2.3. Стекло

Для получения стекла используют различные комбинации окислов, которые по назначению подразделяются на стеклообразующие, модифицирующие и промежуточные.

К стеклообразующим окислам относятся окислы кремния, бора, фосфора, германия и мышьяка. К модифицирующим окислам, которые используются для изменения физико-химических свойств стекол, относятся окислы щелочных и щелочно-земель­ных металлов. К промежуточным окислам относятся окислы алюминия, свинца, железа, титана, бериллия, которые могут за­мещать некоторую часть стеклообразующих окислов в структурном каркасе стекла и обусловливают изменение свойств стекла в нужном направлении.

В жидком состоянии стекло представляет собой сложный расплав кислых и основных окислов. При охлаждении вязкость стекла быстро увеличивается без упорядочения структуры атомов и молекул, входящих в состав стекла.

Стеклообразующий каркас стекол представляет собой непрерывную беспорядочную пространственную трехмерную сетку, в узлах которой расположены ионы, атомы или группировки атомов (pиc. 10). Химический состав стекла можно изменить в широких пределах, поэтому и свойства стекла могут быть достаточно различными. В табл. 7 приведены свойства некоторых промышленных стекол. В целях повышения термической стойкости создаются новые стекла («Мазда», стекло № 31), не содержащие в своем составе щелочных окислов. Такие стекла имеют пониженное значение коэффициента линейного расширения и поэтому обладают повышенной термостойкостью и пределом прочно сти. Механические свойства стекла можно существенно повысить различными методами упрочнения поверхностного слоя стекла термической, химической пли термохимической обработкой (рис. 11).

Термический метод упрочнения заключается в закалке стекла. Сущность закалки стекла заключается в нагреве его до температуры 620... 650 °С, выдержке при этой температуре и в быстром, равномерном охлаждении с обеих сторон. При такой обработке в поверхностных слоях стекла возникают сжимающие остаточные напряжения, благодаря чему стойкость стекла к статическим нагрузкам возрастает в 4...6 раз, прочность на удар – в 5...7 раз, а термическая стойкость – в 2...3 раза.

Химический метод упрочнения заключается в уда­лении дефектного с микротрещинами поверхностного слоя стек­ла методом химического травления. Наибольшего эффекта упрочнения можно достичь в результате комбинированного мето­да упрочнения стекла (см. рис. 9).

Кварцевое стекло. Кварцевые стекла состоят практически из чистого кремнезема SiO₂ (99,5 %). Кварцевое стекло отличается высокими показателями термической и химической стойкости (см. табл. 7). Из него изготовляют химически стойкую посуду, чехлы для термопар, изоляторы, электровакуумные изделия, работающие при повышенных температурах.

Б езосколочное стекло. Безосколочное стекло (триплекс) – это комбинированное стекло, состоящее из двух или нескольких слоев обычного промышленного стекла, склеенных с прозрачным эластичным и упругим промежуточным слоем орга­нического полимера. Повышенной безопасностью в работе обла­дают и закаленные стекла. Для получения высокопрочных и безопасных в работе безосколочных стекол весьма эффективно скле­и­вание нескольких слоев стекол, предварительно закален­ных. Безосколочные стекла применяются для остекления авто­машин, самолетов, судов, а также для изготовления приборов, работающих при повышенных температурах и давлении.

Пеностекло. Пеностекло получают вспениванием расплавлен­ного стекла при 700...900 °С различными газотворными веществами (мел, уголь, кокс). Пеностекло имеет малую плотность; его используют как звуко- и теплоизоляционный материал. В строительстве при утеплении зданий при­менение 1 т пеностекла позволяет экономить 85...90 т красного кирпича. Кроме того, пеностекло используют для изготовления фильтров, от которых требуется высокая химическая стойкость.

Свойства пеностекла приведены в табл. 7.

Таблица 7