1.1. Виды стекол

Основной недостаток обычных стёкол — хрупкость. Для того чтобы расширить сферу применения стекла, его подвергают закалке (закалённое стекло), создают многослойные композиты (триплекс). Армирование, вопреки распространенному мнению, ослабляет стекло, делает его более хрупким по сравнению с таким же монолитным стеклом. Стеклообразующие вещества: стеклообразующим веществам относятся: SiO_2, B₂O_{3 ,} P₂O_{5 ,}TeO_2, GeO_2, AlF₃ и др.

В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, неорганические стекла бывают оксидными (силикатное, кварцевое, германатное, фосфатное, боратное), фторидными, сульфидными и т. д.

Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO₂), соды (Na₂CO₃) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na₂O·CaO·6SiO₂.

1.1.1 Кварцевое стекло

Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь). Оно состоит только из диоксида SiO₂ и является самым термостойким стеклом. Коэффициент его линейного расширения в пределах 0-1000 ⁰С составляет всего 6·10^-7. Поэтому раскаленное кварцевое стекло, опущенное в холодную воду, не растрескивается.

Температура размягчения кварцевого стекла равна 1250 ⁰С. Полное же плавление кварцевого стекла происходит при температуре 1500-1600 ⁰С.

Кварцевое стекло следует тщательно предохранять от различного рода загрязнений, даже таких как жирные пятна от рук. Перед нагреванием его поверхность необходимо протереть от прозрачных следов разбавленной фтороводородной кислотой, а от жирных пятен этанолом или ацетоном.

Поверхностные загрязнения могут явиться причиной расстеклования, т. е. перехода из метастабильного стеклообразного состояния в кристаллическое. Такой переход необратим и может привести к быстрому механическому разрушению изделия. Кроме того, расстеклование делает кварцевое стекло непригодным для длительного нагревания при температурах выше 1100 ⁰С.

Изделия из кварцевого стекла устойчивы к действию всех кислот за исключением фосфорной (H₃PO₄) и концентрированной фтороводородной (HF). На них не действует хлор (Cl₂) и HCl до 1200 ⁰С, до 250 ⁰С сухой фтор (F₂). Водные растворы NaF и H₂[SiF₆] разрушают кварцевое стекло при нагревании. Кроме того, оно абсолютно непригодно для работы с водными растворами и расплавами гидроксидов щелочных металлов. Даже кратковременный контакт с большинством расплавов хлоридов металлов, щелочных металлов, магнием и алюминием делают невозможным дальнейшее использование изделий. При высокой температуре кварц ведет себя как сильная кислота и взаимодействует не только с основаниями, но и с оксидами металлов.

Кварцевое стекло может быть также природного происхождения, образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка. Этот факт и лежит в основе одной из исторических версий происхождения технологии изготовления стекла.

1.1.2 Стекло марки «пирекс» (Pirex)

Стекло марки «пирекс» (Pirex) является боросиликатным стеклом с содержанием не менее 80 % SiO₂, 12-13 % B₂O₃, 3-4 % Na₂O и 1-2 % Al₂O₃. Оно встречается под разными названиями: корнинг (США), дюран 50, йенское стекло G20 (Германия), гизель, монекс (Англия), ТС (Россия), совирель (Франция), симакс (Чехия).

Температура размягчения данного вида стекла до динамической вязкости составляет 580-590 ⁰С. И все же стекло пригодно для работы при температурах до 800 ⁰С при атмосферном давлении и не более 650 ⁰С при работе в вакууме. В отличие от кварцевого стекла «пирекс» до 600 ⁰С практически непроницаем для N₂, O₂, H₂, He. Нагретые фосфорная и фтороводородня кислоты, водные растворы (даже 5 %) щелочей, расплавы щелочей разрушают стекло «пирекс».