Стекло
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Стекло

Стекло, твердий аморфний матеріал, отриманий в процесі переохолодження розплаву. Для С. характерна оборотність переходу з рідкого стану в метастабільний, нестійкий стеклообразноє стан. За певних температурних умов кристалізується. С. не плавиться при нагріванні подібно до кристалічних тіл, а розм'якшується, послідовно переходячи з твердого стану в пластичний, а потім в рідке. По агрегатному стану С. займає проміжне положення між рідкою і кристалічною речовинами. Пружні властивості роблять С. схожим з твердими кристалічними тілами, а відсутність кристалографічної симетрії (і пов'язана з цим ізотропна) наближає до рідких. Схильність до освіти С. характерна для багатьох речовин (селен, сірка, силікати, борат і ін.).

загрузка...

Склад деяких промислових стекол

Хімічний склад

Стекло

Sio 2

B 2 О 3

Al 2 O 3

MGO

CAO

BAO

PBO

Na 2 O

K 2 O

Fe 2 O 3

So 3

Віконне

71,8

2

4,1

6,7

14,8

0,1

0,5

Тарне

71,5

3,3

3,2

5,2

16

0,6

0,2

Посудне

74

0,5

7,45

16

2

0,05

Кришталь

56,5

0,48

1

27

6

10

0,02

Химіко-
лабораторне

68,4

2,7

3,9

8,5

9,4

7,1

Оптичне

41,4

53,2

5,4

Кварцоїдноє

96

3,5

0,5

 

Електрокол-
бочноє

71,9

3,5

5,5

2

16,1

1

Електроваку-
розумне

66,9

20,3

3,5

3,9

5,4

Медичне

73

4

4,5

1

7

8,5

2

Жаростійке

57,6

25

8

7,4

2

Термостійке

80,5

12

2

0,5

4

1

Термометрі-
чеськоє

57,1

10,1

20,6

4,6

7,6

Захисне

12

86

 

2

Радіационно-
стійке

48,2

4

0,65

0,15

29,5

1

7,5

Скляне волокно

71

3—

3

8

15

  С. називають також окремі групи виробів з С., наприклад будівельне С., тарне С., химіко-лабораторне С. і ін. Вироби з С. можуть бути прозорими або непрозорими, безбарвними або забарвленими люмінесцировать під впливом, наприклад, ультрафіолетового і g-віпромінювання, пропускати або поглинати ультрафіолетові промені і т.д. Найбільше поширення отримало неорганічне С., таке, що характеризується високими механічними тепловими, хімічними і ін. властивостями. Основна маса неорганічного С. випускається для будівництва (головним чином аркушеве) і для виготовлення тари. Ці види продукції отримують переважно з С. на основі двоокису кремнію (силікатне З.); вживання знаходять також і ін. кисневі (оксидні) С., до складу яких входять оксиди фосфору, алюмінію, бору і т.д. До безкисневих неорганічних С. відносяться С. на основі халькогенідов миш'яку (As 2 S 3 ), сурми (Sb 2 Se 3 ) і т.д., галогенідів берилія (Befz) і т.д. (див. також Напівпровідники аморфні ) .

  За призначенням розрізняють: будівельне скло (віконне, візерунчасте, скляні блоки і т.д.), тарне скло, стекло технічне ( кварцеве скло, светотехнічеськоє стекло, скляне волокно і т.д.), сортове скло і т.д. Виробляються С., що захищають від іонізуючих випромінювань, С. індикаторів проникаючої радіації, фотохромниє С. із змінним светопропуськанієм, С., вживане як лазерних матеріалів, увіолеве скло, піноскло, розчинне С. і ін. Розчинне С., таке, що містить близько 75% 3102, 24% Na 2 O і ін. компоненти, утворює з водою клейку рідину (рідке С.); використовується як ущільнюючий засіб, наприклад для виготовлення силікатних фарб, конторського клею, як диспергатори і миючі засоби, для просочення тканин, паперу і пр. Хімічний склад деяких видів С. приведений в таблиці.

  Физико-хімічні властивості С. Свойства С. залежать від поєднання вхідних в їх склад компонентів. Найбільш характерна властивість С. — прозорість (светопрозрачность віконного С. 83—90%, а оптичного скла до 99,95%). С. типове крихке тіло, вельми чутливе до механічних дій, особливо ударних, проте опір стискуванню у С. таке ж, як в чавуну.

  Для підвищення міцності С. піддають зміцненню (гарт, іонний обмін, при якому на поверхні С. відбувається заміна іонів, наприклад натрію, на іони літію або калія, хімічна і термохімічна обробка і ін.), що ослабляє дію поверхневих мікротріщин (тріщини Гріффітса), що виникають на поверхні С. в результаті дії довкілля (температура, вологість і пр.) і напруги, що є концентраторами, і дозволяє підвищити міцність С. в 4—50 раз. Зазвичай для усунення впливу мікротріщин застосовують підбурювання або стискування поверхневого шару. При підбурюванні дефектний шар розчиняється плавиковою кислотою, а на бездефектний шар, що оголів, наноситься захисна плівка, наприклад з полімерів. При гарті поверхневий шар стискується, що перешкоджає розкриттю тріщин. Щільність С. 2200—8000 кг/м 3 , твердість за мінералогічною шкалою 4,5—7,5, мікротвердість 4—10 Гн/м 2 модуль пружності 50—85 Гн/м 2 . Межа міцності С. при стискуванні рівний 0,5—2 Гн/м 2 , при вигині 30—90 Гн/м 2 , при ударному вигині 1,5—2 Гн/м 2 . Теплоємність С. 0,3—1 кдж/кг -К, термостійкість 80°— 1000 °С, температурний коефіцієнт розширення (0,56—12) 10 9 1/К . Коефіцієнт теплопровідності С. мало залежить від його хімічного складу і рівний 0,7—1,3 вт/ ( м . До ) . Коефіцієнт заломлення 1,4—2,2, електрична провідність 10 -8 —10 -18 ом -1. см -1 , діелектрична проникність 3,8—16.

  Технологія С. виробництво С. складається з наступних процесів: підготовки сировинних компонентів, здобуття шихти, варива С., охолоджування скломаси, формування виробів, їх відпалу і обробки (термічною, хімічною, механічною). До головних компонентам відносять стеклообразующие речовини (природні, наприклад Sio 2 , і штучні, наприклад Na 2 Co 3 ), що містять основні (лужні і лужноземельні) і кислотні оксиди. Головний компонент більшості промислових С. — кремнезем ( кремнію двоокис ) , вміст якого в С. складає від 40 до 80% (по масі), а в кварцевих і кварцоїдних від 96 до 100%. У скловарінні зазвичай як джерело кремнезему використовують кварцеві скляні піски, які у разі потреби збагачують. Сировиною, що містить борний ангідрид, є борна кислота, бура і ін. Глинозем вводиться з польовими шпатами, нефеліном і т.д.; лужні оксиди — з кальцинованою содою і поташем; лужноземельні оксиди — з крейдою, доломітом і т.п. Допоміжні компоненти — з'єднання, що додають те або інша властивість, наприклад забарвлення, прискорюючі процес варива і т.д. Наприклад, з'єднання марганцю, кобальту, хрому, нікелю використовуються як фарбники, церію, неодима, празеодіму, миш'яку, сурми — як обесцвечивателі і окислювачі, фтору, фосфору, олова, цирконію — як глушники (речовини, що викликають інтенсивне светорассеяніє); як освітлювачі застосовують хлорид натрію, сульфат і нітрат амонія і ін. Всі компоненти перед варивом просіюються, сушаться, при необхідності подрібнюються, змішуються до повністю однорідної порошкоподібної шихти, яка подається в скловарну піч .

  Процес скловаріння умовно розділяють на декілька стадій: силікатообразованіє, стеклообразованіє, освітлення, гомогенізацію і охолоджування («студку»).

  При нагріванні шихти спочатку випаровується гігроскопічна і хімічно зв'язана вода. На стадії силікатообразованія відбувається термічне розкладання компонентів, реакції в твердій і рідкій фазі з утворенням силікатів, які спочатку є такими, що спікся конгломерат, що включає і компоненти, що не вступили в реакцію. У міру підвищення температури окремі силікати плавляться і, розчиняючись один в одному, утворюють непрозорий розплав, що містить значну кількість газів і частки компонентів шихти. Стадія силікатообразованія завершується при 1100—1200 °С.

  На стадії стеклообразованія розчиняються залишки шихти і віддаляється піна — розплав стає прозорим; стадія поєднується з кінцевим етапом силікатообразованія і протікає при температурі 1150—1200 °С. Власне стеклообразованієм називають процес розчинення залишкових зерен кварцу в силікатному розплаві, внаслідок чого утворюється відносно однорідна скломаса. У звичайних силікатних С. міститься близько 25% кремнезему, хімічно не зв'язаного в силікати (лише таке С. виявляється придатним по своїй хімічній стійкос