Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
ТАБЛИЦА 10
Плотность н удельный объем кварцевого стекла при различных температурах
Температура в ° С Плотность Удельный объем [см3 (кг) Температура Гв 0 С ' Плотность Удельный объем (см3і кг)
—200 0 200 4.10 2,202 2,203 ' 2,202 2,201 454,1 ' 453,4 454,1 454,3 і 600 800 1000 ' 2,200 2,199 1,198 454,5 454,7 454,9
Твердость
Твердость плавленого кварца значительно меньше твердости кристаллического кварца. Здесь следует отметить, что обычное понятие «твердость», столь полезное и необходимое в области практики, с физической точки зрения не отражает какого-либо простого явления, вполне характеризующегося свойствами рассматриваемого вещества. Наоборот, мы имеем здесь чрезвычайно сложный комплекс явлений, зависящий в значительной степени от того метода, которым производится исследование. Иначе говоря, твердость характеризует не •столько свойства самого вещества, сколько отношение этих свойств к тому прибору, которым производится испытание. Поэтому мы не можем измерить твердость вещества, взятую в отдельности, но лишь ¦сравнивать твердости между собою, ьыбрав за исходную точку некоторое, вообще говоря, произвольное явление. Попытки связать общепринятое в технике понятие твердости с определенным физическим сврйством тела, например с поверхностной энергией, энергией кристаллической решетки, не привели пека к достаточно простым .и практически применимым результатам.
Если воспользоваться знаменитой шкалой твердости Moca*, то мы получим следующую картину:
* К?.к известно, шкала Мэса состоит из десятка минералов, расположенных друг за другом, следуя по возрастанию их твердости таким образом, что каждый минерал царапает предыдущий и царапается последующим. Номер минерала в этом ряду и является показателем его твердости.
'Все другие минералы могут быть охарактеризованы с помощью этой шкалы, если сделать испытание на их устойчивость против царапания. Вполне понятно, что по отношению к нумерации промежуточных членов шкалы существует известный произвол. Шкала содержит следующие минералы:
1. Тальк 6. Ортоклаз
2. Гипс 7. Кзарц (кристаллич.)
3 Известковый шпат 8. Топаз
4 П твиковый шпат 9. Корунд . 5. Апатит 10. Алмаз
ко . ~
Кварцевое стекло....................... 4,9
Кяарц J_ оси.........................5
Кварц І] оси.........................7
Кварц средн. направл...........,........ . .63
Обыкновенн. стекло . . „..................4,2—7
Из этой таблички видно, что кварцевое стекло довольно плохо переносит царапание, уступая многим сортам обычного .стекла.
Более объективным критерием твердости является метод предложений Auerbach67. Метод этот состоит в том, что пластинка из испытуемого материала с шарообразной поверхностью надавливает на пластинку с плоской поверхностью из того же матери їла. Кривизна поверхности соприкосновения меряется оптическим путем. Определяется то предельное давление, при котором пластинка трескается,. Auerbach выражает твердость D испытуемого вещества тем давлением, которое приложено в момент растрескивания пластинки в центре круга Соприкосновения и выражает ее в кг/мм2.
Опыты, проделанные по этому методу, дают:
Вещество - Твердость
в кг\ммг
Кварцевое стекло..................... 223
Кзарц !_ оси . ..................... 230
К!г.рц[| оси...................... ЗС8 •
К '.арц средн. направл, .......;......... 269
Стекло обыкновенн................... 131—265
¦ Следует отметить, что числа, полученные по этому методу, дают характеристику совершенно . других механических свойств "стекла, чем шкала Moca. Мы видим, что и в отношении раздавливания кварц не проявляет особенно хороших качеств и приближается к сбычкым стеклам средней твердости.
Упругие свойства
Перейдем теперь к характеристике упругих свойств кварцевого втекла, т. е. к поведению его при деформациях, не превышающих так называемый предел упругости.
Упругое поведение тела с достаточной полнотой определяется следующими величинами: , х
Р — коэфициент объемного сжатия и величина, ему обратная,
1 '
К=у- — модуль сжатия, характеризующий изменение .объема
твердого тела при действии на его поверхность равномерного, давле-нйя, перпендикулярного к ней.
Е —модуль линейкой упругости, или просто модуль упругости' (модуль Юнга), определяющий зависимость между действующими силами и вызываемыми ими линейными растяжениями тела
о — пуассоново отношение, характеризующее сжатие тела во' время растяжения по направлениям, перпендикулярным к направлению .растягивающей силы.
— модуль кручения, определяющий связь между действующей парой сил и углом кручения, который эта пара вызывает.
Следует отметить, что перечисленные величины отнюдь не независимы между собой, но связаны рядом соотношений, позволяющих по каким-либо двум вычислить остальные.
Прежде чем перейти к результатам экспериментального определения отдельных констант упругости, приведем краткую сводку полученных в этой области цифр (по Боэтап). В табл. 11 сведены результаты измерений величин К, Е, /? и а различными исследователями, причем числа, стоящие в скобках, вычислены по двум другим.
