ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Строение стекла из "Механические свойства сидикатных стекол " В настоящее время в связи с широким применением стекла в различных областях науки и промышленности значительно возросли требования к различным свойствам стекла и к технологии его изготовления. [c.5] Ведение современных процессов варки, выработки и обработки стекла, разработка новых составов с заданными свойствами невозможны без знания его структуры, от которой в большей степени, чем от химического состава, зависят свойства стекла. Поэтому строение стекла изучается во многих исследовательских институтах и лабораториях и детально обсуждается на многочисленных конференциях и симпозиумах во всем мире. [c.5] Ввиду сложного строения стекол, особенно многокомпонентных промышленных, структура их пока еще изучена недостаточно. Однако предложенные гипотезы строения одно-, двух- и трехкомпонентных стекол во многих случаях достаточно хорошо объясняют изменение ряда свойств стекол в зависимости от их химического состава. Эти гипотезы возникли на основании как прямых методов изучения стекол — электронномикроскопического и рентгеноструктурного, так и ряда косвенных — измерения различных физических свойств (показателя преломления, дисперсии, электропроводности, тепловых и механических свойств и т. п.), а также изучения спектрального поглощения в инфракрасной области и комбинационного рассеяния света. [c.5] Следует отметить, что знание механических свойств стекол различного состава позволяет не только непосредственно использовать соответствующие показатели для расчета конструкций, подвергающихся разнообразным механическим воздействиям, но имеет важное значение и для понимания структуры стекла. В этом отношении особый интерес представляют данные о механических свойствах стекла, полученные с помощью новых акустических методов и изучения внутреннего трения, отражающие атомные И молекулярные связи в стеклах. [c.5] Каждая из предложенных гипотез строения стекла отражает пока лишь отдельные стороны его состояния при нормальных условиях или поведения в процессе нагревания, (охлаждения) и не может объяснить изменение всех свойств стекла в зависимости от его химического состава и температуры обработки. [c.6] В результате длительного обсуждения первых двух гипотез строения стекла и накопления за последние годы новых экспериментальных данных об изменении свойств стекла в зависимости от его химического состава наметилась общая тенденция к сближению этих гипотез и создание на их основе одной полимерно-кристаллитной гипотезы строения стекла [1 ]. Эта дискуссия проходила как за границей, так и в Советском Союзе на совещаниях по стеклообразному состоянию [2—4], а также на симпозиумах, посвященных обсуждению свойств стекла. [c.6] В основу шолимерно-кристаллитной гипотезы строения стекла [1 ] легло признание наличия непрерывной пространственной сетки, связывающей между собой кристаллиты. При этом под кристаллитом понимается некоторый объем микронеоднородности, ядром которой является несколько искаженный кристалл, состоящий из небольшого числа элементарных ячеек и образующийся из переохлажденной жидкости. Ядро окружено оболочкой с постепенно уменьшающейся степенью упорядоченности по мере удаления от центра ядра, так что между кристаллитами отсутствует граница раздела. [c.6] Наличие микронеоднородностей показано в некоторых стеклах методами электронной микроскопии, рассеяния видимого света, малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и рядом других. [c.6] Таким образом, гипотеза шолимерно-кристаллитного строения стекла предполагает, что стекло является полимерным образованием в виде непрерывной пространственной сетки с различной степенью упорядоченности в расположении атомов, причем кристаллитами являются области с максимальной упорядоченностью. Одновременно признается наличие молекулярных химических образований, возникающих в стеклообразной системе в соответствии с ее диаграммой состояния. Кроме того, стирается резкая грань деления ионов на стеклообразователи и модификаторы и признается, что последние в образовании связи с атомами кислорода могут вполне конкурировать с первыми и существенно влиять на структуру полиэдра, а тем самым — на свойства стекла. [c.6] Таким образом, неоднородность стекла обусловливается неод породностью расплава. Эти микронеоднородности во многих случаях являются кристаллитами тех соединений, которые выпа- дают при кристаллизации стекол. [c.7] Аппен [5] в соответствии с работами Д. И. Менделеева представляет силикатпое стекло как неопределенное химическое соединение кремнезема с другими окислами. По своей природе оно близко к особого рода истинному затвердевшему раствору, Обш,им в силикатных стеклах является наличие кремнекислородного скелета, строение которого зависит от их химического состава. Свойства стекла определяются следующими основными структурными параметрами степенью связности кремнекислородного каркаса, координационным состоянием катионов, поляризацией ионов, компактностью упаковки структуры стекла, образования в нем определенных химических соединений и кристаллитов. [c.8] Коэффициент связности представляет собой отношение числа ионов (атомов) кремния к числу ионов (атомов) кислорода, причем по мере уменьшения этого коэффициента увеличивается число разрывов в непрерывной сетке стекла. [c.8] Прочность связи катиона металла с кислородом (Ме—О) определяется не только природой катиона Ме, но и его координационным числом. Наименее прочно связаны с кислородом щелочные и щелочноземельные элементы (Са , Ва ), слабо связаны также катионы РЬ +, С(1 + и если они имеют высокие координационные числа. Изменения координации стеклообразующего иона, например переход иона бора из тройной координации в четверную или иона алюминия из шестерной в четверную, оказывают сильное влияние на изменение свойств стекла. [c.8] При некоторых условиях тепловой обработки вязкая стекло-образующая среда единого неопределенного состава способна распадаться на микроучастки определенного состава, т. е. в стекле образуются определенные химические соединения. Непрерывность изменения состава можно продемонстрировать на стеклах Na20—8102, в которых спектр комбинационного рассеяния света [3] изменяется непрерывно с изменением состава, а не является суперпозицией спектров более простых составляющих, например кремнезема и метасиликата натрия. Следовательно, компоненты стекла не ведут себя независимо, а находятся в тесном взаимодействии. [c.9] В стекле ионы 81 могут замещаться другими кристаллохимически подобными ионами, например В , Се % Ве и т. д. При этом в структуре стекла, богатого щелочами или другими компонентами основного характера, может возникать единый смешанный скелет и могут образовываться определенные химические соединения, что находит подтверждение при исследовании стекол различными физическими методами. Однако эти соединения не имеют реальных поверхностей раздела, а связываются между собой в единый общий скелет. [c.9] Агрегативная теория Бергера [6] и Ботвинкипа [7] основана на допущении, что строение стекла определяется структурой, возникающей в результате переохлаждения жидкости. При этом допускается, что в стекле могут существовать как группы молекул, так и молекулы и ионы определенных химических соединений. Строение стекла определяется структурой и взаимоположением более крупных образований — молекулярных комплексов-агрегатов. [c.9] Стевелс [8], Тарасов [9] и Бартенев [10] полагают, что все стеклообразователи многокомпонентных неорганических стекол являются линейными, разветвленными или сетчатыми полимерами, которые отличаются от органических полимеров тем, что химические связи в цепях не являются чисто ковалентными. Это предположение, как указывает Бартенев [10], находит подтверждение при измерении механических свойств стекол (вязкости, упругости и прочности). [c.9] Эти гипотезы позволяют создать некоторые модели строения стекол, на основании которых можно объяснить зависимость ряда оптических и физических свойств стекол от их химического состава и структуры. [c.9] Вернуться к основной статье