Термические свойства

Часто пригодность стекол для изготовления того или иного прибора, работающего в определенном интервале температур, оценивают по термическим свойствам стекол: теплоемкости, теплопроводности, термическому расширению и термостойкости.

Температура начала размягчения

Температура начала размягчения — это такая температура, при которой тело (аморфное) начинает размягчаться и плавиться. В зависимости от состава стекла делятся на тугоплавкие и легкоплавкие. При работе первые приходится нагревать до ~1800°С и применять специальные паяльные горелки с подачей воздуха и даже кислорода в пламя, для обработки вторых иногда достаточно температуры пламени обычной газовой горелки. Самое твердое —- кварцевое — стекло начинает деформироваться только при температуре 1200-1500 °С. Другие типы стекол размягчаются уже при температуре 550-650 0С. Эти показатели важно учитывать при различных работах со стеклом: в процессе выдувания изделий, при обработке краев этих изделий, а также при термической полировке их поверхностей.

Величина температуры начала плавления того или иного сорта и вида стекла определяется химическим составом компонентов. Так, тугоплавкие оксиды кремния или алюминия повышают температурный уровень начала размягчения, а легкоплавкие (оксиды натрия и калия), напротив, понижают.

Теплоемкость.

Теплоемкость материала равна отношению количества теплоты, сообщенной ему, к происшедшему при этом изменению температуры материала.

Различают удельную и мольную теплоемкость.

Удельная теплоемкость - это количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы материала, чтобы его температура изменялась на 1К. Удельная теплоемкость стекла зависит от его химического состава равна 334,9-1004,8 Дж/ кг∙К.

SiO2, Аl2О3, В2О3, МgО, Na2О и особенно Li2О (оксиды легких металлов) повышают теплоемкость стекла; оксиды тяжелых металлов РbО, ВаО значительно снижают теплоемкость. Влияние других оксидов выражено слабее.

При изготовлении стеклоизделий следует помнить о том, что аморфные тела, обладающие низкой теплоемкостью, остывают значительно медленнее, чем тела с высоким показателем теплоемкости.

Теплопроводность.

Единица измерения теплопроводности Вт/(м.°С). Теплопроводность промышленных стекол составляет 0,72-0,9 Вт/(м.°С).

Увеличение в стекле количеств SiO2, Аl2О3, В2О3,Fе2О3 повышает теплопроводность, а ВаО и РbО снижают ее.

При высоких температурах передача тепла теплопроводностью характерна только для тонких (до 0,1 см) слоев стекла. При увеличении толщины слоя увеличивается интенсивность передачи тепла излучением.

С повышением содержания в стекле этих оксидов роль теплопередачи излучением уменьшается и возрастает роль теплопроводности.

Способность материала проводить тепло, т. е. его теплопроводность, оценивается коэффициентом теплопроводности, который численно равен количеству тепла, переносимому на определенное расстояние через единицу поверхности сечения за единицу времени при разности температур в 1 К.

Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их состава.

Стекло плохо проводит тепло, теплопроводность стекла весьма незначительна, его коэффициент теплопроводности равен 0,5-1 Вт/(м*K). У оконных стекол эта цифра равна 0,82-0,96 Вт/(м*K), что почти в 10 раз ниже, чем у аналогичных кристаллических минералов. Например, теплопроводность кристалла кварца — 7,2 Вт/(м * К).

Малой теплопроводностью обладают стекла, содержащие большое количество щелочных оксидов.

Наибольшую теплопроводность имеют кварцевые стекла. С уменьшением доли оксида кремния в общей массе стекла или при замене его на любое другое вещество уровень теплопроводности понижается.

Нагретые стекла очень медленно остывают, о чем следует помнить при обработке стекла. Кроме того, вследствие малой теплопроводности стекла при формовке из него деталей и пайке на довольно небольших участках стеклянных изделий создается большой перепад температуры, а следовательно, в стекле возникают внутренние напряжения и хрупкость его значительно увеличивается.