wimic agh

Katedra Technologii Szkła i Powłok Amorficznych

Kierownik Katedry: Prof. dr hab. inż. Jan Wasylak

 

SZKŁA ZABYTKOWE

Szkła o charakterze zabytkowym, aby zachowały swe walory wymagają specjalnych umiejętności konserwacyjnych. Badania szkieł historycznych dotyczą obiektów wskazanych przez muzealników i przeznaczonych do prac renowacyjno-konserwatorskich. Zabiegi te mają na celu dbanie o nasze dziedzictwo kulturowe. Są to szkła o różnej przeszłości historycznej i o różnym stopniu zachowania. Badania tych szkieł prowadzone są dwustopniowo: na wybranych próbkach szkieł oryginalnych, jak i na szkłach modelowych, spełniających rolę tzw. sensorów. Są to zarówno badania powierzchniowe jak i strukturalne. Badania szkieł zabytkowych są realizowane w laboratorium naszego Wydziału, jak i w ośrodkach krajowych i zagranicznych z nami współpracujących. Z uwagi na różne metody produkcji i zdobienia wybranych obiektów artystycznych dokładność badań materiału ma istotny wpływ na dalsze decyzje konserwatorskie, które prolongują ich trwanie dla następnych pokoleń.

Suknia mieszczańska (XVIII w.)

Ołtarzyk zdobiony techniką eglamisé (XVI w.)

Szkła witrażowe (XIV w.)

Puchar saski (XVIII w.)

EKOLOGICZNE SZKŁA NAWOZOWE

Szkliste nawozy mineralne to szkła krzemianowo-fosforanowe zawierające odpowiedni zestaw makropierwiastków (P, K, Ca, Mg) i mikropierwiastków (Cu, Fe, Mn, Zn, Co, B) niezbędnych roślinom do ich normalnego rozwoju. Są to szkła o małej rozpuszczalności w wodzie, co korzystnie odróżnia je od nawozów tradycyjnych, zapobiegając niebezpieczeństwu przenawożenia gleby. Jednocześnie rozpuszczają się one w roztworach związków organicznych wytwarzanych przez systemy korzeniowe roślin, dostarczając niezbędnych ilości składników pokarmowych na danym etapie wzrostu rośliny. Szkła nawozowe po zasileniu rośliny składnikami pokarmowymi stanowią pozostałość zgodną pod względem właściwości i składu ze składnikami mineralnymi gleb, nie naruszając równowagi biogeochemicznej środowiska. 

Szkło nawozowe

Amorficzny materiał porowaty uzyskany ze szkła nawozowego służący jako aktywne chemicznie podłoże ogrodnicze

Mata szklana uzyskana z rozwłóknionego szkła nawozowego służąca jako aktywne chemicznie podłoże ogrodnicze

 

Skuteczność działania szklistych nawozów mineralnych została potwierdzona uprawami szklarniowymi i polowymi, prowadzonymi w Katedrze Uprawy Roli i Nawożenia Roślin Ogrodniczych Akademii Rolniczej w Krakowie.

POWŁOKI EMALIERSKIE

Emalie są to otrzymane na bazie szkieł nieorganicznych powłoki na metalowych podłożach. Emaliowany wyrób jest materiałem kompozytowym. 

Podłoże (metal) nadaje właściwości mechaniczne i wytrzymałościowe, a powłoka właściwości ochronne (zapobieganie korozji elektrochemicznej i chemicznej). 

Dzięki tym właściwościom emalie ceramiczne znajdują szerokie zastosowanie w praktyce (wyroby gospodarstwa domowego i przemysłowe: przemysł chemiczny, farmaceutyczny, energetyka i elektronika itp.). Poniżej przedstawiono przykłady zastosowania powłok emalierskich w przemyśle galwanicznym i chemicznym. Technologie opracowano w Katedrze Technologii Szkła i Powłok Amorficznych.

Elementy urządzenia galwanicznego:

Nagrzewnica /chłodnica

Element aparatury chemicznej

Osłona termopary

BIOAKTYWNE SZKŁO-CERAMICZNE MATERIALY POROWATE Z UKŁADU CaO–SiO2–P2O5 OTRZYMANE METODĄ TRADYCYJNEGO WYSOKOTEMPERATUROWEGO TOPIENIA

Materiały bioaktywne wchodzą w reakcje biochemiczne w środowisku fizjologicznym, w rezultacie czego tworzy się bezpośrednio wiązanie pomiędzy materiałem a żywą tkanką. W medycynie rekonstrukcyjnej kości istotnym problemem jest uzyskanie trwałego i stabilnego zespolenia wszczepu z żywą tkanką przez wrastanie w jej pory implantu. Właściwy rozmiar porów i połączeń między nimi umożliwia zatem uzyskanie trwałego i stabilnego zespolenia implantu z kością.

Szkło-ceramiczny materiał porowaty uzyskany metodą odwzorowania tekstury gąbki polimerowej

Szkło-ceramiczny materiał porowaty uzyskany w wyniku połączenia szkieł z różnym typem wypełniacza (saharoza)

BIOSZKŁO SiO2 - P2O5 - CaO (+ Na2O)

Szkła bioaktywne to takie szkła, które: 

samoistnie zrastają się z tkanką macierzystą; stymulują tkankę kostną do jej odbudowy.

W warunkach "in vivo" na powierzchni biomateriału krystalizuje warstwa hydroksyapatytu (HAp) o składzie chemicznym i mineralogicznym zbliżonym do HAp kostnego; tworzy się wyjątkowo trwałe wiązanie chemiczne ("bonding interface"); w żywym organizmie w obecności bioszkła zachodzi szereg procesów biochemicznych i biologicznych (adsorpcja białek, zsynchronizowane zdarzenia komórkowe), których wynikiem jest szybkie formowanie się tkanki kostnej. 

Odbudowana kość po zaimplantowaniu granulek bioszkła (12 tygodni)

Młoteczki do rekonstrukcji ucha środkowego

Otrzymywanie biomateriałów metodą zol-żel

SZKŁA SPECJALNE W TECHNICE ŚWIATŁOWODOWEJ

Światłowód jest to konstrukcja przenosząca promieniowanie optyczne drogą wielokrotnych odbić. Całkowite wewnętrzne odbicie następuje, gdy światło przechodzi z ośrodka o większym współczynniku załamania do ośrodka o współczynniku mniejszym. Z tego powodu światłowód zbudowany jest z co najmniej dwóch warstw. 

Przed przystąpieniem do wyciągania światłowodu wykonano kapilarę ze szkła sodowego podobnym do użytych szkieł współczynniku rozszerzalności termicznej o długości ok. 4 m i średnicy wewnętrznej 0,5 mm, rozszerzonej u jej wylotu w kształcie lejka. Zadaniem jej było ograniczenie niekontrolowanego wypływu szkieł tworzących rdzeń i płaszcz włókna, co pozwoliło na uformowanie światłowodu.

Budowa światłowodu

Moment wypływu szkieł wypełniających kapilarę

Przełom poprzeczny otrzymanego światłowodu

średnica zewn. 150 mm, średnica płaszcza ze szkła - 132 mm, średnica rdzenia ze szkła - 117 mm, zakres przepuszczalności światła - 0,52-7,12 mm.

SZKŁA POROWATE TYPU VYCOR

stanowią gąbczasty szkielet zbudowany co najmniej w 96% z SiO2, a występujący w nich system kanalików znacznie rozwija ich powierzchnię właściwą. Mogą być wykorzystane jako błony półprzepuszczalne do rozdziału mieszanin ciekłych i gazowych, jako nośniki katalizatorów w procesach petrochemicznych. Istnieje również możliwość wykorzystania tych szkieł w biochemii do zastosowań klinicznych i diagnostycznych. Mogą one również być przeznaczone do eliminacji zanieczyszczeń, głównie węglowodorowych, z wód podziemnych i powierzchniowych oraz z rejonu stacji magazynowania paliw płynnych i rafinerii nafty.

SZKŁO PIANKOWE

- porowaty materiał o niewielkiej gęstości pozornej, bardzo dobrych właściwościach termoizolacyjnych, dobrej izolacyjności akustycznej i odporności chemicznej. 

Cenne pod tym względem jest szkło piankowe o porach zamkniętych. Jest wytwarzane w postaci granul o różnych średnicach lub płyt różnej wielkości. 

Szkło piankowe można stosować tam, gdzie wymagana jest doskonała izolacja cieplna i dźwiękochłonna, niepalność oraz występuje stałe nawilgocenie. Stosowane jest w budownictwie, przemyśle chłodniczym, chemicznym, okrętowym, energetyce jądrowej itp. Może stanowić również składnik podłoży autostrad układanych na terenach podmokłych i grząskich oraz być wykorzystane jako osłony dźwiękochłonne.

SZKŁOCERAMIKA DO ZASTOSOWAŃ W OPTOELEKTRONICE

Istotnym zagadnieniem dla miniaturyzacji układów optoelektronicznych jest otrzymanie tanich materiałów dla konstrukcji miniaturowych laserów ciała stałego, pracujących w zakresie generacji promieniowania widzialnego i ultrafioletowego. W tym celu wykorzystuje się szkła o złożonym składzie chemicznym. Bazują one na standardowych tlenkach – stosowanych w produkcji szkła okiennego – to jest: SiO2, Na2O,CaO, Al2O3 oraz związkach modyfikujących strukturę i właściwości typowego szkła np.: tlenki i fluorki pierwiastków ziem rzadkich. Otrzymana z takiego szkła - poprzez odpowiednią obróbkę termiczną - szkłoceramika cechuje się dużą przezroczystością, wykazując jednocześnie efekt konwersji wzbudzenia, tj: zjawisko luminescencji w zakresie długości fal krótszych niż długość fali promieniowania wzbudzającego. Materiały o takich właściwościach znajdują zastosowanie jako wzmacniacze optoelektroniczne, wyświetlacze, znaczniki np. mikrokody paskowe wykorzystywane w medycynie do oznaczania struktur DNA. Mogą również posłużyć do skonstruowania w niedalekiej przyszłości telewizji 3D. Oglądany przez widzów rzeczywisty trójwymiarowy obraz będzie mógł być tworzony w objętości przezroczystego materiału (np. szkła), a jego oglądanie byłoby możliwe praktycznie z każdej pozycji.