Состав
стекла
Стекло, твёрдый аморфный материал, полученный в процессе переохлаждения
расплава. Для стекла характерна обратимость перехода из жидкого состояния
в метастабильное, неустойчивое стеклообразное состояние. При определённых
температурных условиях кристаллизуется. стекло не плавится при нагревании
подобно кристаллическим телам, а размягчается, последовательно переходя
из твёрдого состояния в пластическое, а затем в жидкое. По агрегатному состоянию
стекло занимает промежуточное положение между жидким и кристаллическим веществами.
Упругие свойства делают стекло сходным с твёрдыми кристаллическими телами,
а отсутствие кристаллографической симметрии (и связанная с этим изотропность)
приближает к жидким. Склонность к образованию стекло характерна для многих
веществ (селен, сера, силикаты, бораты и др.).
Стеклом
называют также отдельные группы изделий из стекла, например строительное
стекло, тарное стекло, химико-лабораторное стекло и др. Изделия из стекла
могут быть прозрачными или непрозрачными, бесцветными или окрашенными,
люминесцировать под воздействием, например, ультрафиолетового и g-излучения,
пропускать или поглощать ультрафиолетовые лучи и т.д. Наибольшее распространение
получило неорганическое стекло, характеризующееся высокими механическими
тепловыми, химическими и др. свойствами. Основная масса неорганического
стекла выпускается для строительства (главным образом листовое) и для
изготовления тары. Эти виды продукции получают преимущественно из стекла
на основе двуокиси кремния (силикатное стекло); применение находят также
и др. кислородные (оксидные) стекло, в состав которых входят окислы фосфора,
алюминия, бора и т.д. К бескислородным неорганическим стеклам относятся
стекла на основе халькогенидов мышьяка (As2S3), сурьмы (Sb2Se3) и т.д.,
галогенидов бериллия (BeFz) и т.д. (см. также Полупроводники аморфные).
По назначению различают: строительное стекло (оконное, узорчатое, стеклянные
блоки и т.д.), тарное стекло, стекло техническое (кварцевое стекло, светотехническое
стекло, стеклянное волокно и т.д.), сортовое стекло и т.д. Вырабатываются
стекла, защищающие от ионизирующих излучений, стекло индикаторов проникающей
радиации, фотохромные стекло с переменным светопропусканием, стекло, применяемое
в качестве лазерных материалов, увиолевое стекло, пеностекло, растворимое
стекло и др. Растворимое стекло, содержащее около 75% 3102, 24% Na2O и
др. компоненты, образует с водой клейкую жидкость (жидкое стекло); используется
как уплотняющее средство, например, для изготовления силикатных красок,
конторского клея, в качестве диспергаторов и моющих средств, для пропитки
тканей, бумаги и пр. Химический состав некоторых видов стекло приведён
в таблице.
Физико-химические свойства стекла.
Свойства стекла зависят от сочетания входящих в их состав компонентов.
Наиболее характерное свойство стекло - прозрачность (светопрозрачность
оконного стекло 83-90%, а оптического стекла -до 99,95%). стекло типично
хрупкое тело, весьма чувствительное к механическим воздействиям, особенно
ударным, однако сопротивление сжатию у стекло такое же, как у чугуна.
Для повышения прочности стекло подвергают упрочнению (закалка, ионный
обмен, при котором на поверхности стекла происходит замена ионов, например
натрия, на ионы лития или калия, химическая и термохимическая обработка
и др.), что ослабляет действие поверхностных микротрещин (трещины Гриффитса),
возникающих на поверхности стекла в результате воздействия окружающей
среды (температура, влажность и пр.) и являющихся концентраторами напряжений,
и позволяет повысить прочность стекла в 4-50 раз. Обычно для устранения
влияния микротрещин применяют стравливание или сжатие поверхностного слоя.
При стравливании дефектный слой растворяется плавиковой кислотой, а на
обнажившийся бездефектный слой наносится защитная плёнка, например из
полимеров. При закалке поверхностный слой сжимается, что препятствует
раскрытию трещин. Плотность стекла 2200-8000 кг/м3, твёрдость по минералогической
шкале 4,5-7,5, микротвёрдость 4-10 Гн/м2, модуль упругости 50-85 Гн/м2.
Предел прочности стекла при сжатии равен 0,5-2 Гн/м2, при изгибе 30-90
Гн/м2, при ударном изгибе 1,5-2 Гн/м2. Теплоёмкость стекла 0,3-1 кдж/кг
-К, термостойкость 80°- 1000 °С, температурный коэффициент расширения
(0,56-12) 109 1/К. Коэффициент теплопроводности стекло мало зависит от
его химического состава и равен 0,7-1,3 вт/(м. К). Коэффициент преломления
1,4-2,2, электрическая проводимость 10-8-10-18 ом -1. см-1, диэлектрическая
проницаемость 3,8-16.
|