Стекло представляет собой неорганический, неметаллический материал, не имеющий кристаллической структуры. Такие материалы называются аморфными и представляют собой практически твердые жидкости, которые охлаждаются так быстро, что кристаллы не могут образоваться. Типичные стекла варьируются от натриево-известкового силикатного стекла для стеклянных бутылок до кварцевого стекла чрезвычайно высокой чистоты для оптических волокон. Стекло широко используется для окон, бутылок, стаканов для питья, линий передачи и контейнеров для высокоагрессивных жидкостей, оптических стекол, окон для ядерных применений и т. Д. использованный. Исторически сложилось так, что большинство изделий изготавливалось из выдувного стекла. В последнее время большая часть листового стекла производится с использованием флоат-процесса. Массовое производство бутылок и декоративных изделий осуществляется в промышленных масштабах с использованием процесса выдувного стекла. Изделия из выдувного стекла ручной работы изготавливаются в художественных и ремесленных центрах по всей Великобритании.
Обычное стекло
Основным компонентом стекла является диоксид кремния (SiO 2). Наиболее распространенной формой кремнезема, используемой в производстве стекла, всегда был песок.
Сам песок можно расплавить, чтобы сделать стекло, но температура, при которой это может быть достигнуто, составляет около 1700 ° C. Добавляя в песок другие химические вещества, температуру расплава можно значительно снизить. Добавление карбоната натрия (Na2CO3), известного как кальцинированная сода, в количестве, позволяющем получить расплавленную смесь 75% кремнезема (SiO2) и 25% оксида натрия (Na2O), снижает температуру расплава примерно до 800 ° C. Однако стакан такого состава растворим в воде и называется жидким стаканом. Для придания стабильности стеклу необходимы другие химические вещества, такие как оксид кальция (CaO) и оксид магния (MgO). Сырьем для введения CaO и MgO являются их карбонаты, известняк (CaCO3) и доломит (MgCO3), которые при высоких температурах выделяют углекислый газ и оставляют оксиды в стекле.
Боросиликатное стекло:
Боросиликатное стекло изготавливается из 70% - 80% диоксида кремния (SiO2) и 7% - 13% оксида бора (B2O3) с небольшими количествами щелочи оксида натрия (соды) (Na2O) и оксида алюминия (AI2O3). Стеклянная посуда часто используется в лабораториях, где многократный контакт с водяным паром при высоких температурах может выщелачивать ионы щелочи. Боросиликатное стекло имеет относительно низкое содержание щелочи и, как следствие, высокую стойкость к воздействию воды. Боросиликатное стекло обладает исключительной термостойкостью, так как имеет низкий коэффициент расширения (3,3 х 10-6 К-1) и высокую температуру размягчения. Максимальная рекомендуемая рабочая температура (кратковременная) для боросиликатного стекла составляет 500 ° C Боросиликатное стекло обладает хорошими оптическими свойствами со способностью пропускать свет через видимую область спектра и в ближнем ультрафиолетовом диапазоне. Поэтому он широко используется в фотохимии. Благодаря своим тепловым и оптическим свойствам он широко используется для высокоинтенсивного освещения. Это стекло используется в производстве стекловолокна для использования в пластиковой и текстильной арматуре - см. ниже В домашнем хозяйстве боросиликатное стекло известно в виде посуды и других жаропрочных предметов домашнего обихода, таких как Pyrex. Эти предметы обычно используются при температуре до 250 ° C. Боросиликатное стекло обладает очень высокой устойчивостью к воздействию воды, кислот, растворов солей, галогенов и органических растворителей. Он также обладает умеренной устойчивостью к щелочам. Только плавиковая кислота, горячая концентрированная фосфорная кислота и сильные щелочи вызывают значительную коррозию стекла. Именно поэтому это стекло широко используется на химических заводах и для лабораторного оборудования.
Общая характеристика стекла
Механическая прочность
Стекло обладает большой внутренней прочностью. Его только ослабляют поверхностные дефекты, которые придают повседневному стеклу хрупкую репутацию. Специальная обработка поверхности может свести к минимуму влияние поверхностных дефектов. Практическая прочность на растяжение стекла составляет от 27 МПа до 62 МПа. Однако стекло может выдерживать чрезвычайно высокие сжимающие напряжения. Поэтому большая часть разрушения стекла происходит из-за нарушения прочности на растяжение. Причина слабой прочности стекла на разрыв заключается в том, что оно обычно покрыто микроскопическими трещинами, создающими локальные концентрации напряжений. Стекло не имеет механизмов, снижающих возникающие высокие локальные напряжения, и поэтому подвержено быстрому хрупкому разрушению. Существует два способа уменьшить/устранить эту проблему: Термическая или химическая обработка стекла таким образом, чтобы наружные поверхности находились под относительно высоким сжимающим напряжением, в то время как средняя область между поверхностями находилась под растягивающим напряжением. Таким образом, трещины «остаются закрытыми постоянным остаточным напряжением... Это закаленное / закаленное стекло. С помощью этого метода прочность стекла может быть улучшена до 10 раз. Это гарантирует, что стеклянные поверхности не трескаются и что стекло не вступит в механический контакт с предметами во время использования, которые могут поцарапать поверхность. Стекла, которые изготовлены без дефектов поверхности, имеют значение прочности
