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.
Цвет образца
|
Толщина, мм
|
Среднее
|
Оранжевый
|
3,43
|
3,43
|
3,42
|
3,43
|
3,42
|
3,43
|
|
|
|
|
|
|
|
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".
Образец стекла
|
λ0,
нм
|
D
|
λгр, нм
|
KР
|
α(λ0)
|
Оранжевый
|
643
|
0,0071
|
565
|
1,1885
|
0,029
|
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:
|
Опыт 3. Определение
плотности
|
|
|
|
№ п/п
|
|
|
|
|
|
|
1
|
2,750
|
-0,010
|
|
1,680
|
-0,020
|
|
2
|
2,770
|
0,010
|
|
1,700
|
0,000
|
0
|
3
|
2,760
|
0,000
|
0
|
1,710
|
0,010
|
|
4
|
2,760
|
0,000
|
0
|
1,700
|
0,000
|
0
|
5
|
2,750
|
-0,010
|
|
1,710
|
0,010
|
|
6
|
2,770
|
0,010
|
|
1,700
|
0,000
|
0
|
7
|
2,760
|
0,000
|
0
|
0,000
|
0
|
∑
|
19,320
|
|
|
11,900
|
|
|
<>
|
2,760
|
|
|
1,700
|
|
|
∆P1
|
0,007
|
|
<ρ>
|
2,598
|
|
ερ
|
0,074
|
|
∆ρ
|
0,19
|
|
∆P2
|
0,009
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Определение показателя преломления
С помощью рефрактометра был измерен показатель преломления, данные
приведены ниже:
|
Опыт 2. показатель
преломления
|
N
|
|
-<>
|
|
1
|
1,5203
|
-0,0035
|
1,24609
|
2
|
1,5159
|
-0,0079
|
6,28849
|
3
|
1,5283
|
0,0045
|
1,99809
|
4
|
1,5240
|
0,0002
|
2,89
|
5
|
1,5238
|
0,0000
|
9
|
6
|
1,5120
|
-0,0118
|
0,000139949
|
7
|
1,5138
|
-0,0100
|
0,000100601
|
8
|
1,5283
|
0,0045
|
1,99809
|
9
|
1,5289
|
0,0051
|
2,57049
|
10
|
1,5430
|
0,0192
|
∑
|
15,2383
|
|
0,000749081
|
<>
|
1,5238
|
|
|
|
Выводные величины
|
|
|
∆0,005
|
|
|
|
εn
|
0,003
|
|
|
εn
|
0,317
|
%
|
nd =
|
1,524
|
±
|
0,005
|
5. Сравнительная таблица результатов с нормируемыми величинами в ГОСТе
.1 Сравнение
спектров пропускания
Сравнительная
таблица
|
Эксперимен тальные данные
|
Значения ГОСТ(для ОС13)
|
ОС12
|
ОС13
|
ОС11
|
ОС21
|
ОС22
|
ОС19
|
ОС20
|
спектр тау
|
Представлены выше
|
+
|
+
|
-
|
-
|
+
|
-
|
-
|
плотность
|
2,60±0,19
|
2,64
|
+
|
+
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
1,524±0,005
|
1528
|
+
|
+
|
+
|
-
|
-
|
-
|
-
|
λ0,
нм
|
643
|
650
|
+
|
-
|
-
|
-
|
+
|
-
|
D
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λгр, нм
|
565
|
565
|
+
|
+
|
-
|
-
|
+
|
-
|
-
|
KР
|
1,1885
|
1,2
|
+
|
+
|
+
|
-
|
-
|
-
|
-
|
α(λ0)
|
0,029
|
0,007
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
α(λ1)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α(λ2)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α(λ3)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7143
|
0,7143
|
0,1429
|
0
|
0,2857
|
0,1429
|
0
|
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.