Свойства стекол. Часть 1

В зависимости от того, для каких изделий изготовляют те или иные стекла, к ним предъявляются соответствующие требования.

Чтобы стекло как материал в каждом отдельном случае удовлетворяло предъявляемым к нему требованиям, оно должно обладать соответствующими свойствами как в холодном состоянии, т.е. в виде стекла, так и в жидкорасплавленном состоянии, т. е. и виде стекломассы.

Свойства стекла в холодном состоянии определяют физико-механическую сущность изделий, а свойства стекломассы обусловливают процесс их изготовления.

Многочисленные исследования всевозможных стекол и стекломасс показали, что главнейшие свойства их находятся в функциональной зависимости от химического состава.

Обычно химический состав силикатных стекол выражают как совокупность окислов тех элементов, какие входят в состав стекол. Количественное соотношение каждого окисла выражается в процентах.

Химический состав современных стекол чрезвычайно разнообразен и включает в себя почти все химические элементы таблицы Менделеева за небольшим исключением.

Каждый из химических элементов, будучи введен в состав стекла, придает ему те или иные свойства. Зависимость между свойствами стекол и химическим составом можно выразить количественно, если предположить, что стекло представляет собой смесь окислов тех элементов, какие введены в его состав. В этом случае состав стекла будет представлять собой сумму окислов, а то или иное свойство его может быть приблизительно рассчитано по правилу слагаемости.

Свойства стекол. Часть 2

Правило слагаемости, или, как его иначе называют, правило аддитивности, предполагает, что каждый окисел в составе стекла оказывает на его свойства соответствующее влияние. Последнее количественно может быть представлено некоторым численным коэффициентом, который называют иногда фактором, или парциальным значением данного свойства по соответствующему окислу.

Сущность правила аддитивности можно иллюстрировать таким примером: допустим, требуется рассчитать плотность обыкновенного оконного стекла, состоящего из 71,8% SiO₂; 1,9% А1₂O₃; 7,5% СаО; 4,0% MgO и 14,8% Na₂O. Сумма равна 100%. Парциальные значения плотности или факторы пересчета по каждому окислу составляют: SiO2—2,14; Al₂O₃—2,75; СаО—4,3; MgO—3,25 и Na₂O—3,2.

Плотность стекла р представляет собой отношение массы т к занимаемому ею объему V в г/см³ или кг/м³.

Масса стекла может быть представлена как сумма массы всех составляющих данное стекло окислов, т.е. m=71,8+1,9+7,5+4,0+14,8=100. Точно так же объем V, занимаемый стеклом, можно представить в виде суммы объемов, занимаемых теми окислами, из которых состоит стекло, т. е. V= V1+ V2+ V3+...+Vп.

Необходимо учитывать, что стекло не является простой смесью окислов, а следовательно, и влияние, оказываемое тем или иным окислом на свойства стекла, не всегда прямо пропорционально его концентрации. В то же время необходимо учитывать некоторое влияние и других факторов, поэтому правило слагаемости нельзя рассматривать как абсолютную закономерность. Этим правилом пользуются как удобным практическим приемом, позволяющим рассчитать те или иные свойства стекол с достаточной степенью приближения.

Свойства стекол. Часть 3

Обычно промышленные стекла характеризуются числовыми показателями таких физико-химических величин, как плотность, механическая прочность, термическая стойкость, оптические и электрические свойства, химическая стойкость против агрессивных воздействий различных сред. Способность стекол оказывать сопротивление разрушающему действию различных химических реагентов называют химической стойкостью. Неорганическое стекло представляет собой один из химически стойких материалов. Этим объясняется широкое использование стекла в строительстве, лабораторной практике, быту, в приборо- и аппаратостроении.

Стекло строительного назначения, особенно оконное, подвергается систематическому переменному воздействию резких смен температур, действию дождя, снега, пара, мороза, солнца, ветра и других атмосферных реагентов. В результате этого стекло должно бы разлагаться, однако сильного его разрушения не наблюдаем. Это происходит потому, что одновременно с разрушением имеет место процесс консервации. Вода гидролизует силикаты стекла, превращая их в гидроокиси металла и в гель кремниевой кислоты.

Карбонаты и гидроокиси растворяются в воде и уносятся ею в виде раствора или, оставаясь на поверхности стекла, растворяют гель SiO₂, покрывающий эту поверхность, и таким образом оголяют ее для дальнейшего воздействия на более глубокие слои стекла. Процесс разрушения продвигается в глубь стекла.

Если растворы гидроокисей и карбонатов щелочных металлов смываются водой, гель SiO₂ уплотняется и защищает поверхность стекла от дальнейшего проникновения в него влаги и углекислоты воздуха. В этом случае пленка из Si0₂-nH₂O является защитной и антикоррозионной.

Вода, являющаяся основным реагентом, разлагающим стекла, особенно сильно разрушает их при повышенных температурах и высоких давлениях.