Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
1=10 (1 + аг + »г2+сР),
то средний коэфициент линейного расширения по отношению к температуре /==0 будет равен
а истинный коэфициент Таким образом Ь—2Ьт — а+сР,
Пользуясь этой формулой, можно, зная 8т и подбирая соответствующую квадратичную формулу, определить §
Очевидно, кварцевое стекло будет иметь минимальный объем в той точке, где равен нулю истинный коэфициент теплового расширения. Табл. 26, составленная на основании кривых рис. 30, дает температуры минимального объема кварцевого стекла. Мы видим, что эта температура может быть различной в зависимости от индивидуальных^ особенностей исследуемого образца. Соответствующей термической обработкой (закалкой) эта температура может быть значительно увеличена, но на этой стороне вопроса мы остановимся ниже.
ТАБЛИЦА 20
Температуры минимального объема различных образцов кварцевого стекла
Образец Температура в ° С
к ¦
1-Й 2-й 2-й после закалки .... - 70 - 80 - 50
Как далеко в сторону низких температур простирается область аномального расширения, сказать трудно. Scheel и Heuse дошли до температуры — 253, т. е. лишь на 20° превосходящей абсолютный нуль, причем ими не было замечено никакой тенденции к уменьшению {по абсолютной величине) коэфициента расширения. Это заставляет с большой долей вероятия предполагать, что кварцевое стекло обладает отрицательными значениями вплоть до самых низких, практически достижимых температур.
Табл. 27 дает наиболее вероятные значения среднего коэфициента линейного расширения кварцевого стекла при низких температурах. Забегая немного вперед, скажем, что эти значения относятся к тем образцам, которые получены в результате более совершенного отжига
75
ТАБЛИЦА 27
Наиболее вероятные значения среднего коэфициента линейного расширения в
интервале 0—250° С
Температура в ° С Температура в ° С ««•10«
0 38,2 - 150 2,0
- 50 27,3 - 200 - 17,5
— 100 14.4 - 25D — 35,5
и которые следовательно в меньшей степени проявляют отклонения от нормы, сопутствующие быстрому охлаждению — закалке.
Заканчивая обзор и анализ экспериментального материала по-тепловому расширению кварцевого стекла, приведем в табл. 28 и на рис. 31 данные о численных значениях истинного коэфициента линей-
-200-1D0 0 100 200 300 400 500 600 700 500 900
Температура
Рис. 31. Температурная зависимость истинного коэфициента линейного расширения кварцевого стекла. _
ного расширения этого вещества при различных температурах. В некоторых случаях, особенно при рассмотрении тех или иных теоретических вопросов, "знание температурного хода истинного расширения (а не расширения по отношению к некоторой произвольно выбранной температуре) необходимо.
ТАБЛИЦА 28
Наиболее вероятные значения истинного коэфициента линейного расширения кварцевого стекла
Температура в ° С 8-Ю8 Температура в ° С S-IO8
- 200 - 92 200 56,8
- 150 - 42 300 61,2
— 100 — 10 400 56,7
— 50 21,0 • 500 54,0
0 39,0 600 50,4
50 48,0 800 46,5
100 51,5 1000 42.6
7ti
Влияние тепловой истории на расширение кварцевого стекла
77
Рассмотрев характер расширения кварцевого стекла, нам необходимо остановиться теперь на весьма существенном вопросе о степени влияния в этой области тепловой истории исследуемого образца. Всем известно, в какой сильной степени свойства обыкновенных стекол зависят от температурных условий производства, и как важно соблюдать правильный режим охлаждения тех или иных раскаленных в процессе изготовления предметов для получения изделий удовлетворительного качества. Каждому, кто имел дело со стеклом, приходилось сталкиваться с фактами 'внезапных поломок и растрескиваний плохо отожженных предметов, а также с фактами более или менее сильного изменения физических констант при закалке стеклянного изделия.
Все изменения в стекле, зависящие от его тепловой истории, можно разбить на две обширные группы, каждая из которых объясняется отличными друг от друга физическими причинами. К первой группе относятся все те случаи, когда изменения в свойствах вызываются внутренними механическими натяжениями, возникшими в результате неравномерного охлаждения всей массы стекла. В этом случае мы имеем антагонизм сил между внешними быстро остывающими и переходя-ними з хрупкое состояние слоями и внутренней, остывающей медленнее .массой. Вторая группа, тесно связанная по своему возникновению с первой, охватывает тот круг изменений, который обусловливается «е успевшим дойти до конца, благодаря быстрому охлаждению, процессом агрегации молекул.
В настоящее время отдельные исследователи, например Berger м, ¦приходят к выводу, что внутренние натяжения играют весьма ограниченную роль в изменении свойств стекла при закалке, определяя лишь •чисто механическую сторону вопроса. Что же кг.сается остальных изменений, то они приходятся на долю незакончившейся агрегации. Таким образом с этой точки зрения уменьшение плотности обыкновенного стекла, подвергнутого закалке, спределяется i-.e механическими растяжениями его массы, а тем, что молекулы не успели сгруппироваться в более крупные комплексы, будучи застигнуты на пути этого превращения внезапно увеличившейся, вблизи температуры Т вязкостью.
