Разработка состава цветных стеклокристаллических материалов для декоративных композиций

Наиболее ярким и необычным декоративным украшением окон и дверей является витраж, или декорированное стекло [1]. Витражное стекло – собственно, сам витраж – композиция из стекол, разделенных металлической растяжкой. Уже в IV в. нашей эры цветное стекло начинают применять для заполнения оконных проемов. Наибольшую известность среди строений, в декоративном украшении которых использовались витражи, получил Софийский собор, возведенный в 537 г. нашей эры.

Особенностью технологии изготовления витражей того периода является то, что они были выполнены из кусочков цветного стекла, сплавленных между собой.

Из декоративных композиций наиболее распространенными являются витражи. Ниже приведены определение слова «витраж» и основы технологии его изготовления [5].

Что называют витражом? Витраж (от французского vitrage, от латинского vitrum – стекло) – орнаментальная или сюжетная декоративная композиция (в окне, двери, перегородке, в виде самостоятельного панно) из стекла или другого материала, пропускающего свет. Витражи – отдельный художественный элемент в интерьере, являющийся также произведением искусства. Например, витражная мастерская «Арт-витраж» занимается изготовлением классических художественных витражей во всех стилях и направлениях, пескоструйной обработкой стекла, производством декоров по технологии «фьюзинг».

В данной работе разработку цветных стекол для витражей проводили в двух направлениях на основе системы РbО - SiO₂, сварено и изучено две серии стекол. В первой серии в качестве красителей использованы оксиды хрома, марганца, железа и никеля. Во второй серии использованы оксиды редкоземельных элементов – Y₂O₃, Ce₂O₃, Nd₂O₃, Er₂O₃.

Для приготовления исходных смесей (табл. 1, 2) использованы реактивные материалы марки «ч. д. а» и «х. ч». Перемешивание материалов производили мокрым способом с использованием этилового спирта. Варка стекол осуществлена в электрической печи сопротивления с силитовыми нагревателями. Максимальная температура варки стекол – 1000-1100⁰С. Выдержка при конечной температуре составила 1 час.

Составы первой серии стекол приведены в табл. 1.

Составы первой серии стекол

Вторая серия стекол синтезирована также на основе системы РbО-SiO₂. В качестве красителей выбраны оксиды редкоземельных элементов. Составы спроектированных и синтезированных стекол приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Составы спроектированных и синтезированных стекол

Стекла варились в корундизовых тиглях при температуре 1000-1100⁰С.

На основе составленных шихт получены цветные стекла со следующими физико-химическими характеристиками:

Показатель преломления – 1,91

Плотность – 5,96 г/см³

Химическая устойчивость, %

по отношению к дистил. Н₂О (рН = 7,0) – 99,9

по отношению к СН₃СООН (рН = 4,3) – 98,6

по отношению к NaOН (рН = 9,3) – 99,4

Коэффициент термического расширения 10^-7, град^-1

от 20-200⁰С – 84,2

от 20-400⁰С – 86,2

В данной работе на основе стекол системы PbO-TR₂O₃-SiO₂ получены составы ситаллов с нуклеаторами кристаллизации, в качестве которых из гаммы нуклеаторов отобраны такие оксиды, как Сr₂O₃, TiO₂, ZrO₂ и WO₃.

С целью определения кристаллизационной способности опытные стекла подвергнуты кристаллизации методом массовой кристаллизации. Кристаллизацию стекол проводили в электрической печи с силитовыми нагревателями, для чего образцы стекол нагревали до 500-750⁰С.

Использованный метод позволил провести кристаллизацию трех образцов одновременно. Исследуемые образцы выдерживали при заданной температуре от 1 до 4-х часов.

Результаты наблюдения продуктов кристаллизации стекол (визуально и под микроскопом в проходящем свете), оцененные по шестибалльной шкале, приведены в таблице 3.

Полученные в табл. 3 данные свидетельствует об одинаковом характере кристаллизации церий-, неодим- и эрбийсодержащих стёкол. Во всех случаях признаки кристаллизации начинаются при –575 ± 25⁰С, а полная кристаллизация наступает при 750⁰С.

Кристаллизационная способность стекол в свете полученных данных зависит от множества факторов. В числе основных нужно отметить химический состав стекла, вид и количество нуклеатора кристаллизации, температурный режим термообработки и другие. В конкретном случае для усиления процесса кристаллизации в составы шихт введен дополнительно нуклеатор кристаллизации – WO₃ в количестве от 1 до 9 мас.%.

Таблица 3.

Кристаллизационная способность опытных стекол

В данной работе синтезированные стекла кристаллизовались при различных температурных режимах в режиме выдержки один и четыре часа. Увеличение времени термообработки от одного часа до 4-х часов способствует кристаллизационному процессу.