Глава 5. Стекло и стеклокристаллические материалы

§ 22. Основные сведения о стекле

Стеклом называют твердый, аморфный, прозрачный е той или иной области оптического диапазона (в зависи­мости от состава) материал, получаемый из переохлаждённых жидких минеральных расплавов, содержащих стеклообразующие компоненты (оксиды кремния, бора, алюминия и др.) и оксиды металлов (лития, калия, магния, свинца и т. д.).

Впервые стеклоделие возникло в Древнем Египте. Начало изготовления различных изделий из стекла на Руси относится к XI в Русские мастера-стеклоделы с давних времен владели искусством создавать оригинальные и красивые стеклянные изделия. Отцом на­учного стеклоделия по праву считается М. В. Ломоносов. Большой вклад в развитие науки о стекле внесли А. А. Лебедев, И. В. Гребенщиков, О. К. Ботвинкин, И. И. Китайгородский и другие советские ученые.

В настоящее время производство стекла превратилось в высоко­развитую отрасль промышленности. По выработке оконного стекла СССР занимает первое место в мире, а по общему выпуску продук­ции — второе.

По назначению различают строительное стекло (оконное, узорчатое, стеклоблоки и т. д.), тарное, техни­ческое (кварцевое, светотехническое, стеклянное волок­но), сортовое и т. д.

Основным сырьем для изготовления стекла являют­ся чистый кварцевый песок, известняк, доломиты, каль­цинированная сода, или сульфат натрия. В состав неко­торых строительных стекол для улучшения их строи­тельно-технических свойств вводят оксиды бора (повышает термостойкость), алюминия (повышает проч­ность и химическую стойкость), фтора, цинка и др. Для получения окрашенных стекол применяют перекись мар­ганца, оксиды хрома, кобальта и др.

Производство стекла включает следующие техноло­гические операции: подготовку сырьевых материалов (обогащение, сушка, измельчение); приготовление шихты (смешивание компонентов и брикетирование); варку, стекла в стекловаренных печах при 1400—1500 °С: охлаждение стекломассы до температуры, при которой она приобретает оптимальную для данного метода выработки стекла вязкость, формование из полученного распла­ва изделий; их термическую, механическую или химиче­скую обработку.

Метод выработки (формования) зависит от вида из­делия. Для получения строительного стекла используют вытяжку, прокат, прессование.

Стекло характеризуется высокой прочностью при сжатии (600—1200 МПа) и сравнительно малой "проч­ностью при растяжении (30—90 МПа). Оно очень плохо сопротивляется удару, т. е. хрупко. Характерным свойством стекла является высокая прозрачность и способ­ность пропускать не менее 84 % лучей видимого спектра. Плотность стекол изменяется в пределах от 2,2 до 2,6 г/см³, плотность промышленных стекол порядка 2,5 г/см³. ^

Стекло отличается сравнительно низкой теплопро­водностью; в зависимости от вида стекла теплопровод­ность его колеблется в пределах 0,5—1 Вт/(м-°С).

Стекло имеет низкую термостойкость, т. е. при резком и сильном нагревании или охлаждении в нем возникают большие напряжения, вызывающие растрескивание. При нагревании стекло размягчается и при температуре око­ло 1000 °С плавится. Оно обладает также высокой хими­ческой стойкостью. Большинство минеральных кислот, за исключением фтористоводородной (плавиковой) кис­лоты, не разрушает стекло; растворы щелочей и даже чистая вода разрушает стекло с поверхности, хотя очень медленно.

Из расплавленной стекломассы вырабатывают листо­вое стекло и разнообразные стеклянные изделия. Кроме того, из минеральных расплавов изготовляют литые ка­менные изделия и ситаллы.