Понятие о стеклообразном состоянии вещества

• Для минеральных расплавов общим признаком является их силикатная природа, т. е. преобладание в их составе силикатов. Именно силикатным расплавам присуща способность переходить при быстром охлаждении в стеклообразное состояние.

Стеклами называют твердые, хрупкие, изотропные материалы, получаемые при охлаждении силикатных расплавов.

Прозрачность, достаточно высокая прочность и химическая стойкость позволяют применять стекло там, где затруднено, а под­час совершенно исключено использование других строительных ма­териалов. В современном строительстве стекло применяется не только для остекления оконных проемов, но также как конструк­ционно-отделочный, тепло- и звукоизоляционный материал. Хими­ческая стойкость стекла используется при изготовлении из него труб и аппаратов для пищевой и химической промышленности.

Все эти разнообразные материалы объединяет то, что их полу­чают из силикатных расплавов. Характерная особенность таких расплавов — способность при достаточно быстром охлаждении пере­ходить в стеклообразное состояние. Причиной этого является вы­сокая вязкость силикатных расплавов, затрудняющая кристалли­зацию. Признаками стеклообразного состояния вещества являются: отсутствие четко выраженной точки плавления (вещество посте­пенно размягчается и отвердевает),- гомогенность и изотропность.

Вещество в стеклообразном состоянии обладает повышенной внутренней энергией — скрытой энергией кристаллизации, т. е. оно термодинамически неустойчиво (метастабильно). Поэтому стекло может под действием каких-либо инициаторов (например, рентге­новское излучение), при длительной выдержке в определенном температурном интервале, а иногда и самопроизвольно кристалли­зоваться. В стеклоделии это явление называется расстекловыванием или заруханием.

При производстве ситаллов и каменного литья это свойство используется целенаправленно.

Стекло — материал, обладающий комплексом разнообразных, не присущих другим строительным материалам свойств. Наиболее характерными его свойствами можно считать светопропускание и хрупкость. Состоит из: SiO2 – 75-80%; CaO – 10-15%; Na2O – 15%

Механические свойства стекла зависят от большого числа фак­торов: состава, режима термообработки, состояния поверхности и размеров образца.

Прочность стекла при сжатии, как и у других каменных шате-риалов, довольно высока — 700—1000 МПа, а при растяжении в 15—20 раз ниже — 30—60 МПа. Однако учитывая, что стекло применяется главным образом в виде тонких листов, подвергаю­щихся изгибу и растяжению, показателем, определяющим механи­ческие свойства стекла, считают прочность при растяжении.

Основным недостатком стекла является хрупкость, опреде­ляемая рядом факторов. Основной из них — отношение модуля упругости материала к прочности при растяжении E/R; чем больше это отношение, тем при меньшей деформации напряже­ние в материале достигает предела прочности. Модуль упругости стекла составляет 4,5-10⁴...9,8-10⁴ МПа. Показатель преломления строительного стекла (1,50...1,52). Плотность – 2500-6000 кг/м3. Прочность на удар(ударная вязкомть) – 0,2 МПа. Теплоемкость – 0,63-1,5.

Обычные силикатные стекла хорошо пропускают всю видимую и инфракрасную часть спектра и практически не пропускают ультрафиолетовые лучи. Изменяя химический состав стекла и его окраску, можно регулировать светопропускание стекла в разных областях спектра (см. увиолевое и теплозащитное стекло). Светопрозрачность обычного оконного стекла — 83—90 %.

Силикатное стекло обладает высокой стойкостью к большинству агрессивных агентов, за исключением плавиковой и фосфорной кислот. Химическая стойкость стекла объясняется особенностями его строения и состава: в стекле более 25 % свободного кремнезема.

Строительное стекло имеет следующий состав: SiO₂ (72 %), А1₂О₃ (2 %), Na₂O (15 %), СаО (6,5 %), MgO (4 %). В стекло вво­дят и другие соединения, придающие ему те или иные свойства.