Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Следует заметить, что способность к расстекловыванию в значи-, тельной степени зависит от могущих содержаться в кварцевом стекле примесей. Именно этим обстоятельством следует повидимому объяснить
наблюдение Rieke и Endell43 (1913), что кварцевое стекло, полученное и^1^орного_ хрусталя, менее склонно к расстекловыванию, чем стекло, полученное из кварцевого песка, содержащего конечно больше инородных веществ. Примесями, ускоряющими процесс расстекловыва-. ния (эти же примеси облегчают переход из одной модификации кремнезема в другую), могут быть щелочи, хлористые соли щелочных металлов, окись титана и т. д. После сказанного становится ясным, с какой тщательностью необходимо очищать сырые материалы, если желают получить вполне устойчивый и доброкачественный продукт.
С особенно большой осторожностью следует нагревать выше ^Ш0_1..кварцевое стекло в том случае, если атмосфера, в которую оно погружено, еддешкит газы, действующие на кварцевое стекло восстанавливающим образом, ибо эти последние также влияют ускоряющим образом на процесс расстекловывания. Впрочем дальнейшие опыты весьма расширили круг газов, ускоряющих процесс расстекловывания. Исследования в этой области производили Hohn 44 ( 1903), Thomas 45 (1912), Seger и Cramer46 (1913). Именно влиянием газов и паров объясняется- повидимому известный факт, что расстекловывание начинается с поверхности куска. 1 о^-
Влияние поверхности (точно так же, как и влияние примесей) служит причиной более быстрого расстекловывания непрозрачного кварцевого стекла, т. е. стекла, содержащего внутри пузырьки воздуха и подвергающегося таким образом действию газов изнутри *. Большая скорость расстекловывания непрозрачного кварцевого стекла твердо установлена опытами Riekek Endell 43(1913). При нагревании различных образцов в фарфоровой печи при температуре 1 450° и в течение одинакового промежутка времени они получили следующие результаты:
Конечная % '<Риетаба-лита в конце нагрева
Прозрачное кварцевое стекло из горного хрусталя
(Heraeus)................... 2,21 О
«Vitreosil» (непрозрачное стекло)........... 2,26 40
«Sidia III» (непрозрачное стекло, Dr. Voelker и Со) . . 2,25 35
Сорт- стекла конечная "7 кГп "
плотность лита в К0Н
Как мы уже отмечали выше, скорость расстекловывания быстро повышается с температурой. При 1 000° (граница Fenner) расстекловывания в лабораторной обстановке заметить невозможно. Joly 47 О901) нагревал кварцевое стекло в эвакуированном сосуде (чтобы избежать ускоряющего действия газов) при 1 063° в продолжение 35 дней и не заметил ни малейших следов кристаллизации. Весьма подробно температурный ход процесса наблюдали Day и Shepherd 48. Они нашли, что стекло полностью превращается в кристаллическое состояние:
при 1 160° в 6 дней » 1200° » 3 дня / » 1 500° » 2 часа » 1600° » 1 час
еоздухо™ аПнГ^п^°,К0НеЧН0 Т0ЛЬК0 в теХ слУчаях, когда пузырьки наполнены роз ею"' являются пустотами, получившимися в результате конденсации па-
43
42
ТАБЛИЦА б
1200° ,1 300° 'і 400° 1500° 1 600°
Время нагревания в час.
плотность % кристаллизации плотность % кристаллизации плотность % кристаллизации плотность % кристаллизации плотность % кристал • лизации
1 2,216 5 2,25 34 2,28 60
2,21 0 2,212 2 2,23 17 2,27 53 2,32 90
2 — 2,215 5 2,24 25 2,33 100 -
4 2,21 0 2,22 10
Наиболее исчерпывающие исследования о расстекловывании кварцевого стекла провели Епаеіі и Иіеке 43. Результаты их опытов приведены в табл. 6 и графически представлены на рис. 16, где дана и температурная, и временная зависимость, причем в первом случае всегда брался один и тот же интервал времени равный 1 часу. О ходе рассте-
2.35
2.33
S 2.30
о
о С
о
2.25-
2.21
«00* ~7І
^ У ~
і_і_і_і_і— _1 ¦_1-1-—1—--1—-
12 3 4 Часы нагревания.
Температура
Рис. 16. Зависимость скорости расстекловывания кварцевого стекла от температуры и времени нагревания. Day и Shepherd.
кловывания авторы судили по изменению удельного веса образца в пределах от 2,21 (плотность стекла) до 2,33 (плотность кристобалита).
В добавление к предыдущему следует еще сказать, что скорость расстекловывания при данной температуре зависит от предыдущей термической истории вещества. Согласно некоторым наблюдениям длительное пребывание кварцевого стекла при высоких температурах порядка
? 700_1 750° способствует его сопротивляемости кристаллизации.
Влияние термической истории станет нам понятным, если мы вспомним, как протекает процесс перехода вещества в стеклообразное состояние. Высокая температура расплавленной массы и достаточно быстрое охлаждение затрудняют образование кристаллических зародышей,
44
и полученное в результате стекло будет лишено зачаточной кристаллизации. Наоборот, нагревание до относительно низкой температуры и медленное остывание, если и не приведут к заметной кристаллизации, то во всяком случае могут обеспечить начало перегруппировки молекул в кристалл. Таким образом мы видим, что изучение вопросов, связанных с процессами перехода кремнезема в стеклообразное состояние, имеет не только теоретический интерес, но существенно важно также и для выработки режима плавки, обеспечивающего получение высокосортного продукта. Именно поэтому нам кажется не лишним будет остановиться на этих вопросах подробнее и глубже вникнуть во внутренний смысл тех превращений, которые испытывает кристаллический кремнезем при переходе в так называемое кварцевое стекло.
