Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом в этой температурной области будут происходить два процессам изменение плотности в силу обычных тепловых причин, т. е. уменьшение ее до температуры 1 400°, и далее возрастание до температуры 1 850° и непрерывное убывание плотности в результате явления отжига и стремления верхней кривой рис. 32 совместиться с нижней. Эти процессы взаимно дополняют друг друга в интервале 900—1 400°, действуя оба в сторону уменьшения плотности, и взаимно противоположны в интервале 1 4С0—1 850°. Отсюда непосредственно следует, что наблюдаемое нами для закаленного стекла расширение, а следовательно и коэфициент расширения, будет в интервале 900—
б' к—..........-
-5р
-200 -150 -100
Температура Рис. 36. Влияние закалки на коэфициент расширения кварцевого стекла.
/80
1400е больше ив интервале 1 400—1 850° меньше, чем у отоженного стекла.
Перейдем теперь к температурной области ниже 900°. Здесь внутренняя молекулярная перегруппировка практически исключена. Однако то обстоятельство, что стекло находится в напряженном состоянии, должно повлиять на ход кривой расширения. Мы уже говорили, что для закаленного стекла максимум плотности достигается раньше, чем для отожженного. Таким образом Ь достигает нулевого значения в первом случае при более высокой температуре, чем во втором, и вСя кривая зависимости расширения закаленного стекла от температуры должна лежать ниже той же кривой для медленно охлажденного стекла. В результате мы получаем температурную зависимость Ь, изображенную на рис. 35 кривой В.
Сказанное подтверждается опытом. Рис. 36 дает кривые, полученные Dorsey, причем кривая а относится к нормально охлажденному стеклу и кривая в — к закаленному в воде. Мы видим, что последняя кривая лежит значительно ниже и что таким образом при низких температурах расширение закаленного стекла меньше чем отожженного.
Заканчивая наш краткий обзор зависимости расширения' и плотности кварцевого стекла от его тепловой истории, следует остановиться на численных величинах возможных отступлений от нормы. Следует подчеркнуть, что все эти отступления настолько незначительны, что не могут иметь серьезного практического значения и на них можно было бы не останавливаться, если бы они не имели значительного теоретического интереса. Закалка кварцевого стекла водой соответствует весьма большой'скорости охлаждения и дает изменение плотности около 0,5%. Охлаждение на воздухе, как бы быстро оно ни производилось, согласно опытам Salmang и Stoesser, не сопровождается сколько-нибудь заметной закалкой и изменением свойств. Здесь мы имеем резкое различие по сравнению с обычными сортами стекол, которые значительно меняют свои свойства даже при охлаждении на воздухе. Отсутствие закалки кварцевого стекла при охлаждении на воздухе имеет, как мы увидим дальше, серьезное практическое значение, облегчая например изготовление оптических линз большого размера.
Связь механических свойств с термическими
Мы уже отмечали, что нечувствительность кварцевого стекла к внезапным изменениям температуры находится в тесной связи с незначительной величиной коэфициента теплового расширения.
Здесь следует указать на еще одно, чисто механическое по своим результатам свойство, имеющее ту же самую причину.
Свойство это заключается в том, что плавленый кварц с большой легкостью может быть подвергнут обработке механического характера. Уже давно известен и широко применяется способ резки кварца с помощью вращающихся металлических дисков. Кварцевое стекло режется таким образом совершенно свободно и не обнаруживает ни малейшей тенденции к растрескиванию.
Собственно говоря, отсюда был только один шаг до мысли применить к кварцевому стеклу основные методы холодной обработки метал-; лов. Однако, для того чтобы двинуться по этому пути, пришлось преодо-I леть предрассудки, развившиеся на основе практического изучения
!82
свойств обыкновенного стекла, по отношению к которому такого рода,; обработка совершенно немыслима. К настоящему времени мы имеем полное и удачное осуществление попыток дать методы холодной механической обработки кварцевого стекла. В виде примера можем сослаться на французскую компанию Quartz et Siuce, широко применяющую такого рода обработку для изготовления изоляторов и других принадлежностей для электрической и химической промышленности.
Насколько нам известно, основатель этого общества Н. George первый указал на ту связь, которая существует между легкой механической обрабатываемостью кварцевого стекла и незначительной величиной его коэфициента расширения. Хрупкость обыкновенного стекла, наблюдающаяся например при его резании вращающейся пилой, объясняется не столько недостаточной механической прочностью, сколько местными натяжениями, образующимися благодаря нагреванию при переходе механического движения в теплоту. Кварцевое стекло, имеющее значительно меньший коэфициент расширения, выдерживает эти местные нагревания не трескаясь и позволяет таким образом значительно расширить круг допустимых методов его обработки.
Теплоемкость
Теплоемкость тела как физическая величина, позволяющая судить о его способности аккумулировать или отдавать тепловую энергию, имеет чрезвычайно важное значение не только с течки зрения практики, но также с точки зрения наших представлений о внутреннем строении вещества. Наблюдая изменение теплоемкости с температурой, мы получаем в руки весьма чувствительный показатель тех перемен, которые происходят при этом в его энергетическом состоянии.
