Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
высказанное Salmang и Stoesser предположение, что при очень ВЫСОКИХ.; температурах кварцевое стекло обладает меньшим объемом и следовательно большей плотностью, чем, при более низких температурах. Таким образом, закалка вызывает прибли-""56 гк. жение плотности кварцевого стекла к тем значениям, которые присущи расплавленному кварцу.
Посмотрим теперь, как повлияет процесс закалки на поведение стекла при более низких температурах. То обстоятельство, что закаленное стекло имеет большую плотность, чем стекло отожженное, заставляет предположить, что в случае закалки максимум плотности, лежащий при низкой температуре, будет достигнут раньше по сравнению-с отожженным стеклом. Это предположение вполне подтверждается
... ' ¦ 7»
8 'б 24 32 40 48
время рх/тЖсТения Рис. 34. Влияние закалки на воздухе на плотность обыкновенного стекла (температура предварительного нагрева 900°).
.опытом. Данные Оогау94, изучавшего влияние закалки на коэфициент теплового расширения, говорят за то, что после закалки в воде стекла, .нагретого предварительно до весьма высокой температуры в кислород-лом пламени, температура, при которой стекло достигает максималь--,ной плотности, уменьшается. Следующие цифры, заимствованные из .работа Оогяеу, иллюстрируют сказанное с количественной стороны.
Температура максимальной плотности до закалки в ° С — 80
Температура максимальной плотности после закалки в" С - 50
В результате мы приходим к температурной зависимости плотности закаленного стекла, изображенной кривой В (рис. 32).
Дальнейший анализ влияния тепловой истории на плотность кварцевого стекла требует изучения поведения коэфициента расширения при различных тепловых режимах. Лишь введя в наше рассмотрение «коэфициент расширения, мы можем проследить динамику изменения •плотности в тех или иных условиях. Для ясности напомним, что истинный коэфицинт расширения связан с плотностью следующим соотношением:
* - _ 1^ " р
дезсь §„ — истинный коэфициент объемного расширения, р — плотность и ~ — скорость изменения плотности с температурой. Мы видим, что ¦чем больше 5„, тем резче меняется плотность и что ою и — имеют обратные знаки. Последнее обстоятельство говорит за то, что при положительных 8„ плотность уменьшается с возрастанием температуры и увеличивается с ее убыванием и, наоборот, при отрицательных 80 увеличивается с возрастанием температуры и уменьшается с ее убыванием.
После этих предварительных замечаний перейдем непосредственно к рассмотрению влияния тепловой истории на величину коэфициента расширения. •Прежде всего остановимся на случае хорошо отожженного кварцевого стекла. Рис. 35 дает для него наиболее вероятную картину зависимости величины Ь от температуры. В пределах от — 250 до 1 000° кривая построена на основании имеющегося опытного материала и дает точные количественные значения. Выше же температуры I 000° мы даем воображаемую зависимость без каких-либо гарантий количественного характера. Из рис. 35 (кривая А) видно, что кривая три
.200 0 200
400 600 800 1000 1200 14*0 1600 1&00
Температура «?ис 35. Зависимость истинного коэфициент: линейного расширения кварцевого стекла от тем пературы.
раза пересекает прямую 8=0,' один раз при —80°, второй раз где-то в области 1 400° и третий раз при 1 850°. Точки пересечения определяют те температуры, где плотность достигает максиума и минимума. Мы видим дальше, что в двух температурных областях, каждая из которых граничит-с одним из максимумов плотности, коэфициент расширения приобретает отрицательные значения, что соответствует явлению аномального расширения.
Наконец кривая расширения имеет два максимума, один (а) для положительных 'значений, приблизительно при температуре 300°, и второй (в) для отрицательных значений при более высоких температурах порядка 1 700°.. Отрицательный максимум имеет величину порядка — 1000 и на рисунке не показан. Такое поведение кривой станет вполне понятным, если вспомнить характер зависимости плотности от температуры и приведенное нами выше соотношение между изменением плотности и коэфициентом расширения.
Предположим теперь, что мы имеем закаленное стекло. Спрашивается, как изменится в этом случае кривая, характеризующая температурную зависимость коэфициента расширения? Чтобы получить ответ, необходимо возвратиться к рис. 32. Сравнивая обе кривые рисунка, мы видим, что при всех температурах плотность закаленного стекла больше плотности отожженного. Если мы закаленное стекло подвергнем отжигу, т. е. нагреем его до температуры больше 900° и затем медленно охладим, то обе кривые естественно сольются в одну, что будет соответствовать уменьшению ординат пунктирной кривой. Это обстоятельство заставляет нас разбить всю область исследования на две части, — выше температуры превращения, т. е. выше 900°, и ниже этой температуры. В то время как при низкой температуре (ниже 900°) коэфициент расширения, по крайней мере в первом приближении, имеет однозначные значения, при высоких температурах он будет зависеть от длительности опыта, так как здесь будет иметь место непрерывная перегруппировка молекул, переводящая ранее закаленное стекло в естественное состояние.
