Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
ПЕРЕХОД В СТЕКЛООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ И ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА
Нам предстоит теперь на конкретном примере кремнезема проследить, за переходом вещества в стеклообразное состояние и, положив в основу взгляды, изложенные в последних параграфах первой главы, попытаться обрисовать те превращения внутренней структуры, которые сопровождают этот переход.
Прежде всего необходимо выяснить положение основных температурных точек, являющихся границами жидкого, вязкого и хрупкого ¦состояний, т. е. точки плавления Т8, отделяющей устойчивую жидкость от жидкости переохлажденной, и точки превращения Т , отделяющей вязкую массу от хрупкого стекла.
Что касается до точки плавления, то она определяется температурой плавления кристобалита, равной, как мы видели выше, 1710°. Плавление двух других модификаций, кварца и тридимита не может быть принято во внимание, так как они находятся при этом в метаста-бильном состоянии и не отражают естественно протекающего процесса.
Значительно труднее обстоит дело с фиксированием температуры превращения Тд. Метод, основанный на изучении температурной зависимости тех или иных физических констант с отысканием точек излома или резкого изгиба кривых, давший много ценного в отношении различных веществ, для случая кремнезема выявляет картину перехода жидкости в стекло недостаточно четко повидимому благодаря искажающему влиянию чрезвычайно большой вязкости.
Некоторое представление о местоположении точки превращения для кремнезема можно получить, пользуясь эмпирической формулой, выведенной Таттапп 9 при изучении стекол органического происхождения. Формула эта имеет вид
1„-=т11
/ М
где Т5 и 7^—соответственно температура плавления и превращения по абсолютной шкале, М — молекулярный вес вещества и С_константа, колеблющаяся для различных веществ, изученных Таттапп, от 1,6 до 2,1. Полагая для кварцевого стекла =1 983°, УМ=60,3 и подставляя крайние значения, найденные Таттапп для коэфициента С, получим для температуры превращения следующие границы: Т.= 912° аос. и 1 170° абс. или соответственно 640 и 900°.
Влияние температуры и времени на расстекловывание кварцевого стекла
Изучение свойств кварцевого стекла при высоких температурах повидимому подтверждает последнюю из этих цифр. Мы видели, например-, что для кварцевого стекла кристаллизация практически прекращается при температуре 1 000°. С другой стороны, мы знаем, чт^ температуру превращения можно рассматривать как нижнюю границу области расстекловывания. Таким образом с этой точки зрения указанная цифра для температуры превращения является оправданной.
Интересную картину дает зависимость механических свойств кварцевого стекла от температуры. На рис. 17 приведена температурная зависимость модуля кручения (кривая А) и логарифмического декремента затухания (кривая В) кварцевого стекла по данным Horton 4*
100
800
Рис. 17.
400 60Q.
Температура,
Зависимость'модуля кручения и логарифмического декремента затухания кварцевой нити от температуры. Horton, 1905.
(стр. 64). Пунктирная прямая соответствует температуре превращения, вычисленной по формуле Tammann в предположении С=1,6-и равной 900°. Мы видим, что как раз при этой температуре кривая модуля кручения дает резкий перелом в сторону ухудшения упругих свойств и вместе с тем наблюдается резкое увеличение декремента затухания.
Наконец, мы имеем еще одну возможность наметить точку превращения кварцевого стекла, наблюдая изменение его вязкости с температурой. Выше мы видели (стр. 22), что в этой точке коэфициент внутреннего трения вещества независимо от его химического состава достигает приблизительно одного и того же значения, 1013 единиц С. G. S. Найдя температуру, при которой коэфициент трения кварцевого стекла приобретает эту величину, можно с известной уверенностью принять ее за температуру превращения. К сожалению, непосредствен-
ных измерений вязкости плавленого кварца мы не имеем, и приходится? поэтому при определении этой величины базироваться на немногочисленных наблюдениях над его текучестью при высоких температурах. В виде примера можно взять опыты Ло!у47, наблюдавшего раздувание тонкостенного кварцевого шарика при температурах 920, 870 и 785° (подробнее стр. 88). Приблизительный пересчет полученных им для степени раздувания цифр дает следующие значения для коэфициента внутреннего трения кварцевого стекла:
Температура
в ° С 920 870 785
Коэфициент внутреннего трения в единицах С. G. S.
2-Ю14 Ю15 2-Ю15
больше ожидаемого значения. \>9 f)
Если нанести эти числа на кривую (рис. 18), то для температурь? 900°, принятой нами за температуру превращения, получаем. г,=8-10 14. Эта величина несколько Однако расположение точек на кривой рис. 18 ясно говорит за т0, что температура превращения Не может быть больше 900°. Действительно, мы знаем, что в точке превращения кривая вязкости претерпевает излом (стр. 22 и рис. 8), характеризующийся внезапным умень-. шением скорости возрастания величины т) с температурой. До температуры 71 кривая круто подымается кверху по гиперболическому закону, по достижении же этой температуры ее наклон резко уменьшается. Рис. 18 показывает, что для кварцевого стекла эта точка излома должна лежать где-то между 870 и 920°, т. е. приблизительно в той области, которая соответствует значениям 1,6—1,7 коэфициента С формулы Таттапп.
