Отличительные особенности стекла как материала.
Основным компонентом большинства товарных неорганических стёкол является окись кремния SiO2, содержание которой составляет в среднем от 41 до 73 вес % (табл. 8.1.). По содержанию основного компонента целесообразно всю группу подобных стекол назвать оксидными силикатными стеклами или просто силикатными стёклами. Исключительное значение силикатного стекла как конструкционного и функционального материала определяется его двумя основными практически значимыми свойствами: прозрачностью в видимой области спектра и высокой химической стойкостью. Пластинка, изготовленная из высокосортного оптического стекла, толщиной в один сантиметр пропускает больше 99% падающего на нее света. Человеческий глаз не способен заметить снижение светового потока менее чем на процент и пластинка ему будет казаться абсолютно прозрачной.
Пока не создано другого прозрачного материала, который мог бы полноценно заменить стекло в главных случаях его применения. Когда-то в окна вместо стекла вставляли слюду, но этот материал гораздо хуже пропускает свет, добывается в виде листов сравнительно небольшого размера и требует частых оконных переплетов. В итоге освещение получалось тусклым, а дефицитность и относительно высокая стоимость слюды не позволяли причислить ее к материалам широкого потребления.
Не может конкурировать с обычным стеклом и материал, приближающийся к нему по прозрачности, полимер полиметилметакрилат (ПММА), называемый органическим стеклом, в Европе также известный под торговой маркой «Plexiglas» («плексиглас»). Плексиглас заметно дороже силикатного стекла и обладает меньшей твердостью, так что легко царапается разносимыми ветром песчинками, и поверхность листов, сделанных из него, скоро становится матовой. Редкие минералы и драгоценные камни по экономическим соображениям никак нельзя рассматривать в качестве заменителей оконного стекла при его массовом использовании. Таким образом, оксидное силикатное стекло остается монополистом среди прозрачных оконных материалов.
|
|
|
Стекло имеет высокую химическую устойчивость и не взаимодействует со значительным числом активных химических реагентов. По существу, разрушающее действие на стекло оказывает лишь одно вещество – плавиковая кислота HF. Все же остальные химические соединения совсем не действуют на стекло или производят лишь незначительные повреждения его поверхности, медленно проникающие вглубь.
Исключительно высокая химическая стойкость стекла великолепно защищает стеклянные изделия от воздействия атмосферных явлений – дождей, морозов, солнечных лучей, которые в течение миллионов лет разрушают громадные массивы каменистых горных пород. Эти, непреодолимые в непрерывности и длительности своего действия, агрессивные силы не причиняют, как показывает опыт, серьезных повреждений стеклянным изделиям, находящимся под их воздействием в течение тысячелетий. На поверхности стекла образуются лишь тонкие пленки, отливающие цветами радуги, вследствие явления интерференции света. Высокая химическая устойчивость стекла - причина того, что стеклянные изделия, изготовленные во времена глубокой древности, нередко доходят до нас в прекрасной сохранности.
|
|
|
Стекла с высокой химической устойчивостью, как правило, имеют высокие механические и электроизоляционные свойства. Химическая устойчивость стекла повышается в несколько десятков раз в результате тепловой обработки (400 - 450 °С) его поверхности, при которой происходит уплотнение кремнеземной пленки. Кроме того, химическая стойкость изделий из стекла может быть повышена в несколько тысяч раз за счет получения на их поверхности защитных покрытий, обладающих гидрофобностью (окислов алюминия, цинка, кислотно-парафиновых покрытий).
Структура веществ в стеклообразном состоянии.
Кристаллическое и стеклообразное состояния.
|
|
|
Вещества в твердом состоянии при обычной температуре и давлении могут иметь кристаллическое или аморфное строение. В природе наиболее распространены кристаллические твердые вещества, для структуры которых характерен геометрически строгий порядок расположения частиц (атомов, ионов) в трехмерном пространстве. Кристаллическая структура – конкретное распределение материальных частиц (атомов, ионов, групп атомов) в пространстве. Кристаллическое состояние является стабильным при обычных условиях и характеризуется наиболее низкой внутренней энергией. Твердые вещества с кристаллической структурой имеют четкие геометрические формы, определенные температуры плавления, в большинстве случаев проявляют анизотропию. Физические свойства кристаллических веществ (показатель преломления, теплопроводность, скорости растворения и роста кристаллов и др.) неодинаковы при измерении в различных направлениях.
Стеклообразное состояние вещества представляет собой аморфную разновидность твердого состояния. Стеклообразное состояние является метастабильным и характеризуется избытком внутренней энергии. Пространственное расположение частиц вещества, находящегося в стеклообразном состоянии, является неупорядоченным, что подтверждается результатами рентгеноструктурных исследований.
|
|
|
Все вещества, находящиеся в стеклообразном состоянии обладают несколькими общими физико-химическими характеристиками.
1. Стеклообразные тела изотропны, их свойства одинаковы во всех направлениях.
1. При нагревании вещества со стеклообразной структурой не плавятся при определённой температуре, как кристаллы, а постепенно размягчаются, переходя из хрупкого состояния в тягучее, высоковязкое и, наконец, в капельножидкое состояние. Не только вязкость, но и другие свойства веществ изменяются непрерывно.
2. Вещества со стеклообразной структурой расплавляются и отвердевают обратимо. Стёкла выдерживают неоднократный разогрев до расплавленного состояния, а после охлаждения по одинаковым режимам, вновь приобретают первоначальные свойства (если не произойдет кристаллизация или ликвация).
Обратимость прессов и свойств указывает на то, что стеклообразующие расплавы и затвердевшее стекло по физико-химической природе являются истинными растворами. Определение стекла как переохлажденной жидкости (начало главы 2) вытекает из способа получения стекла.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 764; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!