45. Стекло: особенности строения и свойства. Понятия о стеклообразном состоянии вещества. Сырьевые материалы для производства стекла. Основы технологии производства стекла.

Стекло́ — вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, — универсальный в практике человека. Физико-химически — твёрдое тело, структурно — аморфно, изотропно; все виды стёкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии — от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного — в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых плавлением сырья (шихты) [1][2]. Температура варки стёкол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и др.) [2]. Прозрачность (для видимого человеком спектра) не является общим свойством для всех видов существующих как в природе, так и в практике стёкол. Стеклообразное состояние — твёрдое аморфное метастабильное состояние вещества, в котором нет выраженной кристаллической решётки, условные элементы кристаллизации наблюдаются лишь в очень малых кластерах (в так называемом «среднем порядке»). Обычно это смеси (переохлаждённый ассоциированный раствор) в которых создание кристаллической твёрдой фазы затруднено по кинетическим причинам. Сырьевые материалы влияют на свойства и качество стекла, поэтому следует кратко остановиться на них. Кремнезем Si02 в природе встречается в виде кварца, скопления которого образуют кварцевые пески; высококачественные стекольные белые пески содержат незначительное количество примесей, в частности окиси железа, которая придает стеклу зеленоватую окраску. Небольшое содержание окислов натрия, калия, кальция и алюминия не ухудшает качества стекла. Чистый кварц плавится при температуре около 1700° С, образуется кварцевоа стекло, которое характеризуется высокой температурой размягчения, большой стойкостью к воздействию химикатов и резкой смене температур. Оно пригодно для изготовления колб ртутно-кварцевых ламп, так как хорошо пропускает ультрафиолетовые лучи. Для обычного стекла не требуется такая высокая температура размягчения, поэтому в стекольную шихту вводят материалы (сода, поташ и др.), которые ускоряют процесс стеклообразования и понижают температуру варки стекла. Сода Na2C03 — основной материал для введения в стекло окиси натрия; она должна содержать не менее 95% углекислого натрия. Температура плавления соды 850° С. При нагреве смеси чистого песка и соды образуется прозрачная стеклообразная масса, которая растворяется в воде и называется «растворимое стекло»: Si02 + 2 NaOH -> Na2Si03 + H20. Используя вместо соды поташ К2СО3, получают калиевое стекло, которое применяют для изготовления хрустальных изделий, а также оптических и цветных стекол. Варка – условно разбивают на 5 этапов: Силикатообразование: процессы испарения влаги, разложение карбонатов, кислот; Стеклообразование: образование из смеси силикатов и баратов их сплавов; заканчивается:1200-1400, на этом этапе много мелких пузырей, Осветление: достигается снижением вязкости до 1500. При этой Т осветители дают крупные пузыри, которые всплывают, тащут за собой мелкие, Гомогенизация: вязкость большая, стекломасса неоднородна по составу, выравнивание за счет диф. Процессов, к завершению дефектов быть не должно, Студка: охлаждение до вязкости десять в третьей-десять в четвертой. К выработке изделий приступают после проверок на ТКЛР, на дефекты, т.е. берут пробы. При силикатообразовании образуются такие дефекты как свили – вытянутые включения, шлиры – шарообразные включения. Отжиг – в изделиях, спаях возникают напряжения. Отжиг частично их устраняет. Формование изделий. Методы: Прессование, Выдувание, Вытягивание, Центробежная формовка . Применение стекла: 1) Оболочки электро- вакуумных приборов, 2)Ножки, 3)Стеклокорпуса, 4) Рабочие тела некоторых твердотельных лазеров, 5) Световоды.