Основные свойства неорганического стеклаПравить физико-химические характеристикиПравить

• Вещества изотропны, т.е. свойства их одинаковы во всех направлениях;

• При нагревании они не плавятся как кристаллы, они постепенно размягчаются при переходе из хрупкого в высоковязкое и в конце — в капельно-жидкое состояние, при этом не только вязкость, но и другие свойства изменяются непрерывно;

• Расплавляются и отвердевают обратимо. Т.е. выдерживают многократный разогрев до расплавленного состояния, после охлаждения вновь приобретают первоначальные свойства при одинаковых режимах перехода (если не произойдет кристаллизация или ликвация).

Обратимость прессов и свойств указывает на то, что стеклообразующие расплавы и затвердевшее стекло являются растворами в чистом виде. Обратимость — признак настоящего раствора. Определение неорганического стекла как переохлаждённой жидкости вытекает из способа получения стекла. Для перевода кристаллического тела в стеклообразное состояние его необходимо расплавить и затем переохладить снова. Переход вещества из жидкого состояния в твердое при понижении температуры происходит двумя путями: вещество кристаллизуется либо застывает в виде стекла. По первому пути могут следовать почти все вещества. Однако кристаллизация присутствует только в тех веществах, которые будучи в жидком состоянии, обладают малой вязкостью и вязкость которых возрастает сравнительно медленно, почти до момента кристаллизации. К таким веществам относится и оксид висмута, который в чистом состоянии практически не образует стекол.

Свойства стекла сопоставимы с понятием “свойство-состав” стеклообразных систем и показывает, что свойства можно разделить на две группы в зависимости от молярного состава — на простые и сложные.

• Первая группа — стеклообразные системы с простой зависимостью от молярного состава и могут оцениваться по:

  • Молярный объём;

  • Показатель преломления;

  • Дисперсия;

  • Термический коэффициент линейного расширения;

  • Диэлектрическая проницаемость;

  • Модуль упругости;

  • Удельная теплоемкость,

  • Коэффициент теплопроводности.

• Вторая группа:

Ко второй группе относятся свойства, которые более чувствительные к изменению состава. Зависимость их от состава сложна и часто не поддается количественным обобщениям. Например: вязкость, электропроводность, скорость диффузии ионов, диэлектрические потери, химическая стойкость, светопропускание, твёрдость, поверхностное натяжение, кристаллизационная способность и др. Расчёт этих свойств возможен лишь в конкретных случаях.

Физические свойства неорганического стеклаПравить

Физические свойства неорганического стекла (НС) и самое главное —прозрачность его, а таже механическая прочность, деформация, теплопроводность и др. одинаковы (изотропны) по всем направлениям. С течением времени стекло мутнеет. Помутнение вызвано появлением внутри стекла мелких кристаллов, оптические свойства которых иные, чем окружающей их аморфной среды в связи с неустойчивым состоянием аморфного вещества. Со временем аморфные вещества переходят в кристаллические. Центрами кристаллизации могут быть пылинки, вокруг которых начинается перегруппировка молекул, постепенно образующих кристаллическую решётку. Как говорят стекло "стареет".

Стекло (оптическое стекло), обладая важными характеристиками: высокой прозрачностью, дисперсией, изотропностью, термостойкостью, твёрдостью и т.д., прозрачно к свету (определённый диапазон электромагнитных лучей) и широко применяется в науке и технике:

• для изучения световых явлений, часто называемых оптическими;

• для управления потоками света в оптических устройствах.

Обычное НС как прозрачный материал — занимает достойное место в нашей жизни: в строительстве, науке, медицине, искусстве и т.д.

Таблица физических свойств основных видов стекла
Свойства	Кальциево-натриевое стекло (1Na2O : 1CaO : 6SiO2)[1]	Боросиликатное стекло	Изоляционное стекло	Оптическое стекло	Кварцевое стекло	Германиевое стекло	Германий-кремниевое стекло
Химсостав, в %	74 SiO2, 13 Na2O, 10.5 CaO, 1.3 Al2O3, 0.3 K2O, 0.2 SO3, 0.2 MgO, 0.01 TiO2, 0.04 Fe2O3	81 SiO2, 12.5 B2O3, 4 Na2O, 2.2 Al2O3, 0.02 CaO, 0.06 K2O	63 SiO2, 16 Na2O, 8 CaO, 3.3 B2O3, 5 Al2O3, 3.5 MgO, 0.8 K2O, 0.3 Fe2O3, 0.2 SO3	41.2 SiO2, 34.1 PbO, 12.4 BaO, 6.3 ZnO, 3.0 K2O, 2.5 CaO, 0.35 Sb2O3, 0.2 As2O3	SiO2	GeO2	GeSe2
Вязкость log(η, в Па·с) = A + B / (T в °C - To)	550-1450°C: A = -2.309 B = 3922 To = 291	550-1450°C: A = -2.834 B = 6668 To = 108	550-1400°C: A = -2.323 B = 3232 To = 318	500-690°C: A = -35.59 B = 60930 To = -741	1140-2320°C: A = -7.766 B = 27913 To = -271.7	515-1540°C: A = -11.044 B = 30979 To = -837
Температуратурная стойкость, Tg, °C	573	536	551	~540	1140	526 ± 27[2][3][4]	395 [5]
Коэффциент теплового расширения, ppm/K ~100-300°C	9	3.5	10	7	0.55	7.3
Плотность при 20°C, г/см³	2.52	2.235	2.550	3.86	2.203	3.65 [6]	4.16 [5]
Коэффициент преломления nD[7] при 20°C	1.518	1.473	1.531	1.650	1.459	1.608	1.7
Дисперсия (света) при 20°C, 104×(nF-nC)[7]	86.7	72.3	89.5	169	67.8	146
Модуль упругости E, при 20°C, МПа	72	65	75	67	72	43.3 [8]
Модуль среза (жёсткости) при 20°C, МПа	29.8	28.2		26.8	31.3
Температура плавления, в °C	1040	1070[9]			1715	1115
Теплоёмкость при 20°C, Дж/(K·моль)	49	50	50	51	44	52
Поверхностное напряжение, при ~1300°C, мДж/м2	315	370	290
Химическая стойкость, Гидролитический класс, по ISO 719[10]	3	1	3