Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
і—і—і—і—і—і—і_і—і—і—і_і_і_і і і і і і і
- 200 0 200 400 600 800 1000 1800
Температура
Рис. 38. Зависимость истинной теплоемкости различных модификаций кремнезема
от температуры.
Табл. 32 дает наиболее вероятные значения теплопроводности кварца и кварцевого стекла по Sosman с учетом появившейся после издания его книги работы Кауе и Higgins.
ТАБЛИЦА 32
Наиболее вероятные числа для теплопроводности кварца и кварцевого стекла
Температура в ° С
Теплопроводность кал
к-103 в
смг/сек °С
кварц [[ оси
кварц X оси
кварцевое стекло
252 250 240 200 150 100
50 О
50 100 120 160 200 240
около
150
74
52
40
32
25,5
21,0
680
510
205 66 36 26 20,5 17,0 14,9 13,1
около 1,3
1,5
2,0
2,5
2,8
3,0
3,10
3,38
3,41
3,49
3,56
3,64
Плавление и возгонка
Говоря о плавлении кварцевого стекла, о температуре плавления, надо твердо помнить, что эти понятия, имеющие определенное значение с практической точки зрения, далеко не обоснованы в той же мере, как это имеет место в случае плавления кристаллических тел.
Если стать на точку зрения современной теории, то изменение состояния кварцевого стекла происходит в так называемой точке превращения, лежащей, как мы видели, вблизи температуры 900°. В этой области механические свойства кварцевого стекла резко меняются, с тем чтобы при дальнейшем повышении температуры не обнаруживать больше никаких нарушений непрерывности.
Та же температурная область, которая сбычно называется областью плавления кварцевого стекла, не будучи связана с какими-либо внут-
ШР|_ |||||-1-1-г-,-,-,---
температуро К
_I-1-1-1-1-1-'-1-
-200 -150 -100 -50 0 50 ю0
температура
Рис. 39. Температурная зависимость теплопроводности кварцевого стекла и кварца.
ренними молекулярными перегруппировками, соответствует просто-напросто значительному уменьшению вязкости вещества, которое впервые приобретает здесь явные свойства текучести.
Следует при этом отметить, что кварцевое стекло даже при температурах порядка 1 800—2 000° остается чрезвычайно вязким. Это обстоятельство, как мы, увидим дальше, является весьма серьезным препятствием на пути изготовления прозрачного и оптически прозрачного кварцевого стекла. Дело в том, что пузырьки воздуха, попавшие во время нагревания в расплавленную массу, благодаря ее значительной вязкости не обнаруживают ни малейшего стремления подняться вверх и навсегда остаются в ней, если не приняты особые меры очистки.
Мы знаем, что вещество, находящееся в стеклообразном «хрупком» состоянии, имеет чрезвычайно большую вязкость порядка Ю13 единиц С. С Б. (для кварцевого стекла— 10 1б). Однако ни эта колоссальная величина для вязкости, ни кажущаяся неотделимой от стекла хрупкость не могут- воспрепятствовать вязким деформациям ниже точки
превращения, коль скоро мы имеем достаточно длительное усилие, не превосходящее предела прочности. Впрочем время, необходимое, чтобы сделать такого рода деформацию практически наблюдаемой, исчисляется годами, и говорить о «течении» стекла в этих условиях можно с большой натяжкой.
Текучесть стекла, имеющая практическое значение, начинается лишь вблизи температуры превращения и является одним из признаков перехода хрупкого состояния в вязкое. Однако и здесь необходимо соизмерять величину усилия и продолжительность его действия с достигнутой степенью размягчения вещества, так как в противном случае вместо пластичной деформации может иметь место излом.
Кварцевое стекло в этом отношении ничем особенно не выделяется среди других представителей стеклообразного состояния вещества. В полном соответствии с намеченными выше границами, внутри кото-( рых для плавленого кремнезема лежит температура превращения, ! первые, хотя и весьма слабые, но все же реально ощутимые | признаки появления текучести имеют место при температурах ,! 800—900°. Так, по данным Joly47 кварцевая нить диаметром 0,0136 мм и длиной 10 см при нагрузке 293 кг/см2 и при температуре 850° удлиняется на 0,76 мм (0,76%) в 55 мин., кварцевый же полый шарик диаметром в 10 мм с толщиной стенок 0,25 мм увеличился в объеме на 0,1% при 785° в 83 часа, при 870° — в 40 час. и при 820° — в 8 час. Мы имеем таким образом в этих пределах температур хотя и незначительное, но все же практически ощутимое начало пластичных деформаций кварцевого стекла. Вместе с тем наблюдения Joly достаточно убедительно показывают, что резкое возрастание текучести имеет место при температуре превращения, и лишний раз подтверждают справедливость сделанного нами утверждения (стр. 47), что для кварцевого стекла эта температура приблизительно равна 900°.
Опыты Joly хотя и указывают на наличие текучести кварцевого стекла при температурах 800—900°, но вместе с тем позволяют видеть, что эти деформации становятся наблюдаемыми лишь при длительном воздействии вызывающей деформацию силы. Кроме того текучесть в этой области имеет настолько небольшие значения, что в большинстве I практически важных случаев (за исключением тех, когда используются I упругие свойства кварцевого стекла) не играет особой роли, в частности мало влияя на механическую прочность. Однако с повышением температуры пластичность кварца резко возрастает, и столь же резко меняется его прочность, равная при температуре 1300—1400° всего лишь 20 кг/см*. Температуру 1 400° можно принять как верхний предел применимости изделий из кварцевого стекла*, подверженных действию механических усилий.
