Стекла

К синтетическим материалам относятся также и стекла. Стекла — неорганические аморфные вещества — представляют собой сложные системы различных окислов. Кроме стеклообразующих окислов, т. е. таких, каждый из которых способен сам по себе в чистом виде образовывать стекло (SiO2, B2O3), в состав стекол входят и другие окислы: щелочные Na2O, К2О, щелочноземельные СаО, ВаО, а также РbО, А12О3 и др. Основу большинства стекол составляет SiO2; такие стекла называются силикатными.

Свойства стекол меняются в широких пределах в зависимости от их состава и режима тепловой обработки. Стекла имеют плотность, которая колеблется от 2 до 8,1 Мг/м3. К тяжелым стеклам принадлежат стекла с высоким содержанием свинца (хрустали, флинты). Плотность обычных силикатных стекол (например, оконного стекла) близка к 2,5 Мг/м3. При нагреве вязкость стекол уменьшается постепенно; за температуру размягчения стекла принимается температура, при которой вязкость его составляет 107—108 Па·с. Так как у стекол прочность при растяжении много меньше, чем прочность при сжатии, то внезапное внешнее охлаждение более опасно, чем внезапный нагрев.

Обычные стекла прозрачны для лучей видимой части спектра. Некоторые добавки придают стеклам определенную окраску (СоO — синюю, Сг2О3 — зеленую, UO2 — желтую и пр.), что используется при получении цветных стекол, эмалей и глазурей.

Большинство технических стекол благодаря содержанию примеси окислов железа сильно поглощает ультрафиолетовые лучи. Увиолевые стекла, содержащие менее 0,02% Fe2O3, обладают прозрачностью для ультрафиолетовых лучей; весьма хорошо пропускает эти лучи кварцевое стекло, которое применяется в специальных «кварцевых» лампах, дающих ультрафиолетовое излучение.

Показатель преломления n различных стекол колеблется от 1,47 до 1,96; высокие значения n имеют тяжелые свинцовые стекла — хрустали.

Стойкость к действию влаги оценивается массой составных частей стекла, переходящей в раствор с единицы поверхности стекла при длительном соприкосновении его с водой; растворимость стекла увеличивается при возрастании температуры. Стекла с низкой гидролитической стойкостью обладают малым поверхностным удельным сопротивлением в условиях влажной среды. Наивысшей гидролитической стойкостью обладает кварцевое стекло; гидролитическая стойкость сильно уменьшается при введении в стекло щелочных окислов.

Силикатные стекла практически стойки к действию кислот, за исключением лишь плавиковой кислоты HF, но малостойки к щелочам. Специальные типы стекол с высоким содержанием В2О3 и А12О3 стойки к парам натрия, что важно для некоторых электроосветительных приборов.

Электрические свойства в весьма большой степени зависят от их состава. Для кварцевого стекла при 20° С ε = 3,8 и tg δ = 0,0002; ρ при 200° С еще составляет примерно 1015 Ом·м. Сильно уменьшает ρ и ρS присутствие в стекле окислов щелочных металлов. При воздействии на щелочное стекло постоянного напряжения происходит электролиз, который благодаря прозрачности стекла можно наблюдать непосредственно: при длительной выдержке стекла под достаточно большим напряжением, в особенности при повышенной температуре, когда проводимость стекла велика, у катода наблюдаются отложения металла (обычно натрия) в виде характерных ветвистых образований — дендритов. Стекла с большим содержанием щелочных окислов при отсутствии или при малом содержании окислов тяжелых металлов имеют значительный tg δ, который при повышении температуры заметно возрастает. Одновременное присутствие в составе стекла двух различных щелочных окислов дает увеличение ρ и уменьшение tg δ по сравнению со стеклом, содержащим только один щелочной окисел (явление, называемое нейтрализационным или полищелочным эффектом). Стекла, содержащие в больших количествах тяжелые окислы металлов (РbО, ВаО), имеют низкий tg δ даже при наличии в их составе щелочных окислов.

Поверхностная проводимость сильно зависит от состояния поверхности стекла, возрастая при ее загрязнении. При повышенной влажности окружающей среды поверхностная проводимость также возрастает, особенно у стекол, обладающих низкой гидролитической стойкостью.

Электрическая прочность стекол при электрическом пробое мало зависит от их состава. При постоянном напряжении в однородном электрическом поле электрическая прочность стекла весьма велика и достигает 500 МВ/м. При высоких частотах (а при высоких температурах — и при низких частотах и даже при постоянном напряжении) пробой стекла имеет электротепловой характер.

В зависимости от назначения можно отметить следующие основные виды электротехнических стекол:

  • Конденсаторные стекла используются в качестве диэлектрика конденсаторов, применяемых в высоковольтных фильтрах, импульсных генераторах, колебательных контурах высокочастотных устройств. Они должны иметь по возможности повышенную ε и (для высокочастотных конденсаторов) малый tg δ.
  • Установочные стекла служат для изготовления установочных деталей, изоляторов (телеграфных, антенных, опорных, проходных и др.), бус и т. п.
  • Ламповые стекла применяются для баллонов и ножек осветительных ламп, различных электронных приборов и т. д. К ним предъявляется требование спаиваемости с металлом (вольфрамом, молибденом и др.), что связано с подбором нужного значения температурного коэффициента линейного расширения.
  • Стекла с наполнителем; к ним принадлежит пластмасса горячей прессовки из стекла и слюдяного порошка — микалекс.

По химическому составу технические силикатные стекла могут быть разбиты на три группы:

  • Щелочные стекла без тяжелых окислов или с весьма незначительным содержанием их. К ним принадлежат наиболее распространенные в быту оконные, бутылочные и тому подобные стекла, а также стекла «пайрекс», имеющие довольно малое значение коэффициента расширения и сравнительно стойкие к термоударам.
  • Щелочные стекла с большим количеством тяжелых окислов. К ним принадлежат флинты с содержанием РbО и кроны с содержанием ВаО, применяемые в качестве оптических и электроизоляционных стекол. Эти стекла имеют высокую ε и малый tg δ. К флинтам принадлежат специальные конденсаторные стекла с повышенным значением ε (около 8).
  • Бесщелочные стекла — кварцевое стекло, а также стекла с очень малым содержанием щелочных окислов — применяются для оптических, электроизоляционных и различных специальных целей.

Сайт управляется системой uCoz