Опорный конспект темы «Неорганические стёкла»

Неорганическое стекло является дешевым материалом, так как его изготовляют из очень доступных веществ: кварцевого песка соды доломита мела и некоторых других компонентов. Смесь этих веществ, взятых в определенном соотношении, называется шихтой. Шихта загружается в стекловаренную печь и при нагревании до 1350—1600° С плавится, образуя жидкую стекломассу, из которой изготовляют различные стеклянные изделия.

3.1. Производство стекла

Главным стеклообразующим веществом является кварцевый песок, который содержит 98% Si02. Практически стекло можно получать из одного кварцевого песка, однако расплавить его можно только при очень высокой температуре (около 2000°С). Для этого нужно иметь дорогостоящие печи и. другое сложное оборудование. Правда, чистые кварцевые стекла обладают рядом ценных свойств: очень высокими электрическими характеристиками, стойкостью к влаге (гидролитическая стойкость) и имеют очень малый температурный коэффициент линейного расширения (5-10~71/°С). Это обусловливает исключительно высокую термостойкость кварцевого стекла. Так, изделия из кварцевого стекла, нагретые до красного каления и погруженные в холодную воду, не растрескиваются.

Некоторые термостойкие электроизоляционные изделия (небольшие изоляторы) изготовляют из чистого кварцевого стекла.

Основные характеристики кварцевого стекла: плотность 2200 кг/м3;

Для получения же остальных видов стекла составляют шихту, в которой, кроме кварцевого песка, содержатся вещества, снижающие температуру его плавления. К этим веществам относятся: кальцинированная сода, мел, доломит и некоторые другие.

В состав шихты вводят также вещества, предотвращающие кристаллизацию стекол, — глинозем борный ангидрид и др.

При нагревании шихты из нее вначале испаряется влага. Газы улетучиваются в атмосферу, а оставшиеся окислы натрия, калия, кальция и др. вступают в химические реакции с кремнеземом и образуют сложные соединения, называемые силикатами. Отсюда неорганические стекла называются силикатными.

При температуре 1350—1600°С силикаты плавятся, образуя вязкую стекломассу, из которой изготовляют различные стеклянные изделия. Так, посредством выдувания в металлические формы получают ламповые баллоны, а посредством прессования стеклянные изоляторы и другие изделия.

3.2. Виды стёкол

По своему химическому составу все силикатные стекла можно разделить на четыре группы: щелочные, щелочные с содержанием тяжелых окислов, малощелочные, бесщелочные.

Щелочные стекла сравнительно легкоплавкие (1350° С), содержат большое количество щелочных окислов, преимущественно и частично. К этой

группе стекол принадлежат оконное, посудное и бутылочное. Щелочные стекла обладают низкими значениями электрических характеристик и имеют большой тем-пературный коэффициент линейного расширения, что обусловливает их низкую термостойкость.

Щелочные стекла с содержанием тяжелых окислов обладают повышенными значениями электрических характеристик. К этой группе относятся флинты (содержат ) и кроны (содержат ). Их применяют для изготовления электроизоляционных изделий (конденсаторы, изоляторы и др.).

Малощелочные стекла содержат щелочных окислов не более 5%. Из этих стекол изготовляют стеклянные изоляторы высокого напряжения.

Бесщелочные стекла либо совершенно не содержат щелочных окислов (как, например, кварцевое стекло), либо содержат их не более 2%. Из них изготовляют стеклянное волокно для электроизоляционных стеклотканей. Эти стекла отличаются сравнительно высокой температурой плавления. Для понижения ее в состав шихты вводят борный ангидрид (до 10%),

До последнего времени все изоляторы изготовляли из электротехнического фарфора. Попытки, применить для этой цели стекло оканчивались неудачей из-за недостаточной механической прочности и термической стойкости стеклянных изоляторов.

В настоящее время разработаны состав малощелочного изоляторного стекла и технология производства изоляторов из закаленного стекла. Согласно этой технологии стекломасса, поступающая из ванной печи, подается в чугунную пресс-форму автоматического пресса. С помощью пуансона происходит прессование изолятора. Затем нагретый изолятор извлекается из формы и равномерно обдувается со всех сторон холодным воздухом, поступающим через сопла.

Механическая прочность закаленных стеклянных изоляторов в 2—3 раза выше, чем незакаленных, и выше, чем у фарфоровых изоляторов. Поэтому габариты закаленных стеклянных изоляторов меньше (на 10—20%) по сравнению с фарфоровыми. Электрические и механические характеристики малощелочного стекла приведены в табл. 12.

Стеклянные изоляторы малых габаритов (штыревые на напряжения до 10 кВ и некоторые другие) изготоляют не из закаленного, а из отожженного стекла. В этом случае изоляторы, отпрессованные на пресс-автоматах, отжигают в печах. При этом температура изоляторов медленно повышается, а затем медленно понижается до комнатной температуры.

В процессе отжига у стеклянных изоляторов уничтожаются все внутренние напряжения, возникшие за счет их неравномерного охлаждения при прессовании.

Характеристика	Малощелочное стекло 13В
Плотность, кг/м3 Предел прочности при статическом изгибе, Н/м2 Уделенное объемное сопротивление, Ом*м Уделенное поверхностное сопротивление, Ом Тенгенс угла диэлектрических потерь Среднее значение электрической прочности, МВ/м	260 2500* 0,02-0,025 45-48