Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Так например, если охлаждение производилось до температуры, лежащей на 200° ниже температуры превращения, то согласно табл. 2 необходимо 10 лет, чтобы стекло перешло в свое естественное или, как еще можно выразиться, устойчивое состояние. Так как для применяемых на практике силикатных стекол температура превращения Тд лежит в среднем на 500° выше комнатной, то время, необходимое для установления в стекле при комнатной температуре внутреннего равновесия, настолько велико, что практически эти стекла сохраняют те . свойства, которые они получили в конечный момент охлаждения. Именно благодаря этому правильный отжиг стекла и имеет столь большое практическое значение.
Рентгенографический анализ стекол приводит некоторых авторов (Randall -°, Drucker21) к выводу, что вещество в стеклообразном состоянии содержит большое количество мелких кристаллических образований— кристаллитов, размеры которых'около Ю-7 см. Есть известная доля вероятия, как на это указывает Berger, что эти кристал-
^ Кварцевое стекло. 33
литы и являются теми агрегатами, которые возникают в результате охлаждения вязкой жидкости.
Весьма заманчива проводимая рядом авторов (Me Bain 22, Travers 23, Tool24 и др.) аналогия между стеклообразным и коллоидальным состоянием вещества. Явление агрегации частиц при охлаждении вязкой жидкости дает некоторые основания рассматривать стекло как коллоид, в котором роль мицелл играют агрегаты, а роль интермицел-лярной жидкости — вещество с неукрупненными частицами. Аналогию можно продолжать весьма далеко, рассматривая например точку превращения вязкого состояния в хрупкое, как точку, в которой наступает коагуляция коллоида и превращение золя в гель, однако целый ряд серьезных различий между обычными коллоидами и стеклом ста.-, вит под сомнение ценность этих рассуждений.
В настоящее время трудно еще сказать, насколько взгляды, развиваемые Berger, дают точное истолкование процессов, протекающих при переходе жидкого состояния в стеклообразное. Если такие факты, как сходство кривых температурной зависимости трения для ассоциированных и переохлажденных жидкостей или характер зависимости свойств стекла от его тепловой истории,говорят в пользу реальности процессов агрегации, то мы сталкиваемся вместе с тем с рядом трудностей, которые эта теория должна еще преодолеть. В частности далеко не вполне выяснено соотношение между образованием молекулярных агрегатов, с одной стороны, и кристаллических зародышей, с другой, а следовательно и вообще соотношение между процессами агрегации и кристаллизации.
В заключение нашего краткого обзора современных представлений о молекулярном строении стеклообразного состояния следует упомянуть о теории, выдвинутой Smekal 26, взгляды которого в корне отличаются от только-что изложенных. По Smekal переход вязкой жидкости в хрупкое стекло не сопровождается глубокими молекулярными изменениями, и все особенности этого перехода, включая резкие изгибы кривых при температуре Тд, обязаны своим происхождением возникновению напряжений механического характера внутри охлаждающейся массы. Эти напряжения вызывают в веществе, приобревшем при температуре Тд свойства хрупкости, местные нарушения его целости в виде беспорядочно распределенных по всему объему трещинок. Возникающая неоднородность и вызывает все те изменения физических коэфициентов, которые присущи температуре превращения. Обратно, при нагревании вместе с наступлением вязкости трещинки сплавляются, вещество приобретает прежнюю однородность, что влечет восстановление имевших место в вязком состоянии свойств.
Теория Smekal вряд ли может претендовать на правильное объяснение явлений перехода жидкости в стекло. Целый ряд фактов и, особенно, детальные опыты Berger и др. над исследованием влияния тепловой истории на свойства стекол делают.ее. мало приемлемой, и повидимому необходимость объяснения процесса превращения вещества в стеклообразное состояние глубокими причинами молекулярного характера может считаться доказанной.
34
ГЛАВА ВТОРАЯ
СТЕКЛООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ КРЕМНЕЗЕМА
Кремнезем (кремневый ангидрид БЮ2) является одним из наиболее распространенных в природе соединений. При попытке определения среднего состава верхней части земной коры выяснилось, что на долю кремнезема приходится около 58,2%. И однако, несмотря на столь большое распространение, чистый кремнезем встречается в природе относительно редко.
АЛЛОТРОПИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ КРЕМНЕЗЕМА
Кремнезем относится к числу тех химических соединений, которые при одном и том же химическом составе могут существовать в различных модификациях, обладающих различными как физическими, так отчасти и химическими свойствами.
Про вещество, ведущее себя таким образом, говорят, что оно может существовать в различных аллотропических состояниях. Явление аллотропии объясняется различным расположением и взаимодействием атомов внутри молекулы вещества, а также различными расположениями мслекул в кристаллической решетке. К аллотропическим состояниям применимы все те соображения энергетического характера, которые мы развили выше в связи с агрегатными состояниями вещества. Определенным внешним условиям соответствует определенная группировка атомов и молекул, отвечающая некоторому минимальному уровню внутренней энергии. Все другие группировки при данных ^условиях неустойчивы и обнаруживают тенденцию перейти в устойчивое состояние с выделением или поглощением энергии, которую обычно называют «теплотой превращения», так как она проявляется в форме тепла.
