Steklo

Steklo se lahko izdela prozorno in ploščato ali pa ga, kot kaže ta krogla steklarne Brehat iz Bretanje, oblikujemo v druge oblike in barve.
Sodobni rastlinjak Kraljevega hortikulturnega društva v Wisleyju, Surrey, Anglija.

Stêklo je amorfna (nekristalinična), praviloma prozorna trdnina, ki ima veliko praktično, tehnološko in dekorativno uporabnost, na primer kot okensko steklo, posoda, izolacijski materiel (steklena volna) in optično vlakno za hiter prenos optičnih signalov. Osnovna sestavina stekla je silicijev dioksid (kremen, SiO2).

Najbolj znano in zgodovinsko najstarejše je natrijevo (ali soda-apno) steklo, iz katerega so narejene na primer steklenice in okensko steklo. Natrijevo steklo vsebuje poleg kremenčevega peska tudi sodo (Na2CO3), ki zniža tališče, mlet apnenec (CaCO3), ki poveča njegovo trdnost in kemijsko odpornost, in v manjše količine dodatkov. Med taljenjem potečeta naslednji kemijski reakciji:

SiO2 + Na2CO3 → CO2 + Na2SiO3
SiO2 + CaCO3 → CO2 + CaSiO3

Med druge najbolj znane vrste stekla spadajo kremenčevo steklo, ki se proizvaja iz čistega silicijevega dioksida. Svinčevo ali kristalno steklo ima velik lomni količnik in se uporablja za izdelavo dragih brušenih in nebrušenih izdelkov in optičnih elementov (leče, prizme). Borovo steklo je zelo odporno proti kemikalijam in spremembam temperature in se uporablja predvsem za izdelavo laboratorijske steklovine.

Brezbarvno steklo se proizvaja iz zelo čistih surovin, ker ga že zelo majhne količine nečistoč tako ali drugače obarvajo. Za barvanje stekla se v talino dodajajo kovinski oksidi ali soli: železo ga obarva zeleno rumeno, kromov oksid zeleno, bakrov oksid modro, manganov oksid vijolično in zlato rdeče.

V znanosti se izraz steklo uporablja mnogo širše in zajema vse trdnine, ki imajo amorfno (nekristalinično) zgradbo in steklast prehod, ko se segrevajo proti temperaturi tališča. Med stekla v tem smislu spadajo tudi porcelani in mnogo termoplastov. Te vrste stekla se lahko proizvedejo iz zelo različnih gradiv: kovinskih zlitin, talin ionskih spojin, vodnih raztopin, molekularnih tekočin in polimerov. Polimerna stekla (poliakrilati, polikarbonati, polietilen tereftalati) so zaradi majhne gostote pogosto mnogo bolj primerna kot tradicionalna silicijeva stekla (steklenice, očesne leče).

Proizvodnja stekla

Pihanje taljenega stekla že dolgo omogoča izdelavo majhnih okrasnih steklenih izdelkov, v moderni dobi pa je industrijsko pomembna predvsem proizvodnja ravnega stekla.

Valjanje

Klasična metoda proizvodnje ravnega stekla temelji na vlečenju delno ohlajene steklene mase skozi tak sistem valjev, da je vsak naslednji par valjev postavljen bliže vsaksebi. Tako dobimo ravne plošče, ki pa pogosto vsebujejo napake zaradi nepravilnosti na valjih. Pojavlja se tudi problem različnih debelin stekla po širini (zaradi zamaknjenosti osi valjev), ali pa po dolžini (zaradi nihanja osi). Zaradi teh napak se sistem valjanja počasi umika iz svetovne proizvodnje.

Flotacijski postopek

Flotacijski postopek, ki sta ga med leti 1953 in 1957 razvila Sir Alastair Pilkington in Kenneth Bickerstaff, se je hitro razširil in danes obsega že 90 % svetovne proizvodnje ravnega stekla, saj ima pred sistemom valjanja številne prednosti. Postopek temelji na razlitju staljenega stekla na gostejšo tekočino (staljeni kositer), kar nam ustvari popolnoma ravno stekleno ploščo visoke kakovosti brez večjih nepravilnosti in nihanj v debelini. Zgornjo stran stekla nato izpostavijo dušiku pod visokim pritiskom, kar ima podoben učinek kot poliranje in tako ustvari površinsko gladkost.[1]

Fizikalne lastnosti

Optične lastnosti

Steklo se izjemno uporabno predvsem zaradi njegove prepustnosti za vidno svetlobo, katere polikristalinične snovi praviloma ne prepuščajo.[2] Posamezni kristaliti so lahko prozorni, njihove fasete (ploskve med zrni) pa svetlobo odbijejo ali razpršijo, kar ima za posledico razpršen odboj svetlobe. Steklo ne vsebuje notranjih gradbenih podenot, ki bi bile povezane mejnimi ploskvami, zato ne sipa svetlobe. Površina stekla je običajno gladka, ker se med strjevanjem molekule podhladijo in se zato ne utegnejo zložiti v pravilno kristalno geometrijo, ampak se podrejajo površinski napetosti, ki jih zlaga v mikroskopsko gladko površino. Te lastnosti dajejo steklu prozornost, ki se ohrani tudi če steklo delno absorbira svetlobo, se pravi če je obarvano.[3]

Steklo lahko po zakonih optike brez sipanja lomi, odbija in prepušča svetlobo, zato je uporabno za izdelavo okenskega stekla in leč. Običajna stekla imajo lomne količnike okoli 1,5. Z dodajanjem manj gostih primesi, na primer bora, se lomni količnik zmanjša (kronsko steklo), z dodajanjem bolj gostih primesi, na primer kremena (kremenčevo steklo) ali svinčevega oksida (svinčevo steklo), pa se lahko poveča do vrednosti 1,8. V zadnjem času se namesto svinčevega oksida uporabljajo manj strupeni oksidi, na primer cirkonijev, titanov in barijev oksid. Stekla z visokim lomnim količnikom, ki se uporabljajo za izdelavo brušene ali nebrušene steklene posode, dajejo bolj kromatično razpršeno svetlobo, podobno kot diamant, zato se običajno (netočno) imenujejo kristalna stekla.

Steklena plošča skladno s Fresnelovimi enačbami pri normalnih pogojih v zraku odbije približno 4 % vpadne svetlobe, se pravi da (zaradi dveh površin) prepusti približno 90 % vpadne svetlobe. Stekla z dodatkom germanijevega oksida se uporabljajo v elektroniki, na primer kot optična vlakna za prenos svetlobnih signalov.

Druge lastnosti

Steklo je prozorna tekočina z zelo visoko viskoznostjo in amorfno zgradbo, ki se začne mehčati pri 500-700 °C. V raztaljenem stanju se lahko piha, valja, vleče, ekstudira in uliva v različne votle izdelke, plošče ali zelo zapleteno oblikovane predmete. Steklo, ki ni laminirano ali kako drugače (termično) obdelano, je krhko in lomljivo, po drugi strani pa izredno trdno. Prenese do 30-krat večje tlačne obremenitve kot beton ali kamen in je zato zelo uporabno na številnih področjih.

Stekla so dobri toplotni in električni izolatorji, nimajo nobenega vonja in se zaradi gladke površine lahko čistijo. Odporna so na večino kislin, topil in drugih agresivnih kemikalij in so zato primerna za izdelavo posod za shranjevanje živil in večine kemikalij.

Vrste stekla

Viri in reference

  1. "PFG Glass". Pfg.co.za. Pridobljeno dne 24. oktobra 2009. 
  2. M.W. Barsoum (2003). Fundamentals of ceramics. 2. izdaja. Bristol: IOP. ISBN 0-7503-0902-4.
  3. D.R. Uhlmann, N.J. Kreidl, urednika (1991). Optical properties of glass. Westerville, OH. American Ceramic Society. ISBN 0-944904-35-1.

Zunanje povezave