Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
С первого взгляда кажется, что аналогичным же образом можно поступить и в случае плавленого кремнезема, взяв конечно более высокую температуру. Многочисленные попытки, проделанные в этом направлении, не привели однако к положительному результату. Вязкость кварцевого стекла, даже при очень высоких температурах, слишком велика, для того чтобы пузырек воздуха, заключенный в нем, мог подняться на поверхность. Если взять за температуры, соответствующие одинаковым степеням размягчения обыкновенного и кварцевого стекла, соответственно 800 и 1 500°, то, предположив, что зависимость вязкости от температуры для обоих видов стекол идет одинаково, и приняв во внимание, что для удаления воздуха надо нагревать обыкновенное стекло до 1 400°, получим для кварцевого стекла соответствующую температуру, равную 2 600°.В действительности дело обстоит еще хуже, так как опыты показывают, что увеличение количества кремнезема в стекле вызывает более медленное уменьшение вязкости с повышением температуры. Таким образом можно сказать, что лишь при температурах, близких к 3 000°, кварцевое стекло станет настолько
жидким, что будет возможно его естественное освобождение от пузырьков воздуха. Если принять во внимание, что уже при 2 000° испарение-кремнезема достигает весьма заметных размеров, сильно увеличиваясь с повышением температуры, то станет ясным, что этот путь удаления воздуха практически непригоден.
Все вышеуказанные соображения находят себе полное подтверждение в замечательных опытах Day и Shepherd 42 (1906), которые,, повышая давление до 35 am, могли дойти до температуры 2 500°. При этом ими не было отмечено заметного улучшения оптической однородности плавленого кремнезема, что показывает отсутствие движения пузырьков воздуха даже при столь высокой температуре.
Мы забежали несколько вперед, чтобы со всей ясностью показать-те трудности, которые стояли на пути получения прозрачного кварцевого стекла. Невозможность преодоления их процессами, лежащими в основе обычного стеклоделия, была понята очень скоро, и поэтому все внимание исследователей обратилось на изыскание путей к устранению основной причины всех этих затруднений — прониканию воздуха в массу кремнезема во время нагревания и плавки.
Именно по этому пути пошли Heraeus и Herschkowitsch 158, первые, кому удалось получить прозрачное кварцевое стекло методами,, сулящими возможность промышленного применения. Работы названных исследователей относятся к 1899—1900 гг. и в корне отличаются друг от друга положенной в их основу идеей.
Heraeus идет по пути медленного нагревания кристаллов кварца, стремясь достичь настолько равномерного их прогревания, чтобы температура 573°, соответствующая переходу а-кварца в (J-кварц, была достигнута различными частями кристалла в одно и то же время.
В этом случае кристалл при температуре перехода будет расширяться как целое, и внутренние натяжения, а следовательно и растрескивание, будут избегнуты. Трудность практического осуществления такого равномерного прогревания станет понятной, если мы вспомним,, что переход а-кварц—>р-кварц происходит без всякой температурной задержки. Достаточно уменьшить температуру на О, Г, чтобы переход не наступил, и, обратно, стоит ее повысить на те же О, Г, чтобы переход наступил моментально. В настоящее время нельзя с полной уверенностью сказать, в каком температурном интервале могут одновременно,, без перехода друг в друга, существовать обе модификации «а» и «jb; во всяком случае интервал этот меньше О, Г. Неоднородность прогревания, выражающаяся в разнице температур между отдельными частями кристалла меньше чем 0,1°, уже способна вызвать частичное превращение, а следовательно и растрескивание. Опыты Heraeus показали, что достигнуть вполне одинаковой температуры по всей массе кристаллов невозможно, если речь идет о достаточно больших количествах кварца. Всегда часть кристаллов подвергается растрескиванию и следовательно выбывает из строя. Heraeus, выбирая кристаллы, избежавшие поломки, переносил их в тигель, сделанный из соответствующего огнеупорного материала, и, не давая им остынуть ниже 573°, сплавлял их, нагревая тигель в кислородном пламени. Этим способом ему удалось получить в 1899—1900 гг. довольно значительные количества прозрачного кварцевого стекла, а в 1902 г. совместно с фирмой Зиберт и Кун. приступить к промышленному его производству. 1аким образом Heraeus был первый, кто, преодолев основные трудности, выпустил на международный рынок изделия из прозрачного квар-__ ¦ 12Ь
120
щевого стекла, главным образом лабораторную посуду и лабораторные принадлежности.
Одновременно с Негаеиз, т. е. к 1900 г., попытку получения прозрачного плавленого кремнезема путем плавления кристаллов кварца в тиглях делает фирма Шотт в Иенне. НегвспкошНзсп, инженер этой фирмы, пошел по диаметрально противоположному пути, чем Негаеиз. Его целью было не избежать растрескивания кристаллов, но предок вратить проникание в образовавшиеся трещины воздуха. Чрезвычайно быстрым нагреванием в электрической печи тигеля с кристаллами, нагретыми предварительно до температуры, близкой к точке превращения, Негвспкошивсп достигал того, что кристаллы, начав плавиться -с поверхности, во внутренних своих частях не достигали еще точки превращения; а образовавшийся к моменту достижения этой- точки на поверхности размягченный слой препятствовал возникновению трещин, сообщающихся с воздухом, и прониканию последнего внутрь. Этот оригинальный и интересный способ, столь простой в описании, оказался весьма трудно применимым для целей широкого производства. Фирма Шотта выставляет на Парижской международной выставке 1900 г„ пластинки прозрачного кварцевого стекла небольшого размера (4 см диаметром и 1 см толщиной) и в дальнейшем прекращает всякие попытки его производства.
