Властивості скла

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ВЛАСТИВОСТІ СКЛА
1. Скло
Скло - один з прекрасних матеріалів, винайдених ще 3000 років до нашої ери. Незважаючи на «солідний вік», вона до цих пір чесно служить людям, з кожним роком, що відкриває в ньому нові якості. Скло - це гарні будинки і надміцні матеріали, художні вироби і тканини. Це один із матеріалів, яким ніколи не перестануть милуватися люди. Воно незамінне в побуті та лабораторної практиці. Про склі написано сотні книг, проведені і проводяться наукові дослідження, але до цих пір немає точного визначення терміну «скло».
Склом називаються всі аморфні тіла, одержувані шляхом переохолодження розплаву, незалежно від їх хімічного складу і температурної області затвердіння, і які мають механічними властивостями твердих тіл, причому процес переходу з рідкого стану в склоподібний повинен бути оборотним.
У склоподібному стані можуть перебувати речовини, як природного походження, так і отримані штучно. До природних стеклам відносяться: вулканічна магма, пемза, смоли. Штучні неорганічні скла - переохолоджені розплави, до складу яких входять окису кремнію, бору, фосфору, лужних і лужноземельних металів.
Вихідними матеріалами для отримання штучної скляної маси є кварцовий пісок, кальцинована сода, поташ, сульфат натрію, крейда і вапняк, карбонат магнію, доломіт, карбонат барію, натрієва і калієва селітри. В деякі сорти скла вводять окис алюмінію, окис свинцю і оксиди інших металів.
Основним компонентом скла є двоокис кремнію - кремнезем, температура плавлення якого дорівнює 1728 ° С. Зміст окису кремнію в склі становить 50-85%, а в кварцовому склі 98,8-99,9%. Зміст інших компонентів, що входять до складу стекол, наведено у таблицях 1 і 2.
Кольорові скла отримують, вводячи в шихту окисли чи інші з'єднання різних елементів, наприклад для фарбування скла в синій колір вводять з'єднання кобальту, в зелений - окис хрому, у фіолетовий - сполуки марганцю, в рубіновий-закис міді або металеве золото.
Тип, марка скла
Si0 2
А1 2 0 3
в 2 про 3
СаО
MgO
РЬО
ВаО
Zr0 2
ZnO
Na 2 0
До 2 0
Fe 2 0 3
Тюрінгенський
68,74
3-4
6,2-8
_
_
_
_
___
12-18
0-8,5
_
Уних
68,9
3,9
-
5,5
2,9
-
-
-
-
17,8
1,3
-
АН
70,7
4,2
2,3
7,0
-
-
-
-
-
13,9
1,9
-
Х8
69,2
3,5
1,2
5,8
3,6
-
-
-
-
16,0
0,9
-
Мурано X
67,0
6,7
3,0
4,3
-
-
_
___
-
19.0
-
-
Содоізвестковое
71,0
0,85
-
7.7
3,8
-
0,5
-
-
15,5
-
Сіал
75,0
6
7
1,7
-
-
4,3
-
-
6,5
-
Сімакс
79,0
3
11,9
-
-
-
-
-
-
5,5
-
Палекс
70,84
4,48
6,31
4,17
2,02
-
____
-
2,62
8,37
0,99
0,36
Лабораторне
69,0
4,90
4,3
4,50
-
-
3,5
-
5,5
8,6
-
-
Ветхайм ам Майн
69,25
5,96
8,56
0,99
0,45
-
3,63
-
-----
8.57
2,25
0,33
1447 Ш
64.3-64,7
4-7
8,7-12,0
0,1-0,6
-
-
-
-
10-12
7-9,7
-
-
G20
74,7-75,7
4,3-6,2
7,0-8,7
0,75-1
-
-
3,5-4,2
-
-
6,5-7,5
-
0,1-0,3
52
76,6
3
6
-
-
-
3
3
-
8
-
-
Корнпнг
80,0
2,71
11,31
0,76
-
-
-
-
-
4,74
0,35
-
Совірель
80,0
2,25
13,0
-
-
-
-
-
-
3,50
1,15
0,05
Разотерм
78,25
2,74
12,18
0,85
-
-
-
-
-
5,39
0,41
-
Дюран 50
79,69
3,10
10,29
0,77
0,87
-
-
-
-
5,20
-
-
Гнзіль
80,6
2,70
12,20
0,12
-
-
-
-
-
4,15
-
-
-Монакс
74,66
3,89
13,44
0,75
0,49
-
-
-
-
5,89
0,79
-
Варять скло в спеціальних печах при високих температурах. Під час варіння скла відбуваються складні хімічні і фізичні процеси, в результаті яких шихта, зазнаючи ряд змін, перетворюється на освітлену та однорідну скломасу.
Процес склоутворення починається при досягненні 1200 - 1240 ° С. У заводських умовах скло варять при 1400-1450 ° С; освітлення скломаси відбувається при 1500 ° С. Особливі сорти скла варять при ще більш високій температурі.
2. Фізичні властивості
Фізичні властивості скла залежать від його хімічного складу, умов варіння і наступної обробки. Скло не має певної точки плавлення. Воно переходить у рідкий стан поступово, стаючи м'якший при підвищенні температури.
Часто застосовують термін «температура розм'якшення» скла. Мабуть, ця температура лежить вище температури відпалу скла, але сама по собі ця величина досить невизначена.
Найважливішими властивостями скла, що визначають умови його варіння і подальшої обробки, є в'язкість і поверхневий натяг.
В'язкість. Властивість рідин чинити опір їх течії-переміщенню одного шару відносно другого - під дією зовнішніх сил називають в'язкістю і позначають г). Таким чином, в'язкість характеризує внутрішнє тертя, тому це властивість часто називають внутрішнім тертям. В'язкість - поняття, зворотне плинності. Кількісно цю величину виражають силою, що діє на одиницю площі зіткнення двох шарів, яка достатня для підтримки певної швидкості переміщення одного шару відносно другого. У системі вимірювання СГС в'язкість вимірюється в пуаз; пуаз прийнято позначати П: 1 пуаз = 1 діна-секунда/сантіметр = 100 сантіпуаз = 10 е мікропуаз або 1П = 1 дн-с/см = = I г / = 2 жовтня сП = 10 6 МКП. В одиницях СІ в'язкість виражається в паскаль-секунда: 1П = 0,1 Па-с.
Вячкость скла в звичайних умовах дорівнює Ю 13 -10 ls П При нагріванні в'язкість скла зменшується, воно робиться більш м'яким і тягучим, так що його можна формувати, піддавати тепловій обробці.
Обробляти на полум'ї склодувних пальників можна тільки розм'якшене скло, в'язкість якого лежить в інтервалі від 10 3 до 10 * П. Механічне формування скла проводять при температурі 800-1100 ° С і в'язкості 4 жовтня -4 -10 3 П.
При охолодженні скло знову твердне. Температура, при якій в'язкість скла досягає 10 13 П, називається температурою склування.
Крива зміни в'язкості зі зменшенням температури повинна бути відносно пологої, тобто в'язкість не повинна змінюватися занадто різко. Залежно від виду кривої «в'язкість - температура» скла ділять на «довгі» і «короткі». До «довгим» стеклам відносяться порівняно легкоплавкі стекла - свинцеві, № 23, молібденові та ін; до «короткою» - скла типу «пірекс». Самим «коротким» склом є кварцове.
При швидкій зміні температури в склі виникають нерівномірні внутрішні напруги. Таке скло дуже хитким і легко розтріскується. Напруження в склі знімають шляхом відпалу. Для цього вироби кладуть у піч в зону з температурою на 20-30 С нижче температури склування, витримують при цій температурі деякий час, а потім повільно охолоджують. Природно, чим менше в'язкість скла, тим менше потрібно його нагрівати, щоб зняти внутрішні напруження.
Поверхневий натяг. Поверхня будь-якої рідини, а отже і розплавленої скломаси, завжди прагне скоротитися за рахунок сил, які називають силами поверхневого натягу. Щоб збільшити поверхню, потрібно затратити роботу. Розмір цієї роботи, віднесений до одиниці поверхні, називають поверхневим натягом і позначають о. У системі одиниць СГС цю величину вимірюють у динах на сантиметр, в СІ - в ньютонах на метр; 1 дин / см = = 1 ■ Ю-3 Н / м. Поверхневий натяг скла дорівнює 220 - -380 дин / см і залежить від його хімічного складу. При введенні до складу скла оксидів алюмінію і магнію його поверхневий натяг збільшується, а при введенні окисів калію, натрію, барію і фосфору - знижується. Поверхневий натяг зменшується при підвищенні температури.
Чим більше поверхневий натяг скла, тим важче його обробляти і тим сильніше доводиться нагрівати його склодуви при обробці.
3. Механічні властивості
Щільність. Щільність визначається відношенням маси тіла до його об'єму. У системі одиниць СГС її вимірюють в грамах па кубічний сантиметр, в СІ - в кілограмах на кубічний метр: 1 г / см 3 = 1-Ю 3 кг / м 3. Щільність скла з, при якому тіла втрачають здатність бути пружними.
Втрата пружності у різних матеріалів проявляється по-різному: одні після зняття зусилля залишаються деформованими; інші при досягненні межі пружності руйнуються. Перші матеріали називаються пластичними, другі - крихкими. Скла відносять до другої групи матеріалів.
Крихкість. Крихкість - стан матеріалу, в якому під дією зовнішніх сил матеріал зовсім не проявляє залишкової деформації і руйнується. Велика крихкість скла дуже обмежує його застосування. Крихкість збільшується, якщо скло неоднорідне за складом або товщині, якщо в ньому є вкраплення чужорідних тіл, бульбашок повітря, якщо поверхня його подряпана.
Матеріал можна вивести з крихкого стану, змінивши зовнішні умови. Наприклад, крихке при звичайних умовах скло стає пластичним при нагріванні. Інші матеріали будучи пластичними при звичайних умовах, стають крихкими при зниженні температури. Так, гума при охолодженні стає крихкою і легко розбивається. Таким чином, одні і ті ж матеріали за різних умов можуть знаходитися або в тендітному, або в пластичному стані. Цим користуються при формуванні та обробці скла, при виготовленні з нього різних деталей та приладів. Різні сорти скла при цьому потрібно нагріти до різної температури.
У залежності від складу скла діляться на тугоплавкі і легкоплавкі. При роботі першого доводиться нагрівати до ~ 1800 ° С і застосовувати спеціальні паяльні пальники з подачею повітря і навіть кисню у полум'я, для обробки другого іноді достатньо температури полум'я звичайної газової конфорки.
Твердість. Твердість - опір поверхневих шарів матеріалу місцевим деформацій. Зазвичай вона оцінюється опором втискуванню індикатора. Існує також шкала твердості, запропонована Моосом і названа його ім'ям. Ця шкала складена з ряду матеріалів, які розташовані по збільшенню твердості, причому кожний наступний дряпає попередній. У цій шкалі кожен мінерал має свій номер, що характеризує його відносну твердість. Самий твердий із них - алмаз - має № 10, корунд-№ 9. Твердість усіх інших матеріалів оцінюється в порівнянні з твердістю десяти еталонних мінералів. Скло за шкалою Мооса володіє твердістю 5-7, тобто це дуже твердий матеріал.
Найбільш твердими є кварцові скла та скла типу пірекс ».
Міцність при стисканні і при розтягуванні. Міцність - опір матеріалу руйнуванню. Вона характеризується межею міцності, який визначається найменшим зусиллям, чинним на одиницю площі, що викликає руйнування матеріалу. В одиницях СГС ця величина вимірюється в динах на квадратний сантиметр, в одиницях СІ-в паскалях: 1дін/см 2 = 0,1 Па.
Межа міцності при стисненні визначається силою стиску, пре-тел міцності при розтягуванні - силою розтягування.
Скло досить міцний матеріал, причому його міцність залежить від складу і методу обробки. Міцність при стисканні стекол різного виду знаходиться в межах від 5 до 200 кг / мм 2, тобто від 1,9-10 "до 19,6-10 9 дин / см 2 або 4,9-10 8 - 19, 6-10 8 Па. Щоб збагнути, наскільки міцно скло, можна для порівняння привести значення міцності при стисканні чавуну 60-т-120 кг / мм 2 і стали 200 кг / мм 2.
Межа міцності скла при розтягуванні в 15-20 разів менше межі міцності при стисненні і становить 3,5-10 кг / мм 2.
Міцність при згині. При вигині скло випробовує дію та розтягуючих, і стискають сил. Міцність скла при вигині визначають, поклавши вільно кінці скляного стрижня па дві опори і поступово підвищуючи навантаження в середині його аж до руйнування стержня. Міцність скла при вигині менше міцності при розтягуванні, тому ділянки в місцях вигинів трубок і обробки дна заготовок повинні бути потовщені.
4. Термічні властивості
Часто придатність стекол для виготовлення того чи іншого приладу, що працює в певному інтервалі температур, оцінюють за термічним властивостям скла: теплоємності, теплопровідності, термічного розширення і термостійкості.
Теплоємність. Теплоємність матеріалу дорівнює відношенню кількості теплоти, повідомленої йому, до сталось при цьому зміни температури матеріалу.
Марка скла
Температура відпалу, ° С
Температура розм'якшення. ° С
Коефіцієнт термічного розширення *
Показник заломлення
Щільність ** ■ г / см '
№ 23
567
602
93 ■ Ю -7
1,5145
2.50
■> Л-м (ХУ-1)
570
600
92 - 10 "7
-
-
X »29
540
603
86 - 10 "" 7
1,5145
2,54
лм-к
550
597
92 - 10 ~ 7
1,5145
2,49
П-15 (пірекс)
560
620
29 ■ 10 ~ 7
1,4875
2,25
ДГ-2
550
635
50 - Ю -7
1,4875
2,43
С5-1 (кварцове)
-
1250
5,8 - 10 "7
-
2,2
С40-1 (ЗС-11)
520-385
620
40 - 10 ~ 7
-
2,2
С48-1 (ЗС-8)
500-360
555
48 - 10 ~ 7
-
2,55
С49-1 (ЗС-5)
540-510
580
49 - 10 -7
-
2,29
С49-2 (ЗС-5К)
535-410
585
49 - Ю -7
-
2,29
С50-1
575-430
620
50 • Ю -7
-
С50-2
-

Таблиця 3. Фізичні властивості деяких хіміко-лабораторних та електровакуумних стекол,
від наявності в склі включень чужорідних тіл, тріщин, бульбашок повітря, подряпин, тобто пороків, розміру і форми виробів. Добре отожженном скло більш термостійка, ніж напружений скло. До найбільш термостійким стеклам відносяться перш за все кварцові скла та скла типу «пірекс».
5. Оптичні властивості
Оптичним склом називають однорідне, прозоре, безбарвне або спеціально забарвлене неорганічне скло.
Оптичні властивості характеризуються показником заломлення і коефіцієнтом дисперсії скла. Докладно з властивостями оптичних стекол можна познайомитися, прочитавши спеціальну літературу.

Розрізняють питому і мольну теплоємність.
Питома теплоємність - це кількість теплоти, яку необхідно повідомити одиниці маси матеріалу, щоб його температура змінювалася на 1К, мольна теплоємність - це кількість теплоти, яку необхідно повідомити 1 моль речовини для зміни його температури також на IK. В одиницях, заснованих на калоріях, питома теплоємність вимірюється в кал / плі в ккал /, в одиницях системи СГС - в ерг /, в одиницях СІ-в Дж /; 1 кал / = = 1 ккал / = 4,1868-10 липня = 4,1868 - 10 3 Дж /.
Питома теплоємність скла дорівнює 0,08-0,25 кал /, або 334,9-1004,8 Дж / і залежить від його хімічного складу. Чим більше скло містить оксидів важких металів, наприклад ВаО, РЬО, тим гірше теплоємність скла і тим більше буде потрібно тепла, щоб нагріти скло до заданої температури. Скло, до складу яких входять оксиди легких металів, наприклад LbO, володіють більшою питомою теплоємністю.
Теплопровідність. Здатність матеріалу проводити тепло, тобто його теплопровідність, оцінюється коефіцієнтом теплопровідності, який чисельно дорівнює кількості тепла, які переносяться на певну відстань через одиницю поверхні перерізу за одиницю часу при різниці температур в 1 К. Коефіцієнт теплопровідності вимірюється у кал / або в СГС - в ерг /, а в СІ-у Вт /: 1 кал / = 4,1868-10 липня ерг / == 4,1868-10 2 Вт /.
Скло погано проводить тепло, його коефіцієнт теплопровідності дорівнює 0,0017-0,0032 кал / або 7-14 Вт /. Нагріті скла дуже повільно остигають, про що слід пам'ятати при обробці скла. Крім того, внаслідок малої теплопровідності скла при формуванні з нього деталей і пайку на досить невеликих ділянках скляних виробів створюється великий перепад температури, а отже, у склі виникає внутрішня напруга і крихкість його значно збільшується.
Теплове розширення. Всі тверді тіла при нагріванні розширюються, тобто збільшуються в об'ємі. Скло є ізотропним матеріалом - при нагріванні вона змінюється в обсязі в усіх напрямках однаково.
Теплове розширення звичайно характеризують коефіцієнтом теплового розширення. Під коефіцієнтом теплового розширення розуміють збільшення довжини зразка при нагріванні його на 1К, віднесене до довжини зразка до нагрівання.
При виконанні склодувних робіт це властивість скла слід враховувати. Наприклад, не можна споювати скла, значно різняться коефіцієнтами термічного розширення, так як спай при охолодженні обов'язково трісне. Особливо важливо правильно підбирати скло, якщо його треба спаяти з металом ". У таблиці 3 наведені значення коефіцієнтів термічного розширення та інших фізичних характеристик деяких стекол, вживаних в склодувних роботах.
Термостійкість. Здатність речовини, не розтріскуючись, витримувати різкі температурні перепади називається термостійкістю. Термостійкість скла в основному залежить від значення коефіцієнта термічного розширення.
6. Електричні властивості
Скло при звичайних умовах, тобто в твердому стані, є ізолятором, і ця його особливість широко використовується. Наприклад, металеві контакти - вводи - в приладах впаивают безпосередньо в скло. Однак у розплавленому стані скло проводить електричний струм. При підвищенні температури в міру розм'якшення скла електричний опір його зменшується, причому у різних стекол по-різному. Найбільшим електричним опором володіють скла з невеликим вмістом іонів лужних металів, а також скла, що містять малорухомі іони.
Питомий електричний опір в одиницях СП виражається в Ом-м. У таблицях найчастіше призводять питомий об'ємний опір стекол при температурах 100, 250 і 350 ° С. Крім того, призводять температуру, при якій питомий об'ємний опір скла стає рівним 100 МОм-см; умовно цю температуру позначають Т к - 100.
Здатність стекол змінювати електричний опір при нагріванні використовують для пайки за допомогою струмів високої частоти. Цей метод особливо зручний для пайки і монтажу великогабаритних скляних виробів. Розігрів до розм'якшення спаюється ділянки вироби газовим пальником, підводять струм високої частоти і «зварюють» деталі.
Це властивість скла завжди необхідно враховувати при виготовленні електродів, монтажі електровводов і т. п. Якщо в скло упаяні металеві вводи, то вони є електродами конденсатора, де скло - діелектрик. На обкладинках конденсатора розсіюється за рахунок діелектричних втрат електрична енергія перетворюється на тепло.
Часто напруга струму, що подається на контакти, сягає десятків кіловольт, а тому завжди існує небезпека перегріву скла між контактами. При цьому скло може стати провідником, відбудеться замикання або частковий електроліз скла. Силікати, що входять до складу скла, піддаються електролізу при накладенні різниці потенціалів, в результаті чого порушується однорідність складу скла, погіршуються його властивості. Крім того, при пропущенні великих струмів через вводи вздовж упаяний металевих електродів з'являються бульбашки, утворюються тріщини, порушується вакуумна щільність спаю. Ознакою, за яким можна виявити початок електролізу, є зміна кольору спаю, а в свинцевих стеклах - виділення металевого свинцю на поверхні електродів.
Електроліз скла посилюється із зростанням різниці потенціалу на вводах і зі збільшенням температури.
При цьому скло в результаті перегріву може розм'якшити і, якщо прилад працює при зниженому тиску, місце введення контактів деформуватися під дією атмосферного тиску, можлива навіть розгерметизація приладу.
З огляду на все сказане, при монтажі приладу слід ретельно підбирати потрібні сорти скла. Чим більше діелектричні втрати, тим більше можливий перегрів. Діелектричні втрати прямо пропорційні частоті змінного струму і твору тангенса кута діелектричних втрат на діелектричну проникність матеріалу. Останній твір носить назву коефіцієнта втрат. Для впаювання електродів слід підбирати скла з найменшим коефіцієнтом втрат, для використання скла в якості діелектрика - з найбільшою питомою опором. Так, найбільшим електричним опором мають свинцеві, боросилікатне, типу «пірекс», алюмосилікатні і кварцові скла.
Дуже важливо також знати і поверхневий опір скла. Це властивість визначається станом поверхні скла - забрудненості і адсорбованої плівки води. Скло, що містять велику кількість іонів лужних металів, легко сорбують водяні пари і двоокис вуглецю, що містяться в повітрі. При цьому на поверхні скла утворюється «карбонатна плівка», що є провідником електрики, в результаті чого поверхневий опір скла зменшується. Поверхневий електричний опір скла може зменшитися і в результаті забруднення поверхні скла частинками речовин, пилу.
Таке забруднене з поверхні скло робиться провідником електрики, а не ізолятором.
7. Газопроникність та обезгажіваніе стекол
За певних умов скла мають газопроникністю, тобто гази здатні дифундувати через скло. Це властивість скла стає помітним при різниці тиску по обидві сторони скляної стінки не менше 10 червня торр.
Найбільшою проникністю через скло володіють гелій і водень, причому швидкість проникання водню через скло на порядок нижче, ніж у гелію. Для аргону, кисню та азоту скла можна вважати непроникними, тому що проникність цих газів в 10 5 разів менше проникності гелію.
Газопроникність стекол залежить від роду газу, складу скла, температуру нагрівання і товщини стінок. Чим щільніше структура скла і чим більше молекула газу, тим менше газопроникність.
Найбільшою газопроникністю має кварцове скло; його газопроникність приблизно в 3-10 2 рази більше, ніж інших стекол. Проникність кристалічного кварцу в 10 7 разів менше, ніж плавленого.
Цікаво познайомитися з проникністю гелію через стінки колб, виготовлених з різних сортів скла. Якщо при температурі 25 ° С початковий тиск у колбі було 16 жовтня торр, то при тон же температурі тиск підвищиться до 10 -6 торр в колбі з плавленого кварцу через три дні, зі скла «пірекс» - через місяць, а в колбі з вапняно -натрієвого скла та інших стекол - лише через довгий час.
Газопроникність зменшується при збільшенні товщини стінки і зниженні температури.
Скло здатні також адсорбувати і абсорбувати гази. Поглинання газів склом залежить і від виду газу, і від сорту скла, а крім того, від умов одержання та зберігання 'скла.
Розчинення газів і зв'язування їх склом в основному відбувається в процесі його виготовлення. «Насичення» скла водою спостерігається при тривалому зберіганні його у вологому середовищі. Така вода знаходиться в основному в поверхневому шарі і при нагріванні до 450 ° С віддаляється з нього. Виділення води при нагріванні різко знижується, якщо скло попередньо протравити плавикової кислотою.
Виділення газів з скла при нагріванні можна спостерігати, наприклад, при перепайка полум'ям пальника скляних перетяжок на працюючому під розрідженням приладі. При цьому вакуумно-іонізаційний манометр показує зменшення розрідження у вакуумній системі, так як гази, що містяться в склі, виділяються в відсмоктується обсяг. У таких випадках спочатку відбувається видалення води, потім сорбированной двоокису вуглецю. Подібні явища змінюють умови експерименту і при високих вимогах до їх сталості впливають на результати досліджень. Тому скляні деталі після монтажу складного вакуумного приладу обезгажівают. Для цього їх прогрівають під вакуумом при досить високих температурах, але нижче за температуру відпалу скла приблизно на 100С.
Скляні прилади та комунікації із стекол, працюючих при низьких тисках, повинні знаходитися при кімнатній або більш низьких температурах.
8. Хімічна стійкість
Скло - хімічно досить стійкий матеріал. Кислоти, за винятком плавикової і фосфорної, практично не діють на скло. Однак немає такого скла, які б зовсім не реагували з водою і лугами. При тривалому впливі лугів на скло відбувається його вилуговування, зміна складу, виду і властивостей. При дії води відбувається гідроліз скла, в результаті якого певна кількість лугу і інших розчинних компонентів переходить у воду; їх можна визначити титруванням 0,01 н. АЛЕ Чим більше кислоти пішло на титрування, тим менш стійким до впливу води було скло.
По відношенню до дії води скла ділять на п'ять гідролітичних класів.
До класу I відносять скла, практично незмінні водою, до класу V-незадовільні скла; до класу II відносяться стійкі скла; до класу III-тверді апаратні; до класу IV-м'які апаратні скла.
Більшість силікатних стекол, що випускаються промисловістю, відносяться до кордону класів II і III або до початку класу III.
Найбільшою хімічної стійкістю по відношенню до води і кислим агресивних середовищ має кварцове скло, але по відношенню до лугів воно теж малостійкі, як і інші скла. Наприклад, при впливі на кварцове скло концентрованої НС1 протягом 120 год при 20 ° С втрата в масі скла становить 25 мг / см 2, а при дії на те ж скло 1%-го розчину NaOH протягом того ж часу і при тій же температурі втрата в масі становить 160 мг / см 2.
Таким чином, хімічна стійкість скла в першу чергу визначається його складом: скло хімічно більш стійко з великим вмістом малорозчинних окислів алюмінію, бору, цинку, свинцю, магнію і менш стійко з великим вмістом добре розчинних окислів лужних і лужноземельних металів.
Проте хімічна стійкість скла залежить і від його обробки. Так, вона підвищується після видування скла з скломаси, а також після відпалу в печах, атмосфера яких містить сірчистий ангідрид. Це пояснюється тим, що при високій температурі між сполуками лужних металів, що входять до складу скла, і газами, що містяться в навколишньому скло атмосфері, протікає реакція, причому лише на поверхні скла.
Цей процес умовно називається обесщелачіваніем поверхні скла.
9. Склодувні роботи
Скла, що використовуються для виготовлення лабораторних приладів і апаратів, повинні мати високу хімічну стійкість, термостійкістю і в той же час повинні легко оброблятися на полум'я склодувних пальників. У залежності від термостійкості стекол їх і класифікують. При цьому за основу приналежності стекол до певної групи беруть коефіцієнт теплового розширення. Строгої класифікації стекол за термостійкості не існує, але дуже зручна в склодувної справі умовна класифікація стекол з термостійкості, запропонована С.К. Дуброво. Відповідно до цієї класифікації, всі стекла можна розділити на чотири групи.
Перша група - скла, які мають порівняно невисокою термостійкістю. Коефіцієнт теплового розширення їх коливається в межах - Ю -7 1 / К в інтервалі 20-400 ° С. Такі стекла містять 67-69% окису кремнію і 12-18% оксидів лужних металів. До цієї групи стекол можна віднести: № 23, ХУ-1, німецьке Тюрінгенський, уних, Х8, Мурано X, свинцеві скла і деякі інші.
Скло цієї групи порівняно легкоплавкі, тому обробку їх потрібно вести дуже ретельно, періодично обігріваючи на полум'ї оброблювані вироби. Обробку роблять на «м'якому» полум'я пальників з невеликою добавкою кисню, а іноді і без кисню. Легкоплавкі стекла найбільш схильні до «расстекловиванію», тобто під час тривалого прогріву на полум'я пальника з верхніх шарів скла частково «випалюються» окисли лужних металів. Скло в місці нагріву втрачає прозорість і стає мутним, а після остигання шорстким на дотик. Позбавляються від цього «подсаліванія» полум'я, для чого вводять в полум'я пальника марлевий тампон, змочений насиченим розчином кухонної солі. Сіль, осідаючи на расстеклованний ділянку розм'якшеного скла, повертає йому первинний вигляд.
Особливу увагу слід приділяти обробці свинцевих стекол, тому що при тривалому прогріві в полум'я вони чорніють в результаті відновлення металевого свинцю. Щоб цього не сталося, обробку свинцевих стекол роблять у окисної зоні полум'я. Почорніння свинцевих стекол може відбуватися і при тривалому нагріванні їх електрообігрівачами у присутності кисню.
Другу групу складають скла з підвищеною термостійкістю. Значення коефіцієнтів теплового розширення їх лежить в межах -10 7 1 / К. Вони містять від 72 до 76% окису кремнію, 6-10% окису лужних металів і 3-8% окису бору. До цієї групи можна віднести скла: молібденові, ДГ-2, Сіал, Іенатерм, та ін Скло цієї групи найбільш широко використовуються для виготовлення приладів і вакуумних комунікацій у цельнопаяних лабораторних установках.
У нашій країні найбільшою популярністю користуються молібденові скла. Назва молібденові вони отримали завдяки чудовій властивості - давати вакуумноплотний спай з металевим молібденом. Молібденові скла за своїми хімічними властивостями поступаються іншим стеклам: вони менш стійкі по відношенню до кислот, воді та луги. Однак вони малогазопроніцаеми і легко піддаються обробці. Вони знайшли застосування в різних галузях промисловості, наприклад в електровакуумної. При тривалому зберіганні в складських несприятливих умовах молібденові скла здатні до кристалізації.
Молібденові скла не витримують дуже тривалого нагрівання в полум'я, а в місцях спаїв можуть каламутніти, набуваючи коричнево-білястий або темно-коричневий відтінок. Мабуть, при високій температурі і повітряно-кисневому дуття відбувається окислення деяких оксидів металу, що входять до складу скла. Ліквідувати помутніння неможливо, тому обробку такого скла на полум'я пальників слід вести швидко.
В останнє десятиліття Інститутом хімії силікатів і заводом «Дружна гірка» розроблено нове вітчизняне скло ДГ-2. Скло отримало високу оцінку як за легкістю склодувної обробки і податливості, так і за якістю виробів з нього. Воно чудово обробляється на газових пальниках, має більшу термостійкістю, ніж молібденові скла, але меншою, ніж скла типу «пірекс». Скло ДГ-2 не мутніє при тривалій обробці в полум'ї, чудово спаивается з молібденовим стеклами і стеклами Сіал і G20, стійко до лугів, кислот і воді.
Згідно з даними С. К. Дуброво, трубки зі скла ДГ-2 витримують досить великий тиск і розтріскуються при наступних умовах:


Здається, скло ДГ-2 знайде широке застосування в склодувних роботах. За властивостями вони схожі зі склом Сіал.
Скло Іенатерм і G20 з термостійкості перевершують перераховані вище; хімічна стійкість їх по відношенню до кислот, лугів і воді більше навіть, ніж у стекол типу «пірекс», віднесених до третьої групи. Проте обробляти ці скла в полум'ї пальника значно важче, ніж молібденові, ДГ-2 і Сіал; при нагріванні вони досить швидко каламутніють. Вироби з них після виготовлення необхідно більш ретельно і довго обігрівати на бескислородном полум'я пальника, ніж всі інші скла. Іенатерм спаивается з молібденовим стеклами і склом третьої групи Дюран 50 простим спаєм, тому його часто використовують як «перехідний» скло для спайки частин приладу, виготовлених зі скла другої групи, з частинами приладу зі скла третьої групи.
Третя група - скла з високою термостійкістю. Коефіцієнт теплового розширення їх дорівнює Ю -7 1 / К. Зазвичай це вісококремністих малощелочние боросілікат-ні скла типу «пірекс»: жаростійку, Сімакс, Разотерм, Дюран, Гізіль і Фол-нікс, Термісіл, Корнінг та ін
Скло типу «пірекс» були запатентовані в 1915-1919 рр.. співробітниками фірми «Corning» Сулліваном і Тейлором, але надалі «пірексовие» скла знайшли широке поширення в багатьох країнах світу під різними назвами. Ці скла володіють високою хімічною стійкістю по відношенню до води і кислот. Обробка таких стекол в полум'ї склодувних пальників вимагає високої температури полум'я ~ 800 ° С, тому обробку часто роблять на пальниках, призначених для кварцового скла.
Деякі «пірексовие» скла при тривалому нагріванні кристалізуються і каламутніють, на поверхні виробу з'являються «зморшки». Позбутися від кристалізації, якщо вона сталася, практично неможливо. Так як обробку таких стекол ведуть при високій температурі, відбувається виділення деяких компонентів скла, поверхню виробів при цьому покривається слабким білим нальотом, який легко знімається при протиранні вироби. Наявність нальоту сприяє прискоренню кристалізації скла, тому після підготовки заготовок з «Пирек-вих» стекол, призначених до повторної обробці в полум'ї, з них слід зняти білий наліт, ретельно протираючи поверхню чистою вологою марлею або бязью.
Незважаючи на високу термостійкість «пірексовие» скла вимагають дотримання всіх правил обробки скла на склодувних і кварцедувних пальниках.
Четверта група - особливо високотермостойкіе скла типу кварцового, коефіцієнт теплового розширення їх становить 6-10 7 1 / К. Вони містять 98,9-99,9% окису кремнію.
10. Вихідні матеріали для склодувних робіт
Вихідним матеріалом для всіх склодувних робіт служать спеціальні скляні заготовки, що випускаються склозаводами, - трубки різного діаметру з різною товщиною стінок. Такі трубки називають дрота. До заготівлях відносяться скляні палички діаметром від 10 до 20 мм, широкі циліндри або балони діаметром 150-200 мм з різними контурами дна і різної довжини, капіляри з різною товщиною стінок і різним внутрішнім діаметром, барометричні трубки внутрішнім діаметром від 2 до 4 мм, кранові трубки з товщиною стінок 4-5 мм і діаметром до 30 мм, кульові заготовки у вигляді колб різної ємності з необробленими горловинами та ін
Скляні заготівлі ретельно відбраковуються відділом технічного контролю підприємства. Однак необхідно знати вади скляних заготовок, які можуть виявитися непоміченими. Крім того, деякі з вад можуть з'являтися в склі при споюванні скла між собою, при впаювання металів у скло і т. д.
Бульбашки в склі можуть бути технологічним шлюбом, а можуть і утворитися в результаті газовиділення при впаювання металу в скло, при вигоранні забруднень, що потрапляють у місця спаїв, та ін
Пузир - це порожнина, заповнена газом. Бульбашки можуть бути будь-якої форми і розмірів, найдрібніші називають «мошкою». У місці, де є міхур, стінки заготовки або спаю завжди тонший. При обробці в полум'я пальників заготівля в цьому місці може деформуватися або навіть прорватися. При перевірці на герметичність вироби, в стінці якого є міхур, завжди виникає небезпека «пробою» стінок іскровим течошукачів. Тому заготівлі, мають включення бульбашок, краще не використовувати в роботі зовсім. Якщо це одиничний міхур, то його можна видалити, а потім ретельно проплавили на полум'ї пальника це місце. Вироби, в яких при виготовленні або зборі утворилися міхури, слід відбракувати.
Камені - це всілякі тверді включення, які потрапляють у скло при його варінні. Це можуть бути шматочки шихти, вогнетривких матеріалів печей, включення великої кварцового піску і т. д. Від каменів необхідно звільнятися відразу ж, вирізаючи дану ділянку заготовки, так як розігріти заготовку на полум'я і витягнути камінь не завжди вдається у зв'язку з великими внутрішніми напругами, виникають в склі місці включення каменю.
Крупка - це включення дрібних зерен кварцового піску. Крупка виходить при порушенні умов варіння скла, надлишку піску в шихті. Скло з крупкою не можна застосовувати для склодувних робіт.
Піна утворюється при варінні скла і являє собою включення великої кількості дрібних бульбашок. Піну іноді можна спостерігати на поверхні в товщі скляних заготовок. Стекла з піною не слід застосовувати.
Звили утворюються при варінні скла і проявляються в хвилястості і шаруватості заготовок. Звили помітні на-віч. Свиль - це склоутворення, що володіє іншими фізичними властивостями, відмінними від властивостей основного скла. Поява звили пояснюють відхиленням в хімічному складі скла або місцевими перегрівами скляної маси при варінні. Великі звили називають шліром. Часто звили не можна виявити неозброєним оком. У цьому випадку звили виявляють на спеціальних приладах, переглядаючи скло в поляризованому світлі.
До недоліків скляних заготовок також відносять разностенность, конусність, еліптичність, прогин по довжині трубок.
11. Відпал скла
У склі при нагріванні, охолодженні, механічному впливі виникає внутрішня напруга. Напруги можуть бути тимчасовими і залишковими. Тимчасові напруги зникають при охолодженні скла. Залишкові напруги залишаються у склі й значно знижують їх характеристики: різко знижується міцність скляного виробу, скло робиться неізотропність, тобто властивості в різних напрямках скляної маси робляться різними.
Для ліквідації залишкових напружень застосовують відпал скла. Відпал - це спеціальна термічна обробка всього скляного виробу, яка полягає в нагріванні до такої температури, при якій частки скла стають рухливими, але скло ще не розм'якшується, і повільному охолодженні. Напруження зникають тим швидше, чим менше в'язкість скла. Наприклад, при в'язкості в 1 -10 13 - 2,5-10 13 П напруги зникають за 7-15 хв, а при в'язкості в 4-10 4 П-за 4 ч.
Температуру, відповідну в'язкості 1-10 13 П, називають верхньою температурою відпалу. Температуру, відповідну в'язкості близько 10 15 П, називають нижній температурою відпалу. Весь процес відпалу ділиться на чотири стадії.
Перша стадія - нагрівання або охолодження до температури відпалу. Якщо виріб має кімнатну температуру, то його поступово нагрівають, якщо ж воно розігріто вище температури відпалу даного скла, то його охолоджують до температури відпалу.
Друга стадія - витримування при температурі відпалу ± ° C до зникнення напружень. Чим більше розміри виробу і товщина стінок, тим довший витримка його при температурі відпалу.
Третя стадія - повільне охолодження до нижньої температури відпалу. Найголовніше - охолоджувати з досить малою швидкістю, щоб не виникли нові постійні напруги.
Верхня температура відпалу молібденового скла знаходиться при 535-540 ° С, до цієї температури його нагрівають на першій стадії відпалу і витримують; на третій стадії це скло повільно охолоджують до 410 ° С - нижньої температури відпалу.
Четверта стадія - охолодження до кімнатної температури. При падінні температури нижче нижньої температури відпалу напружень у виробі не виникає, тому охолодження на даній стадії може проходити з досить великою швидкістю, практично із швидкістю остигання печі.
Швидкість нагрівання на першій стадії і охолодження на четвертій визначається розміром і товщиною стінок виробів.
Для визначення залишкових напружень у склі застосовують спеціальні прилади - поляріскопи, що випускаються промисловістю.
Відпал скляних виробів проводять в спеціальних печах; в заводських умовах - це камерні, вагонеточние, муфельні, роликові, циркуляційні і вертикальні печі. В умовах склодувних майстерень для відпалу скла застосовують електричні муфельні печі. Контроль і витримку скла в обумовленому інтервалі температур здійснюють за допомогою регулюючих приладів.
Будь-яка склодувна майстерня повинна мати велику піч для випалу великогабаритних скляних виробів і обов'язково кілька малих муфельних печей.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Курсова
175.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Технологія виробництва і споживчі властивості скла листового
Виробництво скла
Обробка скла
Тара та упаковка зі скла
Виробництво тарного скла
Властивості соняшникової олії Асортимент макаронних виробів Властивості мороженої риби
Синтез властивості і застосування дифениламина Аміни та їх властивості
Властивості портландцементу Основні властивості будівельних матеріалів
Скалярний добуток двох векторів його властивості Векторний добуток його властивості Змішаний
© Усі права захищені
написати до нас