Изучение основных свойств стекла

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с некоторыми методами контроля свойств стекла.

 

    1. СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА СТЕКЛА

Стекло, являясь разновидностью аморфных веществ, представляет собой прозрачный материал, получаемый плавлением и последующим охлаждением различных комбинаций окислов, которые по назначению подразделяются на стеклообразующие, модифицирующие и промежуточные.

К стеклообразующим окислам относятся окислы кремния, бора, фосфора, германия и мышьяка. К модифицирующим окислам, которые используются для изменения физико-химических свойств стекла, относятся окислы щелочных и щелочно-земельных металлов. К промежуточным окислам относятся окислы алюминия, свинца, железа, титана, бериллия, которые могут замещать некоторую часть стеклообразующих окислов в структурном каркасе стекла и обусловливают изменение свойств стекла в нужном направлении.

Стеклообразующий каркас стекол представляет собой непрерывную беспорядочную пространственную трехмерную сетку, в узлах которой расположены ионы, атомы или группировки атомов (рисунок).

Химический состав стекол можно изменять в широких пределах, поэтому и свойства стекла могут быть достаточно различными (таблица).

 

Схема структурной сетки стекла: а – кварцевого, б – натриево-силикатного

 

Механические свойства стекла можно существенно повысить различными методами упрочнения поверхностного слоя стекла: термической, химической или термохимической обработкой.

Свойства некоторых промышленных стекол и ситалла

 

Стекло	Плотность, г/см^3	s, МПа при					Температура раз- мягчения, °С	Термостой-кость,°С
		сжатии		растя- жении		изгибе
Листовое силикатное	2,0-2,5	600- 700	30-70		50-100		-	40-80
«Мазда»	2.6	-	-		-.		806	185
МКР-1	2,3	78	-		45-50		650	180
Кварцевое	2,0- 2,3	350- 650	40-60		45-100		1200	1000
енностекло	0,18- 0,8	150- 250	50-100		50-100		300-400	110-170
Ситалл	2,4- 2,7	1000-2000	110-160		70-350		1200-1350	—

 

Термический метод упрочнения заключается в закалке стекла. Сущность закалки стекла заключается в нагреве его до температуры 620-65О°С, выдержке при этой температуре и в быстром, равномерном охлаждении с обеих сторон. При такой обработке в поверхностных слоях стекла возникают сжимающие остаточные напряжения, благодаря чему стойкость стекла к статическим нагрузкам возрастает в 4-6 раз, прочность на удар в 5-7 раз, а термическая стойкость в 2-3 раза.

Химический метод упрочнения заключается в удалении дефектного с микротрещинами поверхностного слоя стекла методом химического травления. Наибольший эффект упрочнения достигается в результате комбинированных методов упрочнения.

РАЗНОВИДНОСТИ СТЕКЛА

Кварцевое стекло состоит практически из чистого кремнезема (99,5%) SiO₂ и отличается высокими показателями термической и химической стойкости. Из него изготовляют химически стойкую посуду, чехлы для термопар, изоляторы, электровакуумные приборы, работающие при повышенных температурах.

Безосколочное стекло (триплекс) – это комбинированное стекло, состоящее из двух или нескольких слоев обычного промышленного стекла, склеенных с прозрачным эластичным и упругим промежуточным слоем прозрачного органического полимера. Для получения высокопрочных и безопасных в работе безосколочных стекол весьма эффективно склеивание нескольких слоев стекол, предварительно закаленных. Базосколочные стекла применяются для остекления автомашин, самолетов, для изготовления прозрачных экранов к металлорежущим станкам, а также для изготовления приборов, работающих при повышенных температурах и давлениях.

Пеностекло получают вспениванием расплавленного стекла при 700-900^оС различными газотворными веществами (мел, уголь, кокс). Пеностекло имеет малую плотность, его используют как звуко- и теплоизоляционный материал. Кроме того, пеностекло используют для изготовления фильтров, от которых требуется высокая химическая стойкость.

Стеклянное волокно получают из расплавленного стекла вытягиванием стекломассы через фильтры или другими способами. Стекловолокно отличается высокими прочностными свойствами, стойкостью к агрессивным средам и высокой теплостойкостью. Ткани из стекловолокна используют для изготовления стеклотекстолитов и т.д.

Стеклокристаллические материалы – ситаллы отличаются от стекла минералогическим составом и микрокристаллическим строением. Процесс получения изделий из ситаллов осуществляется следующим образом. Из расплавленного стекла определенного состава, в котором находятся катализаторы (для создания центров кристаллизации) получают изделия, которые после охлаждения находятся в стеклообразном состоянии. Повторный нагрев до температуры стеклования (400-600°С) вызывает образование в стекле зародышей кристаллизации. На них при нагреве происходит выделение фаз стекла в кристаллическом состоянии. Ситаллы имеют высокую твердость, предел прочности при изгибе (150-500 МПа), высокую термостойкость (700-800^оС) и химическую стойкость. Из ситаллов изготовляют подшипники для работы без смазки при температуре 540°С, поршни и цилиндры двигателей внутреннего сгорания и др.