Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Ниже этой температуры кварцевое стекло еще относительно прочно. Так, по наблюдениям Heraeus толстостенный кварцевый сосуд при ,.1350° часами_выдерживает атмосферное давление, заметно не деформируясь. Согласно Berthelot 110трубка с просветом в 10 мм и толщиной стенок 0,7 мм при 1300—1400° выдерживает внутреннее давление" До 3 am. Однако температура 1 400° является предельной, при которой трубка быстро раздувается и лопается. Выше 1 400° размягчение кварцевого стекла идет довольно быстро, и уже при температуре 1 500°, по наблюдениям того же Heraeus, оно деформируется от небольших усилий. Начиная с 1600°, кварцевое стекло легко обрабатывается обычными стеклодувными приемами.
Выше мы говорили, что значительная вязкость кварцевого стекла! при высоких температурах создает большие препятствия на пути изготовления прозрачного продукта, затрудняя удаление пузырьков: воздуха из расплавленной массы. Можно было бы надеяться, что,, применяя eii{e более высокие температуры, выше 2 000°, и поддерживая их продолжительное время, удается достигнуть такой степени разжижения, что пузырьки воздуха рано или поздно поднимутся на поверхность. Однако эта надежда нереальна. Существует определенный предел температуры и продолжительности нагревания, перейти который' нельзя без риска потерять все количество расплавленного вещества благодаря испарению.
Испарение кварцевого стекла начинается приблизительно при температуре 1600°, заметно ускоряясь с ее повышением. Однако в процессе-производства и обработки кварцевого, стекла очень часто наблюдаются потери расплавленного вещества и осаждение его в виде белого тумана./ при значительно более низких температурах порядка 1 400—1 600°. Здесь мы имеем дело не с чистым испарением, но с процессами значительно более сложного характера, а именно с восстанавливающим, действием среды, окружающей расплавленный кварц.
Восстанавливать кварцевое стекло могут уголь или графит, являющиеся очень часто материалом для тиглей или печей, а также ие-которые^щзьх, например водород или окись углерода. Реакция начинается с температуры 1 350° и протекает по одному из следующих урав-нений: ----- (
Si02 + 2С = Si + 2СО;
Si02 + 2СО = Si + 2С02;
Si02 + 2Н2 = Si-; 2Н2().
Мы видим, что во всех случаях выделяется свободный кремний,., а так как температура, при которой его испарение достигает заметной , величины, сравнительно невелика, то, выделившись, он улетучивается в окружающее пространство, с тем чтобы в местах, имеющих температуру меньше 1 350°, снова окислиться в кремнезем и образовать белый туман,, приписываемый иногда непосредственному испарению кварцевого' стекла.
Проницаемость для газов
Кварцевое стекло, как и другие сорта стекол, обладает способностью пропускать при высоких температурах газы, что объясняется, диффузией этих газов через массу стекла. Впервые на это явление-обратил внимание Dufour111 (1900) при своих опытах над изготовлением кварцевых термометров для высоких температур. При нагревании термометра в пламени бунзеновской горелки он заметил разделение-металлического (олово) столбика, что можно было приписать только-прониканию газа извне.
Более детальные исследования, связанные с определением природы= прошедшего газа и получением некоторых количественных данных, были произведены Villard 112 (1900), который установил, что диффундирующим газом-является водород и что газы, входящие в состав воздуха, при температуре в 1000°~ заметным образом через кварцевое стекло не проходят. Villard в своих опытах пользовался кварцевой трубкой, соединенней с манометром. Трубка эвакуировалась и вноси-
88
пась в пламя газовой горелки. Наблюдая показания манометра, можно было видеть, как давление внутри трубки постепенно увеличивалось, достигая нескольких миллиметров в продолжение получаса. Продолжая нагревание в течение суток, Villard достиг внутри трубки давления в несколько сантиметров ртутного столба. Вторая часть опыта Villard состояла в том, что кварцевая трубка с содержащимся в ней -водородом окружалась платиновой трубкой, по которой проходил 'воздух. Таким образом кварц не находился больше в соприкосновении =с газом, сгорающим в горелке. При нагревании до 1 000° можно было заметить, как давление в кварцевой трубке постепенно уменьшается до нуля. Сжигая проходящий через кварц газ, Villard установил, •что это — водород.
Опыты Villard с несомненностью показывают, что мы имеем здесь дело не с просачиванием газа через трещины или поры, но с явлением .диффузии, в сильной степени зависящим от природы газа, от его атомного веса.
Кроме водорода через кварцевое стекло проходит так же гелий, ¦как это было впервые установлено опытами Jacquerod и Perrot 113 <1904). Диффузию этого газа удавалось заметить даже при 220°. При
500° она вполне легко наблюдаема. При температуре 1 100° в течение •б час. давление в кварцевом шарике, соединенном с манометром, упало
с 900 до 106 мм.
Проницаемость кварцевого стекла для других газов кроме гелия .и водорода была открыта Berthelot 110 в 1905 г., однако при более вы-•соких температурах,- лежащих между 1 300 и 1 400°. Нагреванием в кварцевой трубке метана до температуры 1 100° в течение часа удается .достигнуть того, что внутри трубки остается один углерод (водород при этой температуре легко проходит наружу); если же повысить температуру до 1 300°, то спустя 1 час внутри трубки можно обнаружить •азот, кислород и углекислый газ, что указывает на диффузию воздуха извне.
