Неорганические стекла

Неорганические стекла – это сложные расплавы высокой вязкости, состоящие из основных и кислотных оксидов.

С теклообразное состояние является разновидностью аморфного. Беспорядочная структура жидкости при охлаждении «замораживается». Получается неправильная пространственная сетка. Стекло имеет рыхлую неоднородную структуру с поверхностными дефектами.

а б

Рис. 114. Структура стекла: а – кварцевое; б – щелочное

В состав стекол входят:

• стеклообразующие оксиды SiO₂, B₂O₃, P₂O₅, GeO₂, As₂O₅. Они образуют структурный каркас стекла, или сетку;

• модифицирующие оксиды натрия, калия, лития, кальция, магния, бария. Они изменяют физико-химические свойства стекломассы, облегчая технологию производства;

• оксиды для придания нужных характеристик. Это оксиды алюминия, железа, свинца, титана, бериллия. Сами они структурный каркас не образуют, но частично замещают стеклообразующие оксиды.

Классификация стекол

1. По назначению

Технические Строительные Бытовые

оптические, оконные посуда

светотехнические витринные зеркала

электротехнические армированные стеклотара

химико-лабораторные стеклоблоки

приборные

трубные

2. П о стеклообразующему веществу

Силикатные (SiO₂) Боросиликатные(B₂O₃–SiO₂) Алюмофосфатные (Al₂O₃–P₂O₅)

Алюмосиликатные (Al₂O₃–SiO₂) Алюмоборосиликатные(Al₂O₃– B₂O₃–SiO₂)

3. П о содержанию модификаторов

Щелочные Бесщелочные Кварцевые

Свойства стекол

Плавятся в интервале температур, размягчаются при температуре 600–800 С; переработка требует свыше 1000 С.

Свойства стекол изотропны, т. е. не зависят от направления.

При сжатии прочность высокая: до 2000 МПа, а при растяжении – низкая (менее 100 МПа). Твердость стекол составляет 0,5–0,7 твердости алмаза, но они очень хрупкие.

Несколько выше механические свойства у кварцевых и бесщелочных стекол.

Важнейшие свойства стекол, определяющие их применение, – оптические: прозрачность, отражение, рассеяние, поглощение, преломление. Обычное листовое стекло 90 % видимого света пропускает, а ультрафиолетовое излучение поглощает. Кварцевые стекла прозрачны для ультрафиолетовых лучей.

Стекла можно закаливать, нагревая выше температуры стеклования и быстро охлаждая в масле или потоке воздуха. Ударная вязкость стекла увеличивается при закалке в 5–7 раз, прочность – в 3–6 раз, повышается термостойкость.

Триплекс – это два листа закаленного стекла, склеенные прозрачной полимерной пленкой. Могут быть плоскими и гнутыми. При разрушении триплекса осколки удерживаются на полимерной пленке и не травмируют окружающих.

Термопан: между двумя стеклами имеется воздушный промежуток, который обеспечивает теплоизоляцию.

Есть стекла с высокой защитой от инфракрасных лучей. Они содержат индий и олово, изготавливаются многослойными. Ими остекляют японские машины («Нисан», «Тойота»), предназначенные для эксплуатации в жарких странах.

Ситаллы (кристаллические стекла)

Их еще называют стеклокерамикой. Они состоят из стекловидной и кристаллической фазы. Структура ситаллов однородная, мелкозернистая: зерна имеют размер 1–2 мкм.

Получают ситаллы введением в расплав стекла веществ, служащих центами кристаллизации (солей золота, серебра, меди). В результате 95 % объема занимает кристаллическая фаза, остальное – стекловидная прослойка (рис. 115).

Свойства ситаллов: их твердость близка к твердости закаленной стали, они термостойки до 700–900 С. Их ударная вязкость в 3–4 раза выше, чем у стекол. Они износостойки, являются диэлектриками и проявляют высокую хим ическую стойкость.

Рис. 115. Кристаллизация стекла при введении модификаторов в расплав

Применение ситаллов включает детали ДВС, подшипники, трубы для химической промышленности, оболочки вакуумных электронных приборов, детали радиоэлектроники, жаростойкие покрытия на металлах, фильеры для вытягивания синтетических волокон, лопасти компрессоров и сопла реактивных двигателей.

Лекция 23