1 категории) или ОС12 (3 категории).

1. План выполнения работы

.        Измерение толщины образца

.        Подготовка к проведению измерений: обезжиривание образца, удаление поверхностных загрязнений

.        Определение спектральных характеристик стекла с помощью спектрофотометра

.        Определение плотности стекла

.        Обработка результатов

.        Подготовка отчета

2. Экспериментальная часть

2.1 Определение характеристик прозрачности цветных стекол

Исследуемый образец

Упражнение 1. Получение спектров пропускания и поглощения.

1.      С помощью микрометра измеряется толщина образца не менее 5 раз и вычисляется среднее значение.

2.      Тщательно очистите и обезжирьте поверхности образца.

.        Откройте крышку кюветного отделения и установите исследуемый образец во вторую кювету (первая кювета используется для калибровки интенсиметра). Закройте крышку кюветного отделения.

4.      Запустите программу "Сканирование", нажав на значок  в панели задач. Появится стартовое окно "Спектр1 - Сканирование".

.        Производится сканирование образца в диапазоне 300 ÷ 1100 нм.

.        По окончании сканирования появится табличка "Измерение завершено" и в поле спектра появится линия спектра пропускания. На табличке нажмите кнопку "ОК".

Рис. 1.1 Оптическая плотность образца. Как видно из рисунка, образец обладает наибольшим поглощением в УФ диапазоне и практически полностью пропускает видимый и ИК диапазоны

Рис. 1.2. % пропускания образца. На данном изображении также видно, что образец пропускает видимый и ИК диапазоны, но задерживает УФ излучение.

Упражнение 2. Определение показателя поглощения α(λ0), границы пропускания λгр и крутизны кривой оптической плотности KР.

α(λ0) - показатель поглощения в области наименьшего поглощения.

λгр - длина волны, характеризующая границу пропускания, при которой оптическая плотность стекла превышает на 0,3 оптическую плотность стекла при длине волны λ0.

KР - крутизна кривой оптической плотности стекла, вычисляемая как разность оптических плотностей стекла при длинах волн λгр - 20 нм и λгр.

.        В меню "Вид" выберите пункт "Оптическая плотность", а затем в панели инструментов нажмите кнопку "Показать все" - в поле спектров появится спектр оптической плотности.

.        По спектру оптической плотности определите интервал длин волн (~ 100 ÷ 150 нм), в пределах которого наблюдается максимальное пропускание.

3.      В панели инструментов нажмите кнопку  (Сглаживание) и в появившемся поле установите "Метод: Скользящее среднее" по 9 точкам. Повторяйте эту процедуру до получения гладкой кривой.

.        В панели инструментов нажмите кнопку  (Поиск экстремумов) и в появившемся поле выберите пункт "Поиск минимума".

3. Определение плотности методом гидростатического взвешивания

1.      Весы и образец подготавливаются для взвешивания

.        Весы приводятся в равновесие, образец очищается, обезжиривается и обвязывается капроновой нитью.

.        Производится серия измерений образца в воздухе и воде.

.        Вычисляются значения плотности. Данные представлены в таблице:

4. Определение показателя преломления

С помощью рефрактометра был измерен показатель преломления, данные приведены ниже:

5. Сравнительная таблица результатов с нормируемыми величинами в ГОСТе

.1 Сравнение спектров пропускания

Сравнительная таблица

Вывод: Из экспериментальных данных видно что модель образца ОС13(1 категории) или ОС12(3 категории), с точностью до 71,43%.

.2 Технология получения цветного стекла

Эти стекла имеют пониженное пропускание в фиолетовой и синей частях спектра. При поглощении в фиолетовой и синей частях спектра, а так же зеленой части спектра, то окраска получается оранжевая.

Оранжевое окрашивание получают при использовании сернистого кадмия. В зависимости от желаемого оттенка добавляют различные количества селена или селенидов. При увеличении содержания селена чисто желтое окрашивание переходит в оранжевое, а затем до темно-красного цвета. Несмотря на тяжелую воспроизводимость окрашивания и значительную стоимость сырьевых материалов, стекла изготовляются довольно часто. Другим способом нельзя получить стекла, имеющие высокую спектральную характеристику - полную непропускаемость ультрафиолетового и коротковолнового излучения при высоком пропускании желтых и красных лучей. Вследствие того, что кривая пропускания имеет крутую форму, стекла не изменяют окрашивания при изменении толщины стенки изделия. Благодаря этим свойствам стекла применяют в сигнализационных установках, а так же для выработки прессованных изделий с различной толщиной стенки.

Для окрашивания стекла сернистым кадмием может быть использовано стекло любого состава, за исключением свинцовых, при изготовлении которых образуется PbS, препятствующий созданию желтого оттенка. В большинстве случаев используются калиевые стекла, окончательное окрашиваение которых имеет искрящийся цвет, при этом вводится повышенное содержание ZnO, которое снижает улетучивание серы и селена при температурах варки, тем самым экономятся дорогостоящие сырьевые материалы. В шихту обычно добавляется бура, которая уменьшает влияние температуры наводки на конечный цветовой оттенок.

При производстве желтых и оранжевых стекол применяется стекломасса, конечное окрашивание которой достигается уже при выработке, и стекломасса, требующая дополнительной тепловой обработки. Для стекломассы, наводящейся непосредственно при формовании, лучше использовать калий-известковые стекла, в которых растворимость окрашивающего комплекса при снижении температуры очень низкая, в особенности в присутствии .

Эти стекла имеют ряд недостатков. При варке из них очень легкой улетучиваются окрашивающие компоненты, в особенности сера и селен поэтому обычно в шихту вводится значительное их количество. Другим недостатком является склонность к побурению вследствие быстрого снижения растворимости красителя с увеличением температуры, поэтому большинство изделий показывают опалесценцию, в особенности при большой толщине стенки. Преимуществом известковых стекол является то, что конечный цветовой оттенок достигается уже при формовании и не зависит от температуры.

Для устранения перечисленных трудностей применяются цинксодержащие стекла, при изготовлении которых ускоренная наводка достигается снижением содержания щелочей, повышением концентрации красителей и присутствием криолита, действующего как образователь центров кристаллизации. Недостатком этих стекол является зависимость конечного цветового оттенка от уровня и изменения температур при обработке.

К следующей группе относятся стекла, для получения конечного окрашивания которых требуется дальнейшая тепловая обработка Они характеризуются высоким содержанием щелочей и ZnO и более низким содержанием красителей. Значительным недостатком является зависимость цветового оттенка от температуры наводки. Чем выше температура дополнительной термической обработки, тем оранжевее оттенок стекла. Влияние температуры на изменение окрашивания ограничивается добавлением  в количестве, не превышающем 5%.

Окрашивание зависит от соотношения CdS:Sе. Чистые желтые цвета достигаются отсутствием селена или при использовании селена в очень малых количествах, необходимых для ускорения и облегчения процесса наводки. Для стекол, не содержащих селен, обычно добавляется 0,5 кг серы и более на 100 кг песка.

При окрашивании серебром получаем интенсивное желтое окрашивание характерной кривой поглощения; максимум поглощения лежит при длине волны 420 нм, пропускающая способность увеличивается как в направлении коротковолновой, так и длинноволновой части спектра. Рекомендуется применять свинцовые стекла, в которых серебро легче растворяется, однако удовлетворительное окрашивание можно получить и в бессвинцовых стеклах. При окрашивании серебром желтые цвета наблюдаются уже при выработке стекломассы; как и при использовании коллоидных красителей, изменение окраски наступает .вследствие нагревания, и возникает интенсивное желто-оранжевое окрашивание с одновременным появлением заглушенности, а также тогда, когда стекло содержит 1-2% ZnO, который действует как защитный коллоид. По этой причине стекла применяются довольно редко, прежде всего для выработки прессованных заготовок небольших размеров при изготовлении бижутерии. Как правило, такое стекло применяется в форме цапок для выработки накладного стекла, где слабое побурение в тонком слое не является помехой. При выработке цапок, обозначаемых в зависимости от цвета серебряные желтые, сернистые желтые, желтый макарат и т.д., применяются калиевые стекла с высоким содержанием свинца. В шихту на 100 кг песка вводят 0,4-0,6 кг  и 5-30 г золота, которое предварительно растворяется в царской водке. Кроме комбинации с золотом возможно также совместное введение с ураном, которое изменяет окрашивание до оранжевых тонов, в то время как при использовании комбинации с хромом или неодимом можно получить зеленые оттенки.

Красивое желтое окрашивание, от светло-желтых до оранжевых тонов, можно получить при использовании комбинации окислов . Если при низком содержании красителей получают светло-желтое окрашивание, то при использовании 4-5 кг  и 12-16 кг  на 100 кг песка можно получить, интенсивное желтое окрашивание стекла, причем не только для щелочных известково-кремнеземистых, но и для свинцовых стекол. Наиболее красивые желтые оттенки получают при использовании калиевых стекол. При постоянном содержании красителей окрашивание бывает тем насыщеннее, чем выше содержание СаО и ВаО в стекломассе. Вследствие этого в свинцовые стекла добавляют небольшое количество СаО, в особенности для получения оранжевого окрашивания. При варке этих стекол необходимо применять только чистые сырьевые материалы и стеклобой, так как присутствие даже небольшого количества железа приводит к возникновению некрасивых коричневых оттенков.

Желтое окрашивание можно получить введением 0,3 кг пиролюзита в шихту, содержащую 15-18 кг  на 100 кг песка. К шихте необходимо добавить такое количество углерода или хлористого олова, чтобы весь марганец был восстановлен до двухвалентной формы. При Использовании этого состава результат в значительной степени зависит от плавильного добавления восстановителя, который выбирается в зависимости от условий варки. Если восстановительные условия слишком сильные то возникает некрасивый коричневый оттенок, а при недостаточном количестве восстановителя появляется фиолетовый цвет, вызванный . В качестве компонентов в шихту вводятся ,которые способствуют восстановлению марганца.

При правильном режиме варки, используя комбинации титана и марганца, можно получить оттенок внешне напоминающий окрашивание ураном. Калиевые стекла, сваренные из шихты содержащей 0,4-2 кг биураната натрия на 100 кг песка, показывают в проходящем свете в зависимости от уровня содержания урана чисто-желтое или янтарное окрашивание; одновременно подавляется зеленая флуоресценция веществами, способствующими поглощению ультрафиолетового излучения ( PbO или ). Если ультрафиолетовое излучение не абсорбируется, то стекла, окрашенные ураном, под воздействием зеленой флуоресценции приобретают желтовато-зеленый оттенок. Желтые стекла, окрашенные ураном, получили название "анненские желтые". При добавлении небольшого количества хрома можно получить также лимонно-желтое окрашивание. При добавлении повышенного содержания хрома стекла приобретают интенсивный зеленый оттенок, называемый анненской зеленью.

Список литературы

Коцик И.  <http://lib.bittu.org.ru/CGI/irbis64r_91_opac/cgiirbis_64.exe?Z21ID=&I21DBN=SGTU&P21DBN=SGTU&S21STN=1&S21REF=b.%20font%20color=red10/font.%20/b&S21FMT=fullwebr&C21COM=S&S21CNR=20&S21P01=0&S21P02=1&S21P03=A=&S21STR=%D0%9A%D0%BE%D1%86%D0%B8%D0%BA,%20%D0%98.%20>Окрашивание стекла, Стройиздат, 1983. - 211 с.