Явление двойного лучепреломления в стекле

 

Явление двойного лучепреломления в стекле возникает под влиянием внешней нагрузки либо при наличии в нем внутренних напряжений (неотожженное стекло, закаленное и др.). Хорошо отожженное стекло, не подвергающееся действию внешних сил, является оптически изотропным материалом, то есть скорость распространения света в нем не зависит от направления. Напротив, при наличии в стекле внутренних напряжений поляризованный луч света, входя в стеклянный образец, разделяется на два. Один из них, направленный в сторону наибольших растягивающих усилий, имеет бóльшую скорость, чем другой, направленный в сторону наименьших усилий растяжения.

Если речь идет об областях образца, где доминируют напряжения сжатия, то луч света, направленный в сторону наибольших напряжений сжатия, будет иметь меньшую скорост ь и т. д.

По разности скоростей хода указанных лучей, отнесенной к единице длины пути судят о качестве отжига, или степени закалки изделий. Величина D / l легко определяется экспериментально. Принимая разность скорости хода лучей пропорциональной разности действующих в стекле напряжений, можно оценить уровень указанных напряжений по следующей формуле

D / l = В (s _у – s _х).

Здесь В – оптический коэффициент напряжений для листового стекла около 2,5 × 10^–6 МПа^–1, s _х и s _у – напряжения вдоль направлений соответствующих лучей.

 

5.3. Технологические свойства бесцветных
листовых стекол

 

Важнейшими из технологических свойств промышленных составов стекол являются вязкость, поверхностное натяжение и кристаллизационная способность.

 

Вязкость

 

Изучение условий стеклообразования показывает, что зависи-
мость вязкости от температуры является основным фактором, определяющим легкость стеклообразования того или иного расплава. Стекла образуются наиболее легко в двух случаях:

а) если температуре плавления кристаллической фазы соответствует очень большая вязкость расплава;

б) если вязкость очень быстро растет при снижении температуры. При этом кристаллизации расплава препятствует кинетический барьер атомной перегруппировки, обусловленной высокой вязкостью.

Вязкость не только определяет возможность и легкость стеклооб-
разования, но и она также важна при определении условий плавления, необходимых для получения свободной от пузырьков гомогенной стекломассы, температуры отжига, необходимой для снятия внутренних напряжений, и температурного интервала формования промышленных изделий из стекла. Кроме того, вязкость определяет верхнюю температурную границу эксплуатации любого стекла и условия, при которых может произойти девитрификация (расстеклование или спонтанная кристаллизация). В области перехода в стеклообразное состояние очень высокая вязкость является причиной проявления вязкоупругих свойств и временной зависимости многих свойств расплава.

Для перемещения слоев жидкости либо пластичного вещества один относительно другого под действием внешней силы необходимо преодолеть некоторое сопротивление, вызываемое силами внутрен-
него трения (F). Их величина регламентируется уравнением Ньютона:

F = h × S × dv / dx,

где h – коэффициент пропорциональности; S – площадь контакта слоев; v – скорость перемещения одного слоя относительно другого; х – расстояние между слоями; dv / dx – градиент скорости.

Если скорость изменяется прямо пропорционально силе сдвига, то вязкость не зависит от силы, такую жидкость называют ньютонов-
ской. При большой величине силы сдвига для многих стеклообразующих расплавов вязкость уменьшается с ростом внешней силы. Такое неньютоновское поведение жидкости называют псевдопластичным течением или сдвиговым разжижением, оно имеет большое значение при высокой скорости сдвига в процессе формования.

Коэффициент пропорциональности (h), являющийся характеристикой внутреннего трения (вязкости), численно равен силе, которую следует приложить к слою жидкости площадью (S) 1 м² для перемещения относительно другого той же площади, отстоящего от первого на расстоянии 1 м со скоростью 1 м/с. Вязкость выражают в паскаль-секундах (Па×с).

Характерной особенностью расплавов стекол в сравнении с другими жидкостями является их высокая вязкость. Даже при максимальных температурах варки h = 5–10 Па×с, что в 10⁴ раз выше вязкости воды (при 20°С) и в 4 × 10⁴ выше вязкости расплава стали (при 1400°С). При нормальной же температуре вязкость стекла превышает 10¹⁸ Па × с, что свидетельствует о сильном влиянии температуры на данное свойство.

Рис. 5.1 иллюстрирует ход изменения вязкости натрийкаль-цийсиликатного стекла от температуры.

 Видно, что скорость изменения вязкости относительно невелика в области жидкого состояния, и она еще меньше в области твердого состояния. Напротив, в области пластичного (размягченного) состояния стекла вязкость интенсивно изменяется с температурой.

Именно зависимость h = f (T) служит основой для определения температурных режимов проведения различных технологических процессов в стеклоделии.

На рис. 5.1 представлены интервалы значений вязкости, соответ- ствующих основным стадиям технологического процесса получения изделий из стеклообразующих расплавов: варке, формованию, фиксации формы отжига.

 

Рис. 5.1. Технологическая шкала вязкости промышленного силикатного стекла:
А – зона варки стекла (стеклообразование, осветление); Б – зона формования стеклоизделий (оформление конфигурации); В – зона твердения и фиксации формы; Г – зона отжига изделий; Д – эластично-твердое состояние стекла;
Е – вязкоэластичное состояние стекла; Ж – вязкожидкое состояние стекла;
З – кристаллизация стекла; И – температурный интервал формования; К – область смачивания металла стеклом при спаивании; Л – область спекания порошка стекла; Т _str – нижняя температура зоны отжига; Т _set – температура отпуска (только для спая стекла с металлом); Т _g – температура стеклования (трансформации);
Т _an – верхняя температура перехода зоны отжига; М _g – дилатометрическая температура размягчения; Т _f – температура перехода в вязкожидкое состояние; Т _soft – температура «точки Литтлтона»; Т _work – температура начала формования; Т _melt – температура розлива

 

На температурной кривой вязкости h = f (T) теоретический и прикладной интерес представляют около 20 характеристических температурных точек, с помощью которых можно определить пригодность данного состава стекла для изготовления той или иной группы изделий (табл. 5.4).

Таблица 5.4