Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Stein (1907) .......... нием угольной палочки
1 753 Быстрое течение
Endell и Rieke (1912) .... 1 600
Day и Shepherd42 (1906)......... 1 650—1 75 Вязкая жидкость
Цифры этой таблицы показывают, что приблизительно при температуре Л_700°/ расплавленная кварцевая масса уже в достаточной степени деформируется и напоминает густое тесто. Однако, как мы уже говорили, для кварца температура плавления не совпадает с температурой размягчения, которая несколько выше.
' Плавление кварца без перехода в другие, более устойчивые при высоких температурах, модификации кремнезема имеет место далеко не во всех случаях и зависит от режима нагревания. Рис. 15, заимствованный у ЗоБгпап, достаточно иллюстрирует происходящие при этом процессы. Мы видим, что при температурах ниже 1 500° скорость превращения кварца в кристобалит (кривая СС) больше скорости плав-_ ления. Таким образом может слу-читься, что при медленном нагре-
вании кварц, не успев расплавить ся, полностью или частично перей дет в кристобалит, и тогда, чтобы; перевести его в аморфное жидкое' состояние, понадобится повысить температуру до 1 710° (температура плавления кристобалита). Отсюда \ следует, что, лишь быстро нагрев кварц 'выше температуры ^ 1 500°,
СС-
- ИриЬ?» скорости кристаллизации к бариевого стекла д кристобалит.
QQ — скорость плавлений кварца
1500 Температура
Рис. 15. Воображаемая кривая плавления кварца. " ----
Sosman, 1926.
можно расплавить ejoxHe.nepespjia в Дру"г"ие"модификщщйи.
Перейдя благодаря плавлению в аморфное состояние, кремнезем сохраняет его и при дальнейшем охлаждении, весьма легко образуя переохлажденную жидкость, а при еще более низкой температуре — хрупкое стекло. Это и есть тот продукт, который носит название кварцевого стекла, плавленого кварца или плавленого кремнезема и описанию свойств, способов получения и применения которого посвящена настоящая книга.
Кварцевое стекло приблизительно между температурой 1 ООО и 1 500° находится в состоянии явно неустойчивом, легко переходя в кристаллическую модификацию — кристобалит, отдавая излишек
45.
энергии. Однако ниже 1000° отдача излишней энергии и переход в более устойчивую форму настолько затруднены громадным внутренним трением, что практически совершенно исключаются. К тому же в этой области температур разность энергии между кристаллическим и аморфным состоянием кремнезема до некоторой степени уменьшается, я энергетический уровень стекла приближается к энергетическому уровню кристалла.
Кристаллизация кварцевого стекла, его расстекловывание, как мы уже отмечали, во всех встречающихся на практике случаях совершается с образованием кристаллов кристобалита. Минимальная температура, ниже которой расстекловывание не имеет больше места, точно не определена. Fenner принимает за низшую границу расстекловывания температуру в 1000°. При повышении температуры скорость i расстекловывания возрастает. При температуре около 1 500° пре-I вращение может быть полнсстью закончено в течение нескольких ^часов.
Образование ^-кристобалита благодаря" расстекловыванию заметно не отзывается на механических свойствах кварцевого стекла, •что объясняется повидимому близкими плотностями обоих веществ. ^Поэтому кварцевое стекло можно без особой опасности весьма продол-тжительное время держать при высокой температуре. Необходимо лишь Уследить, чтобы температура эта не опускалась ниже температуры пере-/хода р-кристобалит—>¦ а кристобалит, т. е. 275—200°. В противном ^случае названное превращение произойдет и благодаря связанному с ним изменению объема в значительной степени нарушит механическую прочность. Все вышеизложенное вполне подтверждается на практике. Так например, защитные трубки для пирометров спокойно выдерживают весьма высокие температуры без всякого для себя вреда. Но стоит лишь охладить их ниже 200—275°, как возникают трещины, начинают отваливаться целые слои, и труоки приходят^в полную негодность.
Весьма интересен и важен вопрос: до какой температуры и в течение какого времени можно нагревать кварцевое стекло, не опасаясь при дальнейшем охлаждении неприятных последствий расстекловыва-_ ния. Ответить на него не особенно легко, так как низший температурный порог возможности расстекловывания определен не с достаточной точностью. Если речь идет о длительном нагревании, то следует, вообще говоря, остерегаться нагревать выше температуры в ЦЮ0°. При менее продолжительных нагреваниях, повторяющихся достаточно редко, можно итти несколько дальше, до 1 300° и даже до 1 400°. Опыты, произведенные в Английской национальной физической лаборатории, показали, что слабое уменьшение прочности начинает чувствоваться лишь после нагревания до 1 120°. При нагревании до 1 188° уменьшение прочности хотя и заметно, но еще настолько мало, что даже 8-часовое нагревание не приводит к сколько-нибудь серьезным последствиям. Зато 4-часовое нагревание до 1 350° уменьшает прочность кварцевого •стекла на 40—50%. Таким' образом при столь высоких температурах допустимы лишь весьма кратковременные нагревания (это относится лишь к тому случаю, когда имеет место последующее охлаждение ниже переходной температуры а-кристобалит —»-р-кристобалит).
