Метилстиреновое стекло что это

Стекла с низкоэмиссионным покрытием

Кандидат наук, бессменный эксперт сайта, реальный, а не абстрактный (в отличие от прочих ресурсов) человек.

По оценке теплотехников в загородных домах через окна уходит 20-25% тепла, в квартирах многоэтажных домов — 40-50%. В связи с этим производители окон принимают все возможные меры для снижения тепловых потерь: используют качественные уплотнители, многокамерные профили рам и стеклопакеты с разной формулой, теплые откосы и подоконники. Задача решалась, но показатели теплопотерь уменьшались незначительно.

Все изменилось с появлением низкоэмиссионного стекла. Что это такое, насколько эффективно сохраняет тепло, расскажет эксперт сайта StroyGuru.

Что такое низкоэмиссионные стекла для окон

Низкоэмиссионное стекло — это стекло с низким эмиссивитетом. Непонятно? Попробуем раскрыть суть простыми словами: низкоэмиссионное стекло — это обычное флоат-стекло, которое с одной стороны отполировали, а затем нанесли незаметное для глаз покрытие. В пленке и кроется весь секрет высокой энергоэффективности стеклопакетов. Они пропускают видимый свет в обоих направлениях, а тепловые лучи отражают. При этом с двух сторон: зимой в помещение, летом на улицу.

Если сравнивать окна с обычными стеклами и низкоэмиссионными, то последние экономят тепловую энергию на 30-40% лучше, при цене на 10-15% выше. Это позволяет в средней полосе России окупать инновационные окна в загородных домах за год, квартирах — за 3-4 года.

Принцип работы

Принцип действия низкоэмиссионных стекол подсмотрен у зеркала. Только оно отражает все подряд и с одной стороны, а стекло, благодаря специальной тонюсенькой пленке, только инфракрасные, их еще называют тепловые, волны и с двух сторон. Электромагнитное излучение видимого спектра (свет) отражающая пленка пропускает. Правда, при этом незначительно, до 10%, возрастают потери светового потока.

Благодаря такому строению зимой тепло не уходит на улицу, а летом не попадает в помещение. Солнечный свет круглый год беспрепятственно проникает в жилье.

Способность любой поверхности поглощать тепло с последующей его отдачей обозначается термином «эмиссивитет». Этот показатель оценивается от 0 до 10 (можно встретить и от 0 до 1). У обычного стекла коэффициент эмиссии или эмисситент поверхности (Е) — 9 (0,89), стекла с жестким покрытием (k) — от 1,8 до 4 (0,18-0,4), низкоэмиссионное стекло с мягким напылением — от 0,3 до 1,9 (0,03-0,19).

Приведенные цифры показывают высокую эффективность низкоэмиссионного стекла.

До последнего времени было 2 вида энергосберегающего стекла: k- и i-стекло. Недавно появился третий: мультифункциональное.

K-стекло

Стекло с твердым энергоэффективным покрытием получают в процессе производства обычного, полированного термическим способом стекла. Технологический процесс выглядит следующим образом: на слой тяжелого легкоплавкого металла, обычно олово, но может быть и свинец, наливается расплавленная стекломасса («флоат-метод», в переводе «наплывной»). Если дальше не предпринимать никаких операций, то после остывания получается знакомое всем «флоат-стекло».

Если же при температуре около 600 о С на поверхность стекломассы нанести слой оксидов индия-олова, получается энергоэффективное k-стекло с прозрачной пленкой, отражающей инфракрасные лучи. Из-за того, что напыление производится на расплав, молекулы оксидов проникают в кристаллическую решетку верхнего слоя стекломассы, образуя своеобразный сплав кварцевого песка и металлов. Такую пленку невозможно повредить механическим способом — стала частью стекла. Именно поэтому покрытие и называют твердым, иногда жестким.

Благодаря напылению обычное стекло приобретает другие эксплуатационные характеристики:

Если сравнивать с другими видами низкоэмиссионного стекла, то выигрывает по прочности напыления и способности пропускать дневной свет, проигрывая в главном: теплоизоляционных свойствах. В России не производится.

I-стекло

Стекло с низкоэмиссионным мягким покрытием производят по другой технологии: на остывшую стекломассу, в условиях вакуума, напыляется слой серебра. Для защиты серебряного напыления наносится вторичное покрытие из оксида титана. Общая толщина нанесенной пленки — 0,08-0,012 мкм.

Уровень сцепления стекла и серебра недостаточно высокий — можно легко отделить механическим путем (соскрести любым металлическим предметом). Поэтому такие пленки называют «мягким покрытием».

Существенным недостатком такого стекла является низкая химическая устойчивость серебра — быстро окисляется в атмосферном воздухе, в результате чего теряется способность покрытия отражать тепловые лучи. Такая особенность накладывает некоторые ограничения на сборку стеклопакетов.

Во-первых, i-стекло нельзя долго хранить даже в герметичной упаковке, во-вторых, в стеклопакете оно должно стоять напылением внутрь камеры, в-третьих, в самой камере не должно быть кислорода (замещается аргоном).

По теплоизоляционным свойствам мягкое напыление значительно превосходит все виды используемого стекла. Так, эмиссивитет обычного стекла — 8,5, k-стекла — 2-4, i-стекла — 0,4. Но по пропускной способности солнечного света уступает — SF 62 (у твердого покрытия — SF 70).

Из других особенностей отметим:

Мультифункциональное стекло

Мультифункциональное покрытие (iM-стекло) отличается от мягкого напыления количеством слоев: пять вместо двух. При этом каждый слой выполняет определенную функцию. Так, первый и последний отвечают за зеркальность поверхности, второй и четвертый защищают серебро с хромом от окисления, средний слой — основной, отражает электромагнитные волны инфракрасного спектра.

Изменение состава нанесенной пленки привело к другим эксплуатационным характеристикам:

Существенный недостаток iM-стекла — высокая цена, которая, впрочем, компенсируется комфортом, большим сроком службы и удобством в эксплуатации.

Преимущества и недостатки

У низкоэмиссионного стекла есть сильные и слабые стороны.

Технология изготовления

Производство низкоэмиссионных стекол сложное, требующее специальных технологических линий и строгого соблюдения технических условий изготовления. Поэтому получить энергосберегающее стекло в кустарных условиях невозможно. Среди лучших производителей «Saint Gobam» (Франция), «Pilkington» (Великобритания), PPG (США), «Glavelbel» (Россия).

Стекло с низкоэмиссионным твердым покрытием изготавливают путем осаждения отражающих материалов на горячую, порядка 600 o С, поверхность стекла. Полученное таким способом покрытие устойчиво к механическому воздействию, не вступает в химическую реакцию с компонентами воздуха, не требует специальных условий хранения, простое в обработке.

По другой технологии слои низкоэмиссионного покрытия стекла наносятся один за другим (мягкий способ). Первым напыляется серебро. Толщина слоя — 15 нм. Затем защитные слои из оксидов никеля, кремния, олова, титана. Полученная пленка чувствительна к механическому воздействию, кислороду и влаге (окисляется). Поэтому i-стекло не может долго храниться, в стеклопакете обязательно ставится внутрь камеры. Еще одно важное требование — закачка в камеру инертных газов, замещающих кислород с полной герметизацией.

Установщики окон утверждают: применяемые герметики не в состоянии удержать аргон или ксенон весь эксплуатационный период. Примерно через 5-7 лет инертный газ замещается воздухом, а напыление исчезает. И это у компаний с современным оборудованием. У малых предприятий аргон улетучивается уже через 1-2 года. Для предотвращения окисления серебра на Западе предусмотрена подкачка инертного газа.

В России также — по ГОСТ Р54176-2010: «Национальный стандарт Российской Федерации. Стекло с низкоэмиссионным мягким покрытием. Технические условия» в окнах из такого стекла должны быть клапаны для подкачки аргона. Но пока никто их не видел. Производители объясняют сложившуюся ситуацию двойной герметизацией: внутренний слой из бутиловой ленты, наружный из полисульфида или полиуретана. Поэтому клапан не нужен. Насколько эффективна такая защита, сказать сложно — используется около 5-6 лет. Пока на форумах жалоб на уход инертного газа нет.

Несмотря на недостатки, производство стекла с мягким напылением постоянно растет: превысило 65% от всего объема низкоэмиссионного стекла.

Как определить наличие такого стекла у стеклопакета

Визуально определить наличие низкоэмиссионного стекла в стеклопакете сложно. Не каждый специалист сможет это сделать. Избежать обмана у продавца или фирмы-изготовителя можно, не прибегая к использованию специального прибора. Для этого нужно:

Заключение

Использование низкоэмиссионного стекла позволяет значительно экономить на отоплении в загородных домах и коттеджах. В квартирах такие окна практически не окупаются. Причина банальная — потери тепла через оконные проемы в квартирах на первый взгляд большие — до 30-50%. Но это от общих потерь, а они, по сравнению с частными домами, на порядок ниже — тепло практически не уходит через пол, потолок и внутренние стены.

Источник

Металлическое стекло – уникальный материал с особыми свойствами

Необычный материал под названием металлическое стекло отрыт уже довольно давно. Однако массового практического его применения до сих пор не найдено, несмотря на то, что состав обладает особыми свойствами. Они настолько уникальны, что могли бы совершить настоящую техническую революцию в технологиях.

Металлическое стекло и его свойства

Купить где-либо образцы металлического стекла практически невозможно. Однако если постараться, то можно найти в интернет-магазинах тонкую металлическую ленту из этого материала. Ее еще называют аморфным металлом. Если вам удастся где-то найти и купить такую ленточку, то вы сможете сами убедиться в ее необычных свойствах.

Металлическое стекло – это сплав металлов: кобальта (83,7%), кремния (9,4%), железа (3,7%), хрома (3,2%). Взяв впервые в руки этот материал, вы сразу обратите внимание на его гибкость и упругость. Если на обычной алюминиевой фольге можно легко оставить заломы и изменить ее форму, то с этой полоской так поступить не получится. При любых механических воздействиях (сжимании, скручивании) она остается идеально ровной и прямой.

При разрезании ножницами металлического стекла, на месте разреза остаются сколы. Что несвойственно для обычных сплавов металлов.

Что такое стекло?

Стекло в классическом понимании – это особая структура. Нагляднее всего понять это можно, если рассмотреть структуру материала на примере кварца – природного минерала, состоящего из диоксида кремния. В естественном виде это вещество, имеющее кристаллическую решетку в своей структуре.

Если кварц измельчить и расплавить в печи с добавлением других веществ (например, буры, оксида алюминия, нитратом натрия и др.), то на выходе мы получим расплав, в котором все молекулы хаотично перемешаны. Примеси ионов натрия в материале не дадут при застывании образоваться вновь упорядоченной кристаллической решетке. Молекулы просто замрут в хаотичном порядке, формируя стекло (аморфное состояние вещества).

Чем металлическое стекло отличается от обычной нержавеющей стали?

Металлическое стекло – это также материал с аморфной структурой. Нержавеющая же сталь, лишь внешне похожая на наш уникальный материал. Она имеет упорядоченную структуру молекул. Следовательно не обладает особыми свойствами.

Для получения аморфного металлического состава используется смесь, но уже не кварца и других веществ, а металлов. Их расплавляют в индукционной печи. Затем, расплав выливают на вращающийся холодный медный барабан. Металл мгновенно застывает, образуя длинную ленту. При скорости охлаждения, превышающей миллион градусов в секунду, атомы металлов не успевают образовывать кристаллическую решетку. В результате получается беспорядочная смесь атомов. Согласитесь, ситуация схожа с технологией создания стекла. Но, в этом случае все происходит с металлом.

Если расплав металлов будет застывать долго, то в нем успеют образоваться маленькие кристаллики. Вы можете наглядно их увидеть, если сломаете гвоздь или железный прут. В месте разлома будет видна шероховатая поверхность, образуемая кристаллами. Они являются причиной формирования слабых участков в материале.

В ленте из металлического стекла кристаллов нет. Поэтому такой материал слабо подвержен деформации. По своим характеристикам аморфный металл получается в несколько раз тверже и прочнее стали. Также он практически не подвержен окислению на воздухе.

Единственный способ изменить форму и свойства металлического стекла – это нагреть его до высокой температуры. При нагревании до 300˚С атомы металла перестроятся в совершенно другую форму, что позволит изменить конфигурацию изделия. Если температуру увеличить еще больше, то структура материала кристаллизируется и сделает его невероятно хрупким.

Применение

Ферромагнитные ленты из металлического стекла используют для изготовления сердечников трансформаторов. Материал позволяет увеличить эффективность устройств из-за снижения потерь вихревых токов в переменном магнитном поле.

Но, трансформаторы с сердечниками из металлического стекла используются редко из-за высокой стоимости. Их можно встретить преимущественно в Китае или Индии. В этих странах сосредоточена сегодня основная часть производства этого материала.

Применение металлического стекла остается редкостью. По большей части его используют при создании лабораторного оборудования или в проектах NASA. Материал можно также встретить в дорогих изделиях, изготавливаемых на заказ, например эксклюзивных часах.

Увы, уникальный материал, изобретенный еще в 60-х годах не получил широкого применения. А как бы хорошо было иметь, например, телефон с тонким корпусом, который не бьется, не ломается и не царапается. Сегодня же нам остается лишь надеяться, что ученые найдут способ удешевить производство металлического стекла, и мы сможем пользоваться им повсеместно.

Источник

Инженеры создали твёрдое и упругое металлическое стекло

Полученное при помощи просвечивающего электронного микроскопа изображение разных уровней кристаллизованности аморфного металла

Инженеры из Университета Южной Калифорнии получили новый вид металлического стекла, отличающийся повышенной упругостью. Материал сочетает в себе, кажется, несочетаемые свойства – твёрдость, прочность и эластичность. Материал, получивший технологическое название SAM2X5-630, обладает наивысшей ударной прочностью из всех известных металлических стёкол.

Металлические стёкла, или аморфные металлы — класс металлических твердых тел с аморфной структурой. В отличие от металлов с их кристаллической структурой, таковая у аморфных металлов аналогична атомной структуре переохлаждённых расплавов.

Слева прыгает шарик из нового металлического стекла, справа – из обычной стали

Материал способен выдерживать сильные удары, при этом он не крошится и не ломается, а возвращает первоначальную форму. Потенциал его применения практически безграничен – начиная от свёрл и бронежилетов и заканчивая имплантатами для укрепления костей и защитой космических спутников.

Обычно аморфные металлы получают нагреванием до 630 °C, а затем очень быстрым (порядка градуса в секунду) охлаждением. Материал SAM2X5-630 был получен нагреванием порошкообразного состава на основе железа (Fe_49.7Cr_17.7Mn_1.9Mo_7.4W_1.6B_15.2C_3.8Si_2.4).

Уникальные свойства металла происходят из удачной находки сочетания температуры нагревания и скорости охлаждения – именно такие условия, которые испытал полученный состав, приводят к образованию локальных очагов слабо выраженной кристаллической структуры. Другие условия нагрева или охлаждения приводят к получению полностью аморфных металлов со случайным расположением атомов.

«У него почти нет внутренней структуры, и в этом он похож на стекло, но при этом встречаются регионы с кристаллизацией,- говорит Вероника Эльясон [Veronica Eliasson], ассистент-профессор из Инженерной школы им.Витерби при университете, и ведущий автор работы. – Мы пока понятия не имеем, почему небольшое количество кристаллизировавшихся участков в металлических стёклах приводят к таким сильным различиям в реакциях на удар».

Динамический предел упругости Гюгонио (максимальное воздействие, которое материал выдерживает без необратимой деформации), был определён для SAM2X5-630 в районе 12 ГПа. У нержавеющей стали этот показатель равен 0,2 ГПа, у карбида вольфрама (используемого для создания твёрдых инструментов и сердечников бронебойных пуль) – 4,5 ГПа, у алмазов – до 60 ГПа.

Изучение аморфных металлов началось в 1960 году в Калифорнийском технологическом институте – группой учёных было получено первое металлическое стекло Au₇₅Si₂₅. С тех пор было получено множество подобных материалов с интересными свойствами, однако пока область их практического применения нельзя назвать широкой из-за их высокой стоимости.

Например, полученный недавно в Японии Ti₄₀Cu₃₆Pd₁₄Zr₁₀ — неканцерогенный, в три раза прочнее титана, мало изнашивается, при трении не образует порошок, а по модулю продольной упругости практически совпадает с человеческими костями – в потенциале его можно будет использовать как прекрасную искусственную замену суставов.

Источник

Российские учёные придумали, как делать металлические стёкла для гаджетов

На днях группа учёных из НИТУ «МИСиС» опубликовала в издании Journal of Alloys and Compounds статью, в которой рассказала об уникальном методе обработки металлических стёкол. Исследователи предложили методику, которая в научных кругах считалась неприемлемой для обработки подобных материалов, но результат превзошёл ожидания — могут появиться покрытия для смартфонов и имплантатов с высочайшими прочностными свойствами.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Металлические стекла или аморфные металлы — это материалы, у которых отсутствует закономерность в расположении далеко отстоящих друг от друга атомов. Поэтому они отличаются высокой прочностью, эластичностью, стойкостью к коррозии и другими свойствами, остро востребованными в приборостроении, машиностроении, медицине и магнитной электротехнике. Предложенная российскими учёными технология обработки металлических стёкол обещает удешевить их производство и втолкнуть в потребительский сегмент, повышая качество продукции.

Другим препятствием для использования металлических стёкол в качестве защитных покрытий кроме высокой стоимости остаётся их высокая хрупкость. Учёные нашли, как преодолеть этот барьер, но пока методика опробована на довольно дорогом аморфном сплаве системы цирконий-медь-железо-алюминий (Zr-Cu-Fe-Al). Путь к гаджетам и повсеместному использованию новых покрытий будет открыт, если методику сумеют применить к обработке металлических стёкол из более дешёвых материалов, например, титановым сплавам. Именно это станет предметом продолжения исследований.

Что касается предложенного метода обработки аморфных металлов, то он включает этап отжига до и после прокатки, что было «запрещено» канонами науки о данном классе металлов. В большинстве экспериментах с отжигом материал становился крайне хрупким, что неприемлемо.

«Выбор состава сплава и системы легирования помог нам обойти эту проблему: отжиг примерно на 100 градусов ниже температуры стеклования позволил вместо охрупчивания добиться пластификации объемных образцов и упрочнения ленточных», — объяснил научный руководитель исследования, д.т.н., профессор НИТУ «МИСиС», Дмитрий Лузгин.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

В ходе экспериментов учёные получили объёмные образцы металлических стёкол, допускающих растяжение до 1,5 % при комнатной температуре (повышенная пластичность), а ленточные образцы оказались на 25 % твёрже. При этом пластичность на изгиб и сжатие сохранились. Перенос этих технологий обработки на широко доступные материалы обещают много интересного, но когда это произойдёт, сегодня никто не может сказать.

Источник

Металлическое стекло

содержание

Строительство и производство

характеристики

Металлические стекла показывают среди прочего. типичные металлические отражения света и неотличимы от обычных металлов для непрофессионала. Поверхность можно отполировать, чтобы сделать ее особенно гладкой, а из-за высокой твердости ее нелегко поцарапать, что позволяет добиться особенно красивого и стойкого блеска.

Металлические стекла бывают

Различают магнитные и немагнитные аморфные металлы. Некоторые из них (во многом из-за отсутствия дефектов кристалла):

история

Другая проблема заключается в том, что, в частности, аморфные стали обычно приходится изготавливать в лабораторных условиях (например, в вакууме). Здесь тоже есть прогресс.

Приложения

Обычные металлические стекла, которые можно производить относительно недорого в виде тонких полос, используются с 1980-х годов в основном в следующих областях электротехники из-за их особых магнитомягких свойств :

Ожидается, что аморфные стали оправдают большие ожидания, когда они будут готовы к выпуску на рынок. В отличие от уже выпускаемых на рынок металлических стекол, материальные затраты будут достаточно низкими, чтобы сделать их полноценным конструкционным материалом, который также подходит для более крупных компонентов. Если существующие технические проблемы будут решены и аморфные стали будут готовы к выпуску на рынок, они будут в первую очередь конкурировать с титаном и нержавеющей сталью и будут иметь более высокую коррозионную стойкость и лучшую обрабатываемость.

Источник