производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 12.2. Стекло / 12.2.2. Неорганическое стекло / 12.2.2.2. Свойства стекла

Технологичность стекла в переработке определяется температурами размягчения и перехода в жидкое состояние. Чем ниже эти температуры, тем оно более технологично.

Стекло — термопластичный материал, при нагреве его вязкость уменьшается, оно постепенно размягчается и становится жидкостью. Особенно заметно снижение вязкости при нагреве выше температуры размягчения. При таком нагреве вязкость стекла составляет 102... 107 Па⋅с и оно хорошо формуется. Изделия получают выдуванием, вытягиванием, прокаткой и другими способами. Характерно, что стекло растягивается без образования шейки, поэтому стеклянные волокна можно вытягивать без применения фильер. Изделия из стекла могут быть получены и методами литья.

Кварцевое стекло, не содержащее модификаторов, обладает самой высокой температурой размягчения и перехода в жидкое состояние, поэтому изготовление изделий с применением названных технологий из него затруднено. Высокой технологичностью обладают щелочные натриево-кальциевые стекла, что определяется их структурой — разорванной каркасной сеткой. Механическая обработка стекла в связи с его высокой твердостью осуществляется алмазным (резка) или абразивным (шлифование и полирование) инструментом. У дутых изделий края, как правило, оплавляют.

Плотность стекла в зависимости от состава изменяется в пределах от 2,2...6,5 до 8,0 г/см3 при наличии тяжелых оксидов — свинца, бария.

Наиболее важными для стекол являются оптические свойства. Обычное неокрашенное листовое стекло пропускает до 90 %, отражает примерно 8 % и поглощает около 1 % видимого и частично инфракрасного света, а ультрафиолетовое излучение поглощается практически полностью. Наиболее широкую полосу электромагнитных волн пропускает кварцевое стекло — от жестких ультрафиолетовых (λ = 160 нм) до инфракрасных (λ = 5 мкм). Стекла, легированные редкоземельными элементами, задерживают ультрафиолетовое излучение. Стекло, легированное легкими элементами (бором, бериллием, литием), пропускает рентгеновское излучение, а при легировании тяжелыми (свинцом) — задерживает. Стекла, содержащие железо и фосфаты, задерживают тепловое, т.е. инфракрасное излучение. Введение оксидов некоторых металлов делает стекло цветным. Оксид никеля NiO дает красный цвет, оксиды германия и урана GеО, UO3 — желтый, оксид хрома Сr2O3 — зеленый, оксид меди СuО — синий, оксид марганца МnО — коричневый и фиолетовый.

Электрические свойства стекла характеризуются высокими значениями удельного сопротивления ƿ. Большей проводимостью обладают щелочные стекла. За счет диффузии ионов щелочных металлов сквозь незамкнутую сетку. Оксиды тяжелых металлов РbО и ВаО уменьшают подвижность ионов, что повышает электроизоляционные свойства; стекла, содержащие эти оксиды, используются в электротехнической промышленности. Стекла обладают довольно большой диэлектрической проницаемостью и достаточно высоким сопротивлением пробою.

Теплопроводность стекла низкая — в пределах 0,7... 1,5 Вт/(м⋅К.), что определяет его хорошие теплоизолирующие свойства, которые могут быть повышены за счет применения стеклопакета — конструкции из двух стекол и воздушного промежутка между ними.

Химическая стойкость стекол в кислых средах высокая. Растворимость составляет 0,01 ...0,1 %, исключением являются фосфорная (Н2РO3) и плавиковая (HF) кислоты, которые полностью растворяют стекло. В щелочных средах стойкость снижается, растворимость составляет 0,5...2%. Меньшей химической стойкостью обладают щелочные стекла.

Механические свойства стекла: при комнатной температуре модуль упругости стекла равен примерно 70 ГПа (близок к алюминиевым сплавам), твердость не превышает 750 HV (ниже твердости закаленной инструментальной стали).

Прочность стекла, как и всех других материалов, зависит от условий нагружения. При комнатной температуре и нагрузках, превышающих предел прочности, стекло бьется, т.е. разрушается хрупко без пластической деформации. Важное значение имеет состояние поверхности отекла; наличие царапин, микротрещин и других дефектов, которые являются концентраторами напряжений и резко снижают прочность. Большую прочность имеют кварцевые и бесщелочные стекла, меньшую — щелочные. Предел прочности стекол при сжатии высок, он составляет 500...2000 МПа. При температурах 400... 600 °С вязкость стекла уменьшается, упругая деформация практически отсутствует, и стекло ведет себя как вязкая жидкость.

Стекла подвержены статической усталости, которая проявляется в потере прочности при длительных нагружениях в условиях постоянной нагрузки. Статическая усталость связана с воздействием на поверхность стекла атмосферы (пары воды), поэтому при испытаниях в вакууме этот эффект крайне мал.

Существует ряд способов, позволяющих повысить механические свойства, в том числе сопротивление статической усталости и термостойкость стекла.

Закалка стекла заключается в нагреве выше температуры стеклования и последующем быстром охлаждении в потоке воздуха или в масле. При этом на поверхности стекла возникают напряжения сжатия, которые компенсируют (снижают) растягивающие напряжения. В условиях эксплуатации придется приложить определенную нагрузку, чтобы на поверхности стекла возникли растягивающие напряжения. Предел прочности повышается в 2—4 раза. Термостойкость закаленного стекла возрастает в 2 — 3 раза.

Закалка в кремнийорганических жидкостях приводит к образованию на поверхности полимерной пленки, что дает дополнительный эффект по сравнению с обычной закалкой, особенно способствует сопротивлению статической усталости.

Щелочные стекла, содержащие оксид натрия Na2О, упрочняются при высокотемпературной химической обработке, заключающейся в нагреве стекла в расплаве соли K2S04.

В этом случае происходит реакция ионного обмена:

Поскольку диаметр иона калия больше, чем натрия (0,27 и 0,19 нм соответственно), в поверхностных слоях возникают напряжения сжатия.

Прочность повышается также при травлении стекла плавиковой кислотой, в результате чего удаляются или сглаживаются поверхностные дефекты.

Разрушение стекла сопровождается образованием большого числа острых осколков произвольной формы, что представляет опасность. Этого можно избежать при использовании триплекса. Триплекс — это два листа закаленного стекла, склеенные прозрачной эластичной полимерной пленкой. При разрушении триплекса образовавшиеся осколки не разлетаются, а удерживаются пленкой. Триплексы изготавливаются плоскими и гнутыми (лобовое стекло автомобиля).

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.