ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Стекло из "Материаловедение " Стекло представляет собой изотропное твердое тело, полученное переохлаждением расплава компонентов, среди которых хотя бы один является стеклообразующим. Критической температурой перехода от стеклообразного состояния к жидкостям является температура стеклования ст- Ей соответствует вязкость стекла 10 Па-с. При температуре стеклования изменяется характер температурных зависимостей ряда свойств, например, коэффициента теплового расширения, теплоемкости (рис. 10.16). При нагреве стекло постепенно размягчается. Интервал температур 900 — 1300°С, в котором вязкость стекла уменьшается от 10 до 10 Па-с, называется интервалом выработки. [c.318] При 20 - 25 °С твердое стекло можно шлифовать, полировать, соединять сваркой, допускается сверление в нем отверстий. Резка стекла основана на его хрупкости острый надрез на поверхности является концентратором напряжений, под действием небольших внешних нагрузок стекло хрупко разрушается по линии надреза. [c.318] Неравномерное охлаждение стекла с высокой температуры является причиной возникновения значительных остаточных напряжений в изделиях. С целью повышения качества изделий проводят отжиг для уменьшения этих напряжений. [c.319] Комплекс свойств стекла определяется его химическим составом, структурой, а также состоянием поверхности. В свою очередь структура изделия зависит от условий охлаждения стекла. [c.319] Наиболее важными свойствами стекла являются прозрачность, непроницаемость для газов и жидкостей, достаточная прочность. Стекло является диэлектриком. [c.319] Широкому применению стекла способствуют его доступность и относительная дешевизна. В машино- и приборостроении стекло используют как материал для остекления средств транспорта, в особенности автомобилей, как конструкционный материал деталей оптических систем в виде волокна — для армирования стеклопластиков, звуко- и теплоизоляции. Специальное стеклянное волокно является основой волоконно-оптических систем передачи информации (табл. 10.7). [c.319] Механические свойства стекла отличает высокая твердость и хрупкость. Самую высокую прочность имеет кварцевое стекло, наиболее однородное по составу и структуре. Чем больше ш елочных оксидов МегО содержит стекло, тем ниже его прочность. Теоретическая прочность стекол достаточно высока (ств = 25 - 40 ГНа). На практике максимальную прочность имеют тонкие стеклянные волокна диаметром не более 10 мкм у волокон из кварцевого стекла 7в = 7... 14 ГПа, у армирующих волокон для стеклопластиков сгв = 2,4... 3,5 ГПа. Прочность стеклянных волокон для термо- и звукоизоляции из обычных стекол еще ниже. Высокая прочность тонких волокон объясняется однородной структурой и отсутствием дефектов на поверхности. [c.319] В массивных изделиях стекло является хрупким материалом. При растяжении оно упруго растягивается лишь на 1 - 2 %, далее наступает хрупкое разрушение. Сопротивление удару у стекла ничтожно мало (КС = 1,5 - 2,5 кДж/м ), зато оно имеет высокую твердость (4000 - 1000 HV). [c.319] При растяжении или изгибе стекло хрупко разрушается под действием небольших напряжений (t7 = 50... 90 МПа) Пониженная прочность объясняется влиянием микротрещин, сосредоточенных в поверхностном слое. Прочность стекла при сжатии в 10 раз больше, чем при изгибе (нейтрализуется вредное влияние микротрещин). [c.319] Важной характеристикой стекла является его теплостойкость — способность противостоять резким теплосменам без разрушения. Для большинства стекол коэффициент теплового расширения а = (6... 9) 10 К , а теплопроводность — А 20 Вт/(м К). При резком нагреве или охлаждении в поверхностном слое стекла создаются напряжения, приводящие к его разрушению. Охлаждение особенно опасно тем, что в поверхностном слое появляются растягивающие напряжения. Сравнительно безопасен перепад температур в 90 — 170 °С, а кварцевое стекло из-за ничтожного теплового расширения (а = 5,5 10 К ) выдерживает перепад температур в 1000 °С. Для защиты от растрескивания при теплосменах рекомендуется в стеклянных изделиях сохранять постоянной толщину стенки и не допускать резких изменений сечений. [c.321] Прочность изделий понижается из-за остаточных напряжений, возникающих при охлаждении изделий после формования главным образом из-за торможения перестройки структуры и замораживания неоднородных зон с различной плотностью. Для повышения надежности изделия отжигают при температурах, немного превышающих причем после отжига остаточные напряжения не должны превышать Ъ% (т . [c.321] Для повышения прочности изделий необходимо нейтрализовать дефектный поверхностный слой. Шлифование и полирование поверхности изделий повышает 7и до 50 - 150 МПа, а в некоторых случаях и до 200 -400 МПа. [c.321] Огневая полировка поверхности — это оплавление при кратковременном действии пламени, достаточном для сглаживания неровностей благодаря поверхностному натяжению. Огневая полировка является частью технологии производства листового стекла. Она позволяет повысить Ти до 100 - 250 МПа. [c.321] Широкое применение получили способы упрочнения стекла, основанные на создании сжимающих напряжений в поверхностном слое кристаллизация поверхностного слоя, стравливание дефектного слоя на глубину до 500 мкм раствором плавиковой кислоты, нанесение на поверхность эмали, имеющей коэффициент теплового расширения меньший, чем у стекла, и др. Однако наибольшее применение имеют закалка и химико-термическая обработка. [c.321] Химико-термическая обработка заключается в частичной замене ионов натрия в поверхностном слое более крупными ионами лития или калия. Для этого изделие погружают в соляную ванну с ионами этих элементов, при температуре ниже ст и выдерживают несколько часов. После охлаждения обработанного изделия в поверхностном слое создаются сжимающие напряжения. Эта обработка пригодна для изделий сложной формы, в том числе тонкостенных и полых. [c.322] Стекло взаимодействует со многими химически активными веществами, которые можно разделить на две группы. В первую группу входят вода и водные растворы кислот и солей во второую — кислоты HF и Н3РО4, концентрированные растворы щелочей и карбонатов. [c.322] Вода и водные растворы реагируют с оксидами МегО и МеО стекла, не затрагивая сетку тетраэдров [Si04]. Продукты реакций образуют пленку, которая останавливает дальнейшее разрушение стекла. Известны стеклянные изделия древности, не разрушенные длительным контактом с атмосферой, водой и, возможно, водными растворами. Итогом химического разрушения поверхностного слоя стала потеря изделием прозрачности. [c.322] Вещества второй группы разрушают кремнекислородный каркас стекла и не создают защитную пленку на поверхности. В этих средах стекло химически неустойчиво. [c.322] Выщелачивание стекла водой в ряде случаев препятствует его использованию для стеклянной тары. Нельзя применять стекло для пищевых продуктов, если они могут загрязниться содержащимися в нем вредными примесями, например РЬО. [c.322] Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием, показателем преломления и дисперсией — зависимостью показателя преломления от длины волны излучения. Показатель преломления уменьшается, когда увеличивается длина волны. Дисперсия к = (ne — l)/nfi — nQi), где Пе, Tifi и 71(7/ — показатели преломления трех длин волн зеленой линии ртути, а также голубой и красной линии кадмия соответственно. [c.323] Вернуться к основной статье