Стекло - один из самых древних материалов, который широко применяется во всех сферах практической деятельности человека благодаря набору полезных качеств и свойств. За время существования (а это более 5 тыс. лет) его химическая формула осталась практически той же, изменились лишь его качества.
Кварцевое стекло
В течение долгих лет человек стремился создать стекло все более прозрачным и устойчивым к различным разрушающим факторам. В результате такого целенаправленного совершенствования появились кварцевые стекла - совершенно новый тип материала с поражающими сознание характеристиками. Возможно, именно это стекло определит направление дальнейшего развития человечества.
Кварцевое стекло - это продукт плавления чистого оксида кремния (SiO 2). В отличие от обычного стекла, этот материал находится в аморфном состоянии, то есть не имеет точной температуры плавления и при нагревании из твердого состояния в жидкое переходит постепенно. Во многом благодаря именно этому свойству кварцевое, или силикатное, стекло нашло столь широкое применение в промышленности.
Структура кварцевого стекла
Аморфность материала объясняется его структурой, основу которой составляют кремниево-кислородные тетраэдры. Молекулы SiO 2 «связываются» друг с другом благодаря взаимному притяжению атомов кислорода.
Вместе они образуют трехмерные сетки, несмотря на то, что строгого порядка в расположении молекул друг относительно друга нет. Именно поэтому кварцевые стекла обладают свойствами аморфных материалов.
Как и обычное, получают путем плавления исходного сырья. В качестве такого может использоваться чистый кремнезем - горный хрусталь, жильный песок, а также оксид кремния, полученный искусственным путем.
Отличия кварцевого стекла от обычного
В зависимости от выбранного типа сырья определяют и некоторые свойства конечного продукта. Так, для получения кристально чистого и прозрачного материала используют горный хрусталь.
Основным отличием силикатного стекла от обычного является высокая температура плавления - более 1500 С о. При этом оксид кремния начинает испускать интенсивное световое излучение в видимом спектре, то есть начинает светиться.
Ввиду аморфной структуры сырья процесс плавления может продолжаться значительное время. Расплавленный состав отличается высокой вязкостью, что не позволяет его стапливать или перемещать. Это затрудняет производство кварцевого стекла с одинаковой толщиной стенок.
Особенности производства
Ввиду всех перечисленных особенностей производство силикатного стекла возможно только на специализированном оборудовании. В плавильнях должна поддерживаться высокая температура, а для создания стеклянных изделий необходимо поддержание струи открытого пламени температурой 1800 С о и выше.
Предъявляются специальные требования и к производственному помещению - оно должно быть стерильным. Незначительное количество чужеродных частиц неминуемо приведет к тому, что готовые кварцевые стекла в скором времени растрескаются и потеряют свои свойства.
Особыми качествами должны обладать и сотрудники производства - стеклодувы. Им приходится иметь дело с экстремально высокими температурами - одна ошибка во время работы может привести к серьезным травмам, ожогам.
Все основные инструменты стеклодува изготовлены из жаропрочных материалов - гранита, вольфрама, которые, помимо прочего, отличаются большим весом. Поэтому сотрудники должны быть физически сильными и выносливыми.
Свойства кварцевого стекла
Силикатное стекло обладает низкими показателями электропроводности, поэтому оно часто используется как диэлектрик в сложных электроприборах. Главные полезные свойства, коими обладают кварцевые стекла, можно разделить на три группы:
- Термические. Устойчивость к высоким температурам (1200 С о), высокий коэффициент температурного расширения (в 15 раз выше, чем у обычного стекла), чем обуславливается стойкость к резким и значительным температурным колебаниям (на производстве продукцию охлаждают струей ледяной воды).
- Химические. Стекло химически нейтрально, не вступает в реакцию со всеми щелочами и кислотами, кроме фосфорной и плавиковой кислоты (реакция начинается при температуре выше 300 С о).
- Оптические. Показатель преломления кварцевого стекла в 150 раз ниже, чем у обычного (n e =1,46). Благодаря этому оно безупречно пропускает не только солнечный и обычный свет, но и не задерживает ни инфракрасное, ни ультрафиолетовое излучение.
Все эти свойства позволяют использовать кварцевое стекло в качестве строительного материала, а также для производства лабораторной посуды, оптических приборов, электрооборудования, термостойких огнеупорных материалов. Одна из основных сфер его применения - изготовление оптических волокон.
Оптическое кварцевое стекло
В зависимости от примененной при производстве технологии кварцевое стекло может быть непрозрачным и прозрачным. В первом случае в его структуре будет присутствовать большое количество пузырьков газа, которые интенсивно рассеивают свет.
Прозрачное стекло, или стекло кварцевое оптическое, как его еще называют, абсолютно однородно, не содержит пузырьков. Благодаря этой особенности материал используется при производстве высокоскоростной передачи данных, оптических линз и призм.
Марки и серии оптического стекла
Различают несколько марок КУ-1, КИ, и КВ. Продукция отличается между собой способностью пропускать видимое, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Самым прозрачным является стекло марки КИ - оно способно пропускать свет при длине волны 2600-2800 нм, наименее прозрачное - КВ.
В зависимости от используемого сырья различные светопропускные способности может иметь оптическое стекло кварцевое. ГОСТ 15130-86 содержит сведения о трех сериях:
- 0 - материал, используемый при обычных эксплуатационных условиях;
- 100 - стекло, устойчивое к ионизирующему излучению незначительной силы;
- 200 - сырье, которое допускается использовать в условиях интенсивного ионизирующего излучения.
Марка и серия стекла образуют шифр продукции. Он наносится на производстве и определяет конкретный вид стекла. В нашей стране нет единой системы шифрования, поэтому каждое предприятие обозначает свою продукцию по своему разумению.
Область применения
Из силикатного стекла изготавливается большое количество разнообразной продукции. В научных и производственных лабораториях востребованы трубки из кварцевого стекла, которые используются для замеров уровня жидкости, изготовления электронагревательных приборов, проведения химических реакций и хранения агрессивных веществ.
Широкое применение на производстве получило и непрозрачное стекло. Оно используется там, где необходим контроль жидких продуктов при высоких температурах и, благодаря низкой стоимости, применяется повсеместно.
Оптическое стекло применяется в судо- и ракетостроении, главным образом для производства осветительных приборов. На нефтехимических предприятиях этот материал ценится за высокую устойчивость к химическим веществам и используется для контроля агрессивных жидкостей. В самолетах им остекляют кабины, а также используют в качестве теплоизоляции.
Производители изготавливают продукцию согласно требованиям ГОСТ 22291-83. Кварцевое стекло, трубки, окна, призмы, линзы и другие изделия изготавливаются как массово, так и в индивидуальном порядке.
Cвойства кварцевого стекла отличаются от свойств обычного стекла. Кварцевое стекло обладает целым рядом уникальных приемуществ, недостижимых для других материалов. Впрочем, кварцвому стеклу присущи и некоторые недостатки.
Термические свойства
Замечательным свойством кварцевого стекла, благодаря которому оно привлекло к себе внимание не только специалистов, но и широкой публики, является его нечувствительность к резким изменениям температуры.
Это свойство становится еще более разительным, если сравнивать поведение кварцевого стекла с поведением совершенно тождественного по внешнему виду стекла обыкновенного. Всем прекрасно известно, с какой легкостью последнее трескается при внезапных изменениях температуры даже в небольших пределах, каких-нибудь 100°. Достаточно малейшей неравномерности в нагревании обычного стекла, чтобы последовали самые плачевные результаты.
Вполне естественно и оправдано поэтому удивление, с каким обыкновенно в первый раз наблюдают за рискованными термическими опытами, проделываемыми над химической посудой из кварцевого стекла. Ее можно без всякой опаски нагревать до красного каления, а затем бросать в воду или поливать холодной водой. Ее можно спокойно ставить на накаленную докрасна плиту или без всякой сетки греть на голом огне. Результаты всегда одни и те же, никогда ни одной трещины.
Данное преимущество кварцевого стекла объясняется низким (и почти не изменяющийся с температурой) коэффициентом термического расширения, который примерно в 15-20 раз меньше КТР обычного стекла. Именно благодаря этому изделия из кварцевого стекла переносят без растрескивания весьма резкие изменения температуры.
Например, кварцевые трубы диаметром 10-30 мм выдерживают многократное нагревание до 800-900 °С и охлаждение в воде. Брусья из кварцевого стекла, охлаждаемые с одной стороны, сохраняют на противоположной стороне температуру 1500 °С и потому используются в качестве огнеупоров. Тонкостенные изделия из кварцевого стекла выдерживают резкое охлаждение на воздухе от температуры выше 1300 °С и потому с успехом используются для высокоинтенсивных источников света.
Химические свойства
Отличительное химическое свойство кварцевого стекла - его кислотоупорность,. Лишь плавиковая и фосфорная кислоты способны с ним реагировать. Другие кислоты, в какой бы концентрации и при какой бы температуре они ни находились, совершенно не действуют на кварцевое стекло.
Плавиковая (фтористоводородная, HF) кислота действует на кварцевое стекло гораздо слабее, чем на стекло обыкновенное. Разрушение плавленного кварца плавиковой кислотой примерно в 10 раз медленнее разрушения обыкновенного стекла. Другая из действующих на кварцевое стекло кислот - фосфорная (P2O5) - обнаруживает тенденцию разлагать его лишь при температурах, превышающих 300°C.
Поддаваясь действию плавиковой и фосфорной кислот, кварцевое стерло совершенно не изменяется другими кислотами (азотной, соляной, серной, царской водкой и пр.), почему и применяется с успехом во всех тех случаях, когда необходимы изделия из достаточно кислотоупорного материала, вытесняя сплошь и рядом дорогую платиновую посуду в области лабораторного оборудования и громоздкие и хрупкие керамические изделия в области химической промышленности.
В отличие от всех без исключения сортов обычных стекол, кварцевое стекло совершенно не подвержено действию чистой воды и атмосферным воздействиям.
В то же время по щёлочеустойчивости, особенно в высококонцентрированных щелочных растворах, оно имеет примерно тот же уровень, что и многие современные химико-лабораторные стекла, значительно уступая некоторым наиболее щелочеустойчивым стеклам.
Оптические свойства
Кристаллический кварц (минерал) по праву считается одним из самых прозрачных веществ, и надо сказать, что кварцевое стекло мало чем ему в этом уступает, показывая весьма малое поглощение как в видимых, так и в невидимых частях спектра. Лучшие сорта обыкновенных стекол, как бы прозрачны они ни были, всегда обнаруживают в толстых слоях окраску, указывающую на заметное поглощение видимых лучей. В этом проще всего убедиться, рассматривая торцевую часть стеклянной трубки, имеющую для простых сортов яркий зеленый цвет. В противоположность этому, кварцевое стекло даже в весьма толстых слоях не обнаруживает почти никакого оттенка и очень незначительно поглощает падающий на него свет. Так например, через пластину толщиной 10 см пройдет в случае кварцевого стекла в 2,25 раза больше видимого света, чем в случае оконного стекла. Это обстоятельство послужило причиной применения плавленого кварца для устройства иллюминаторов в аппаратах, предназначенных для исследования морских глубин.
Кварцевое стекло из всех стекол наиболее прозрачно для ультрафиолетовых лучей. Это свойство кварца находит применение при изготовлении различных ультрафиолетовых источников света, например, лампы УФ-стерилизации, ртутные лампы, и пр.
В инфракрасной части спектра прозрачность кварца так же высока, как и в ультрафиолетовой. Поэтому, в сочетании с высокой термостойкостью кварцевого стекла, его, например, используют при изготовлении бытовых и промышленных нагревателей различных форм и размеров.
Таким образом хорошая прозрачность кварцевого стекла, понимая под словом «хороший» пропускание в 90% и больше, простирается на весьма обширный диапазон длин волн, в среднем, от 200 до 4000 нанометров.
На графике ниже Вы видите сравнительную характеристику спектра оптического пропускания синтетического кварцевого стекла Suprasil 300, оптического стекла BK7 и обычного стекла. Спектр видимого света лежит на графике примерно в пределах от 400 нм до 800 нм.
Данные о прозрачности кварцевого стекла для коротких ультрафиолетовых лучей весьма разноречивы, что объясняется индивидуальными особенностями исследуемых образцов. Дело в том, что самая незначительная примесь, попавшая в кварцевое стекло в процессе плавки, может в высшей степени изменить его прозрачность в коротковолновой части спектра.
Газопроницаемость
При определенных условиях стекла обладают газопроницаемостью, т. е. газы способны диффундировать (проникать) через стекло. Наибольшей проницаемостью через стекло обладают гелий и водород, причем скорость проникания водорода через стекла на порядок ниже, чем у гелия.Для аргона, кислорода и азота стекла можно считать непроницаемыми, так как проницаемость этих газов в 105 раз меньше проницаемости гелия.
Газопроницаемость стекол зависит от рода газа, состава стекла, и уменьшается при увеличении толщины стенки и понижении температуры. Чем плотнее структура стекла и чем больше молекула газа, тем меньше газопроницаемость.
Наибольшей газопроницаемостью обладает кварцевое стекло; его газопроницаемость приблизительно в 3*102 раза больше, чем других стекол. Проницаемость кристаллического кварца в 107 раз меньше, чем плавленого.
Интересно познакомиться с проницаемостью гелия через стенки колб, изготовленных из разных сортов стекла. Если при температуре 25 °С начальное давление в колбе было 10-16 торр (1 торр=1 мм рт. ст.=133,322 Па), то при той же температуре давление повысится до 10-6 торр в колбе из:
Изделия из кварцевого стекла не подвергаются деформированию при температурах вплоть до 1000° С.
Кварцевое стекло - хороший диэлектрик. Электрическое сопротивление кварца значительно выше, чем лучших силикатных стекол. Это делает кварц отличным материалом для изготовления работающих при нагревании изоляционных элементов.
Плотность кварцевого стекла равна 2202±5 кг/м3 (2,202 г/см3). В зависимости от наличия и содержания пузырьков воздуха плотность плавленного кварца может колебаться от 2,0 до 2,2.
Виды стекла
Кварцевое стекло
Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты. Кварцевое стекло состоит из диоксида кремния SiO 2 и является самым термостойким стеклом: коэффициент его линейного расширения в пределах 0 - 1000 °С составляет всего 6х10 -7 . Поэтому раскаленное кварцевое стекло, опущенное в холодную воду, не растрескивается.
Температура размягчения кварцевого стекла, при которой достигается динамическая вязкость 10 7 Пуаз (10 Пахс) равна 1250 °С . При отсутствии значительных перепадов давления кварцевые изделия можно применять до этой температуры. Полное же плавление кварцевого стекла, когда из него можно изготавливать изделия, наступает при 1500-1600 °С.
Известно два сорта кварцевого стекла: прозрачный кварц и молочно-матовый . Мутность последнего вызвана обилием мельчайших пузырьков воздуха, которые при плавке стекла не могут быть удалены из-за высокой вязкости расплава. Изделия из мутного кварцевого стекла обладают почти такими же свойствами, как и изделия из прозрачного кварца, за исключением оптических свойств и большей газовой проницаемости.
Поверхность кварцевого стекла обладает незначительной адсорбционной способностью к различным газам и влаге, но имеет наибольшую газопроницаемость среди всех стекол при повышенной температуре. Например, через кварцевую трубку со стенками толщиной в 1 мм и поверхностью 100 см 2 при 750 °С за один час проникает 0,1 см 3 Н 2 , если перепад давлений составляет 1 атм (0,1 МПа).
Кварцевое стекло следует тщательно предохранять от всяких загрязнений, даже таких как жирные следы от рук. Перед нагреванием кварцевого стекла имеющиеся на нем непрозрачные пятна снимают при помощи разбавленной фтороводородной кислоты, а жировые - этанолом или ацетоном.
Кварцевое стекло устойчиво в среде всех кислот , кроме HF и Н 3 РO 4 . На него не действуют до 1200 °С С1 2 и НСl, до 250 °С сухой F 2 . Нейтральные водные растворы NaF и SiF 4 разрушают кварцевое стекло при нагревании. Оно совершенно непригодно для работ с водными растворами и расплавами гидроксидов щелочных металлов.
Кварцевое стекло при высокой температуре сохраняет свои электроизоляционные свойства. Его удельное электрическое сопротивление при 1000 °С равно 10 6 Омхсм.
Обычное стекло
К обычным стеклам относятся известково-натриевое, известково-калиевое, известково-натриево-калиевое.
Известково-натриевое (содовое ), или натрий-кальций-магний-силикатное, стекло применяют для выработки оконных стекол, стеклотары, столовой посуды.
Известково-калиевое (поташное ), или калий-кальций-магний-силикатное, стекло обладает более высокой термостойкостью, повышенным блеском и прозрачностью; используется для выработки высококачественной посуды.
Известково-натриево-калиевое (содово-поташное ), или натрий-калий-кальций-магний-силикатное, стекло имеет повышенную химическую стойкость, благодаря смешению окислов натрия и калия; наиболее распространено в производстве посуды.
Боросиликатное стекло
Стекла с высоким содержанием SiO 2 , низким - щелочного металла и значительным - оксида бора B 2 O 3 называются боросиликатными. Борный ангидрид действует как флюс для кремнезема, так что содержание щелочного металла в шихте может быть резко уменьшено без чрезмерного повышения температуры расплавления. В 1915 фирма Корнинг гласс уоркс начала производить первые боросиликатные стекла под торговым названием Пирекс . Стекло марки Пирекс является боросиликатным стеклом с содержанием не менее 80% SiO 2 , 12-13% В 2 O 3 , 3-4% Na 2 О и 1-2% Аl 2 О 3 . Оно известно под разными названиями: Корнинг (США), Дюран 50, Йенское стекло G 2 0 (Германия), Гизиль , Монекс (Англия), ТС (Россия), Совирель (Франция), Симакс (Чехия).
В зависимости от конкретного состава стойкость к термоудару таких стекол в 2-5 раз выше, чем у известковых или свинцовых; они обычно намного превосходят другие стекла по химической стойкости и имеют свойства, полезные для применения в электротехнике.
Температура размягчения стекла «пирекс» до динамической вязкости в 10 11 пуаз (10 10 Пас) составляет 580-590 °С. Тем не менее стекло пригодно для работ при температурах до 800 °С, но без избыточного давления. При использовании вакуума температуру изделий из стекла «пирекс» не следует поднимать выше 650 °С. В отличие от кварцевого стекло «пирекс» до 600 °С практически непроницаемо для Н 2 , Не, O 2 и N 2 . Фтороводородная и нагретая фосфорная кислоты, так же как и водные растворы (даже 5%-ные) КОН и NaOH, а тем более их расплавы, разрушают стекло «пирекс».
Хрустальное стекло
Хрустальные стекла (хрусталь) — высокосортные стекла, обладающие особым блеском и способностью сильно преломлять свет. Различают свинцовосодержащие и бессвинцовые хрустальные стекла.
Свинцовосодержащие хрустальные стекла — свинцово-калиевые стекла, вырабатывают с добавлением окислов свинца, бора и цинка. Характеризуются повышенным весом, красивой игрой света, мелодичным звуком при ударе; применяют для производства высококачественной посуды и декоративных изделий. Наибольшее применение имеет хрусталь с содержанием от 18 до 24% окислов свинца и 14—16,5% окиси калия (легкий).
К бессвинцовым хрустальным стеклам относятся баритовое, лантановое и др.
Баритовое стекло содержит повышенное количество окиси бария. Обладает лучшим блеском, более высокой светопреломляемостью и удельным весом по сравнению с обычными стеклами, применяют как оптическое и специальное стекло.
Лантановое стекло содержит окись лантана La 2 О 3 и лантаниды (соединения лантана с алюминием, медью и др.). La 2 О 3 повышает светопреломление. Отличается высоким качеством; применяется как оптическое .
Свойства стекла
Плотность стекла зависит от его химического состава. Плотность — отношение массы стекла при данной температуре к его объему, зависит от состава стекла (чем больше содержание тяжелых металлов, тем стекло плотнее), от характера термической обработки и колеблется в пределах от 2 до 6 (г/см 3). Плотность — постоянная величина, зная ее, можно судить о составе стекла. Наименьшей плотностью обладает кварцевое стекло — от 2 до 2,1 (г/см 3), боросиликатное стекло имеет плотность 2,23 г/см 3 , наибольшей — оптические стекла с высоким содержанием окислов свинца — до 6 (г/см 3). Плотность известково-натриевого стекла составляет около 2,5 г/см 3 , хрустального — 3 (г/см 3) и выше. Табличным значением плотности стекла является диапазон от 2,4 до 2,8 г/см 3 .
Прочность . Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних нагрузок. Прочность характеризуется пределом прочности. Предел прочности на сжатие для различных видов стекла колеблется от 50 до 200 кгс/мм 2 . На прочность стекла оказывает влияние его химический состав. Так, окислы СаО и B 2 O 3 значительно повышают прочность, РbО и Al 2 O 3 в меньшей степени, MgO, ZnO и Fe 2 O 3 почти не изменяют ее. Из механических свойств стекол прочность на растяжение является одним из важнейших. Объясняется это тем, что стекло работает на растяжение хуже, чем на сжатие. Обычно прочность стекла на растяжение составляет 3,5—10 кгс/мм 2 , т. е. в 15—20 раз меньше, чем на сжатие. Химический состав влияет на прочность стекла при растяжении примерно так же, как и на прочность при сжатии.
Твердость стекла, как и многие другие свойства, зависит от примесей. По шкале Мооса она составляет 6-7 ед, что находится между твёрдостью апатита и кварца. Твердость различных видов стекла зависит от его химического состава. Наибольшую твердость имеет стекло с повышенным содержанием кремнезема — кварцевое и боросиликатное . Увеличение содержания щелочных окислов и окислов свинца снижает твердость; наименьшей твердостью обладает свинцовый хрусталь.
Хрупкость — свойство стекла разрушаться под действием ударной нагрузки без пластической деформации. Сопротивление стекла удару зависит не только от его толщины, но и от формы изделия, наименее устойчивы к удару изделия плоской формы. Для повышения прочности к удару в состав стекла вводят окислы магния, алюминия и борный ангидрид. Неоднородность стекломассы, наличие дефектов (камней, кристаллизации и других) резко повышают хрупкость. Сопротивление стекла удару увеличивается при его отжиге. В области относительно низких температур (ниже температуры плавления) стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и, таким образом, относится к идеально хрупким материалам (наряду с алмазом и кварцем). Данное свойство может быть отражено удельной ударной вязкостью. Как и в предыдущих случаях, изменение химического состава позволяет регулировать и это свойство: например, введение брома повышает прочность на удар почти вдвое. Для силикатных стекол ударная вязкость составляет от 1,5 до 2 кН/м, что в 100 раз уступает железу. На хрупкость, стекол влияют однородность, конфигурация и толщина изделий: чем меньше посторонних включений в стекле, чем более оно однородно, тем выше его хрупкость. Хрупкость стекол практически не зависит от состава. При увеличении в составе стекол B 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO хрупкость незначительно понижается.
Прозрачность - одно из важнейших оптических свойств стекла. Определяется отношением количества прошедших через стекло лучей ко всему световому потоку. Зависит от состава стекла, обработки его поверхности, толщины и других показателей. При наличии примесей окиси железа прозрачность уменьшается.
Термостойкость стекла характеризуется его способностью выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения температуры и является важным показателем качества стекла. Зависит от теплопроводности, коэффициента термического расширения и толщины стекла, формы и размеров изделия, обработки поверхности, состава стекла, дефектов. Термостойкость тем выше, чем выше теплопроводность и ниже коэффициент термического расширения и теплоемкость стекла. Толстостенное стекло менее термостойко, чем тонкое. Наиболее термостойко стекло с повышенным содержанием кремнезема, титана и бора. Низкую термостойкость имеет стекло с высоким содержанием окислов натрия, кальция и свинца. Хрусталь менее термостоек, чем обычное стекло. Термостойкость обыкновенного стекла колеблется в пределах 90—250 °С, а кварцевого : 800—1000°С. Отжиг в специальных печах повышает термостойкость в 2,5—3 раза.
Теплопроводность — это способность материала, в данном случае стекла, проводить тепло без перемещения вещества этого материала. У стекла коэффициент теплопроводности равен 1-1,15 Вт/мК.
Тепловое расширение — это увеличение линейных размеров тела при его нагревании. Коэффициент линейного теплового расширения стекол колеблется от 5·10 -7 до 200·10 -7 . Самый низкий коэффициент линейного расширения имеет кварцевое стекло — 5,8·10 -7 . Величина коэффициента термического расширения стекла в значительной степени зависит от его химического состава. Наиболее сильно на термическое расширение стекол влияют щелочные окислы: чем больше содержание их в стекле, тем больше коэффициент термического расширения. Тугоплавкие окислы типа SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, а также B 2 O 3 , как правило, понижают коэффициент термического расширения.
Упругость — способность тела возвращаться к своей первоначальной форме после устранения усилий, вызвавших деформацию тела.
Упругость характеризуется модулем упругости. Модуль упругости — величина, равная отношению напряжения к вызванной им упругой относительной деформации. Различают модуль упругости при осевом растяжении — сжатии (модуль Юнга, или модуль нормальной упругости) и модуль сдвига, характеризующий сопротивление тела сдвигу или сколу и равный отношению касательного напряжения к углу сдвига.
В зависимости от химического состава модуль нормальной упругости стекол колеблется в пределах 4,8х10 4 ...8,3х10 4 , модуль сдвига —2х10 4 —4,5х10 4 МПа. У кварцевого стекла модуль упругости составляет 71,4х10 3 Мпа. Модули упругости и сдвига несколько повышаются при замене SiO 2 на СаО, B 2 O 3 , Al 2 O 3 , MgO, ВаО, ZnO, PbO.
Свойства стекла производства Corning
| Код стекла | 0080 | 7740 | 7800 | 7913 | 0211 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Тип | Силикатное | Боро-силикатное | Боро-силикатное | 96% Силиката | Цинково-титановое | |
| Цвет | Прозрачное | Прозрачное | Прозрачное | Прозрачное | Прозрачное | |
| Термическое расширение (умножать на 10-7 см/см/°С) | 0-300 °С | 93,5 | 32,5 | 55 | 7,5 | 73,8 |
| 25 °С, до темп. застывания | 105 | 35 | 53 | 5,52 | - | |
| Верхний предел рабочей темп. для отожженого стекла (для механических свойств) | Норм. эксплуатация, °С | 110 | 230 | 200 | 900 | - |
| Экстрем. эксплуатация, °С | 460 | 490 | 460 | 1200 | - | |
| Верхний предел рабочей темп. для закаленного стекла (для механических свойств) | Норм. Эксплуатация, °С | 220 | 260 | - | - | - |
| Экстрем. эксплуатация, °С | 250 | 290 | - | - | - | |
| 6,4 мм толщиной, °С | 50 | 130 | - | - | - | |
| 12,7 мм толщиной, °С | 35 | 90 | - | - | - | |
| Термостойкость, °С | 16 | 54 | 33 | 220 | - | |
| Плотность, г/см3 | 2,47 | 2,23 | 2,34 | 2,18 | 2,57 | |
| Коэффициент оптической чувствительности по напряжениям, (нм/см)/(кг/мм2) | 277 | 394 | 319 | - | 361 |
Ква́рцевое стекло́, пла́вленый кварц - однокомпонентное стекло из чистого оксида кремния , получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма - горного хрусталя , жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния.
Виды
Различают два вида промышленного кварцевого стекла: прозрачное (оптическое и техническое) и непрозрачное. Непрозрачность кварцевому стеклу придает большое количество распределённых в нём мелких газовых пузырьков (диаметром от 0,03 до 0,3 мкм), рассеивающих свет. Оптическое прозрачное кварцевое стекло, получаемое плавлением горного хрусталя, совершенно однородно, не содержит видимых газовых пузырьков.
Непрозрачное кварцевое стекло часто служит сырьём для производства термостойкого огнеупорного материала - кварцевой керамики.
Свойства
- Обладает наименьшим среди стёкол на основе SiO 2 показателем преломления (n D = 1,4584) и наибольшим светопропусканием, особенно для ультрафиолетовых лучей.
- Для кварцевого стекла характерна высокая термическая стойкость, коэффициент линейного термического расширения менее 1·10 −6 К −1 (в диапазоне температур от 20 до 1400 °C).
- Кварцевое стекло - хороший диэлектрик , удельная электрическая проводимость при 20 °C - 10 −14 - 10 −16 Ом −1 ·м −1 , тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20 °C и частоте 10 16 Гц - 0,0025-0,0006.
Применение
Оптические свойства
Дисперсия кварцевого стекла приближённо может быть описана формулой Селлмейера:
и длина волны задается в микрометрах.
Примечания
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Кварцевое стекло" в других словарях:
КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО, силикатное однокомпонентное бесщелочное стекло (см. СТЕКЛО НЕОРГАНИЧЕСКОЕ), получаемое плавлением природных разновидностей кремнезема (см. КРЕМНИЯ ДИОКСИД) горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также… … Энциклопедический словарь
КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО - стекло, получаемое плавлением природных разновидностей горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетического кварца. Кварцевое стекло обладает высокой жаростойкостью (1400° С), термической стойкостью (низким… … Металлургический словарь
Кварцевое стекло - стекло, получаемое плавлением природных разновидностей горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетического кварца. Кварцевое обладает высокой жаростойкостью (1400° С), термической стойкостью (низким коэфициентом… … Энциклопедический словарь по металлургии
кварцевое стекло - Ндп. плавленый кварц Продукт охлаждения расплава кремнезема до твердого состояния без кристаллизации. [ГОСТ 16548 80] Недопустимые, нерекомендуемые плавленый кварц Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN silica glass DE Quarzglas FR… … Справочник технического переводчика
кварцевое стекло - kvarcinis stiklas statusas T sritis chemija apibrėžtis Iš gryno kvarcinio smėlio arba susmulkinto kalnų krištolo išlydytas stiklas. atitikmenys: angl. fused glass; fused silica; quartz glass; silica glass; vitreous silica rus. кварцевое стекло … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
кварцевое стекло - kvarco stiklas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quartz glass vok. Quarzglas, n rus. кварцевое стекло, n pranc. verre de quartz, m … Fizikos terminų žodynas
Стекло, получаемое плавлением природных разновидностей горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетич. диоксида кремния. К. с. обладает высокими жаростойкостью, диэлектрич. св вами, хим. устойчивостью. Из К. с. изготовляют … Большой энциклопедический политехнический словарь
Однокомпонентное силикатное стекло, получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния. Различают два вида промышленного К. с.: прозрачное … Большая советская энциклопедия
Легированное кварцевое стекло - – кварцевое стекло с вводимыми легирующими добавками. [ГОСТ 16548 80] Рубрика термина: Виды стекла Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Ква́рцевое стекло́, пла́вленый кварц - однокомпонентное стекло из чистого оксида кремния, получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма - горного хрусталя , жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния.
Виды
Различают два вида промышленного кварцевого стекла: прозрачное (оптическое и техническое) и непрозрачное. Непрозрачность кварцевому стеклу придает большое количество распределённых в нём мелких газовых пузырьков (диаметром от 0,03 до 0,3 мкм), рассеивающих свет. Оптическое прозрачное кварцевое стекло, получаемое плавлением горного хрусталя, совершенно однородно, не содержит видимых газовых пузырьков.
Непрозрачное кварцевое стекло часто служит сырьём для производства термостойкого огнеупорного материала - кварцевой керамики.
Свойства
- Обладает наименьшим среди стёкол на основе SiO 2 показателем преломления (n D = 1,4584) и наибольшим светопропусканием, особенно для ультрафиолетовых лучей.
- Для кварцевого стекла характерна высокая термическая стойкость, коэффициент линейного термического расширения менее 1·10 -6 К -1 (в диапазоне температур от 20 до 1400°С).
- Кварцевое стекло - хороший диэлектрик , удельная электрическая проводимость при 20 °С - 10 −14 - 10 −16 Ом -1 ·м -1 , тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20 °C и частоте 10 16 Гц - 0,0025-0,0006.
Применение
Кварцевое стекло применяют для изготовления лабораторной посуды, тиглей, оптических приборов, изоляторов (особенно для высоких температур), изделий, стойких к температурным колебаниям. В производстве термостойких огнеупорных материалов.
Оптические свойства
Дисперсия кварцевого стекла приближённо может быть описана формулой Селлмейера:
и длина волны λ задается в микрометрах.
Примечания
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Плавленый кварц" в других словарях:
плавленый кварц - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN fused quartz …
ПЛАВЛЕНЫЙ КВАРЦ - смотри Кварцевое стекло … Металлургический словарь
А; м. [нем. Quarz] 1. Бесцветный минерал, встречающийся в виде кристаллов и сплошных зернистых масс; двуокись кремния. Графитовый к. Слюдяной к. Дымчатый к. 2. Разг. Облучение кварцевой лампой. Лечить кварцем. ◁ Кварцевый, ая, ое. К ые породы. К… … Энциклопедический словарь
Широко распространённый минерал из группы оксидов (SiO₂). Входит в состав многих горных пород: гранит, гнейс, кварцит, кристаллический сланец и др. Свободно растущие кристаллы имеют форму призм и ромбоэдров, образуют красивые сростки в виде друз … Географическая энциклопедия
- (нем. Quarz) минерал; под названием К. известны две кристаллической модификации двуокиси кремния SiO2: гексагональный К. (или α К.), устойчивый при давлении в 1 атм (или 100 кн/м2) в интервале температур 870 573 °С, и тригональный (β К.) … Большая советская энциклопедия
А; м. [от лат. minera руда] Природное вещество, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, входящее в состав горных пород, руд, метеоритов. Полезные минералы. Коллекция минералов. Образование минералов. Обработка… … Энциклопедический словарь
кварцевое стекло - Ндп. плавленый кварц Продукт охлаждения расплава кремнезема до твердого состояния без кристаллизации. [ГОСТ 16548 80] Недопустимые, нерекомендуемые плавленый кварц Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN silica glass DE Quarzglas FR… … Справочник технического переводчика
Содержат активный компонент, нанесенный на дисперсное или пористое в во носитель. Использование Н. к. позволяет увеличить пов сть работающего катализатора, экономит дорогостоящие в ва (напр., Pt, Pd, Ag), предотвращает рекристаллизацию и спекание … Химическая энциклопедия
Явление необратимого перехода энергии звуковой волны в др. виды энергии и, в частности, в теплоту. Характеризуется коэфф. поглощения а, к рый определяется как обратная величина расстояния, на к ром амплитуда звуковой волны уменьшается в е=2,718… … Физическая энциклопедия
Цельноволоконный фемтосекундный эрбиевый лазер. Волоконный лазер лазер, активная среда и, возможно, резонатор которого являются элементами оптического … Википедия
Загрузка...
