Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
ТАБЛИЦА 50 Действие воды и NaOH на различные сорта стекол
NaOH при Вода при
Сорт стекла 100° 80°
в мг в мг
67,3 2,7
42,4 66
Стекло натронно-известковое очень основ-
46,0 654
33,0 0,0
РЕАКЦИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА
При переходе к высоким температурам порядка 800— 1 000° разнообразие реакций, в которые вступает 8Ю2, значительно увеличивается. Из этих реакций чрезвычайно большое, значение в деле производства, обработки и применения кварцевого стекла имеют реакции восстановления, протекающие обычно при достаточно высоких температурах.
Если речь идет о производстве плавленого кремнезема, то здесь особую роль играет вопрос о восстанавливающем действии углерода, будь то графит или аморфный уголь, с получением по одному из уравнений:
ЭЮ, + 2С = Э1 + 2СО; БЮа + ЗС = Б1С + 2СО,
соответственно либо свободного кремния и окиси углерода, л: б > карборунда и окиси углерода. Как самый ход реакции, так и ее нижняя температурная граница в достаточной мере еще не определены. В частности не выяснен еще вполне вопрос о роли паров 5102 и скорости восстановления вязкого 8Ю2, т. е. вопрос о влиянии агрегатного состояния на ход и интенсивность реакции. Определение температуры начала реакции, исходя из опытов плавки кварца производственного характера, дает чрезмерно преувеличенную цифру, так как в этих случаях о ходе реакции судят главным образом по тем отрицательным влияниям, которые она оказывает на чистоту получаемого стекла. Степень же загрязнения вещества продуктами реакции (главным образом кремнием) определяется, кроме всего прочего, скоростью диффузии этих
114
последних в толщу вещества. В силу этого, если реакция восстановления и имеет место при относительно низких температурах, когда кремнезем еще мало размягчен, то это благодаря незначительному влиянию на чистоту слитка может остаться незамеченным.
Согласно новейшим исследованиям восстановление Si02 углеродом начинается при 1 450°, заметно ускоряясь с повышением температуры. При низких температурах реакция идет по уравнению
«,--Si02 -h ЗС = SiC + 2СО,
давая в результате карборунд и окись углерода. С повышением температуры 5Ш_в свою очередь разлагается на углерод и кремний. Практика плавки кварцевого стекла дает основание думать, что именно этот этап реакции, когда выделяются пары свободного кремния, наиболее опасен в смысле загрязнения продукта плавки. Этим объясняется необходимость особой тщательности в регулировке температуры печи.
Помимо углерода, кремнезем при соответствующей температуре легко восстанавливается многими металлами, например алюминием, магнием, свинцом, всеми щелочными металлами. Это обстоятельство в высшей степени затруднило изготовление так называемых амальгамных ртутно-кварцевых ламп, т. е. таких ламп, в которых чистая ртуть заменена более или менее концентрированной амальгамой того или иного металла. •
Лампы подобного рода преследуют цель — дать источник света с более равномерно распределенными по спектру линиями излучения, чем это имеет место для чистой ртути, где например очень слабо выражена красная часть. Первые попытки, сделанные в этом направлении, окончились полной неудачей, так как применявшиеся металлы, в условиях довольно высокой температуры и сильно ионизированной атмосферы дуги, очень быстро восстанавливали кварцевое стекле с образованием на внутренней поверхности трубки непрозрачного слоя кремния. Различными авторами было перепробовано большое количество разнообразных металлов, из которых наиболее подходящим как с химической, так и с оптической точки зрения сказался кадмий. Однако и в отношении кадмия химическая устойчивость кремния оказалась недостаточной, благодаря чему ртутно-кадмиевые кварцевые лампы довольно недолговечны.
Говоря о химической устойчивости кварцевого стекла в условиях Дугового разряда ртутной лампы необходимо хотя бы вкратце упомянуть о чрезвычайно интересном и с практической точки зрения очень важном явлении старения ртутных ламп. Уже давно было замечено, что через определенное количество часов горения (порядка 1 ООО час.) на внутренней поверхности лампы образуется черно-коричневый осадок, который своим происхождением обязан, невидимому, выделению свободного кремния. В результате лампа весьма быстро снижает яркость, причем особенно сильно уменьшается интенсивность коротковолновой части спектра. Естественно задать вопрос, каковы же непосредственные причины выделения свободного кремния при горении дуги? Gillam и Morton 153 дают следующее, весьма правдоподобное, истолкование химических процессов, происходящих в горящей ртутной горелке. Согласно их точке зрения Si02 подвергается воздействию положительных ионов ртути, причем образуется HgO и SiO:
8* 115
«-5Ю, + Н8 = НіО + 8Ю; дальше реакция идет так:
5Ю + = Бі + г^О; 2HgO = 2Hg + 02; 2ЭЮ ві + 8і08; 2БЮ + 02 = 2ЭЮ2.
В результате мы получаем чистый кремний, отлагающийся бурым осадком ЭЮ.,, выделяющийся в виде кристаллических масс мутного полупрозрачного вида, и БЮ, попадающий в пары ртути.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ПЕРВЫЕ РАБОТЫ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ПРОЗРАЧ НОГО КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА
