Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Несмотря на все достоинства окиси циркона вопрос о материале для тиглей снят не был, так как удовлетворительные результаты может дать лишь очень чистая окись, стоящая довольно дорого. Для успешного развития кварцевой индустрии необходимо было удешевить производство тиглей, подыскав соответствующий огнеупорный материал.
Идеальным материалом для изготовления тиглей, подверженных действию очень высоких температур, является бесспорно графит. Благодаря его электрическим свойствам применение графита, как мы увидим ниже, особенно удобно в случае электрических печей. К сожалению, как мы уже отмечали, графит обладает существенным недостатком, а именно способностью при высоких температурах восстанавливать кремнезем в кремний, делая расплавленную массу непрозрачной. Это обстоятельство долгое время служило препятствием для применения графитовых тиглей при производстве прозрачного кварцевого стекла. Лишь в 1914г. Helberger183 предложил покрывать внутренние стенки тигля слоем вещества, инертного по отношению к кремнезему. В качестве такового Helberger использовал карборунд. Еще раньше (1905) Bredel164 употребил карборунд для производства тиглей. Однако тигли Bredel, состоявшие целиком из карборунда или имевшие незначительную примесь графита, обнаружили способность чрезвычайно крепко приставать к остывшему кварцевому стеклу. Helberger, указывая на этот недостаток, отмечает, что прилипания можно избежать, употребив не сплошной карборундовый слой, но особым образом обработанную-поверхность графита с образованием на этой поверхности как бы карборундовой пленки.
• В дальнейшем отдельные исследователи все чаще и чаще возвращаются к применению графитовых тиглей с защитным слоем, употребляя либо неактивные соединения углерода с кремнием, либо тугоплав-
кие металлы, например вольфрам. Из такого рода попыток можно* указать, например, на Rosenblum185 (1917), который получает защитный слой из соединения углерода, кремния и азота нагреванием кремнезема в графитовом тигле в атмосфере азота примерно до температуры'. 1 600°, и на Keyes168(1917), который образует защитный слой из вольфрама. В настоящее время применение вольфрама широко используется в Америке General Electric Co.
С изобретением графитовых тиглей с защитным слоем вопрос о выборе подходящего материала для плавки прозрачного кварцевого стекла можно считать окончательно разрешенным и имевшиеся здесь-препятствия преодоленными.
ПРИМЕНЕНИЕ ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ
Мы остановились столь подробно на огнеупорных материалах,, пригодных для изготовления кварцевого стекла, потому что этот вопрос является одним из основных в кварцевой индустрии. Не имея подходящего тигля, нельзя приступать к производству кварца в сколько-нибудь больших масштабах. Однако не менее важную роль играет проблема тепла. Суммируя весь опыт кварцевой промышленности, можно смело сказать, что история кварцевого стекла является историей промышленных методов получения высоких температур. С каждым новым достижением в этой области связан прогресс в области производства плавленого кремнезема. Первые удачные попытки получе^ ния прозрачного кварцевого стекла связаны с использованием кислородного пламени. Gaudin, Gautier, Chapuis, Shenston, Heraeus и другие пользовались пламенем гремучего газа. Однако уже Herschkowitsch употребляет для разогревания тигля вольтову дугу и достигает, как мы видим, Довольно хороших результатов.
Электричество, начавшее быстро проникать в начале XX в. во все отрасли промышленности, произвело полный переворот в кварцевой индустрии. Применение электрических методов нагревания не только облегчило и удешевило достижение температур, необходимых для плавки кремнезема, но и послужило, как мы увидим цалыне, толчком к возникновению новой технической области — производству непрозрачного кварцевого стекла.
Основным недостатком применения для плавки кварца кислородного пламени можно считать, помимо многочисленных чисто технических неудобств, дороговизну кислорода. Экономическая сторона, не являющаяся решающей, когда дело идет о кустарном производстве, приобретает доминирующее значение при переходе к промышленным масштабам. Понадобился довольно кратковременный опыт, чтобы убедиться ' в невозможности широкого развития производства кварцевого стекла без применения электрической энергии.
Еще в конце XIX в. мы имеем ряд попыток плавки кремнезема с помощью вольтовой дуги. При этом было замечено, что в случае непосредственного соприкосновения плавящегося вещества с пламенем в результате-плавления получается непрозрачная, почти совершенно черная масса: пламя дуги восстанавливает кремнезем, и получающийся кремний грязнит стекло. Химическое действие дуги было подробно исследовано Huttgn 167 (1901—1902). Он мог изменять расстояние от Дуги до плавящейся массы с помощью магнитного поля. Оказалось, что этим способом можно с большой легкостью управлять происходя-
127
<цими химическими реакциями. При отодвигании дуги, преобладает окисляющее действие окружающего воздуха, препятствующее восстановлению кремнезема в кремний. Hutton удалось чполучить довольно хорошие образцы прозрачного кварцевого стекла, однако применение •его методов в промышленных условиях.оказалось невозможным. Таким' образом отпал целый ряд способов плавки, связанных с непосредственным воздействием пламени дуги на плавящееся вещество, и пришлось перейти к методам, в которых употребляются тигли более или менее защищенные от проникания газов, развивающихся в результате горения дуги.
