Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
А. А. Аппен разделяет неорганические стекла на несколько типов: элементарные, оксидные, галогенидные, халькогенидные и смешанные.
Элементарными называются стекла, состоящие из атомов одного элемента. При обычных условиях в стеклообразном состоянии можно получить серу, селен, мышьяк, фосфор. При скоростной
130
закалке расплава этот перечень существенно расширяется особенно за счет монометаллических стекол.
Наиболее распространенным и практически значимым классом стекол являются оксидные стекла. Основным параметром, который используется в качестве классификационной основы, является природа стеклообразующего оксида. Уже было показано, что типичными стеклообразователями являются В203, ЭЮг, Ое02, Р2О5, а также оксиды АэгОз, 5Ь20з, Те02, которые переходят в стеклообразное состояние при быстром охлаждении.
В связи с этим выделяют классы силикатных, боратных, фосфатных, германатных, теллуритных, ванадатных и других стекол. Каждый из классов в свою очередь подразделяется на группы в зависимости от природы представленных в составе стекла оксидов типа Ме20з, Ме02, Ме205, МеОз, многие из которых в чистом виде не стеклуются, однако в комбинации с типичными стеклообразователями могут служить основой самостоятельных классов стекол.
Главенствующие позиции занимают силикатные стекла, с которыми по распространенности в быту и технике не могут сравниться никакие другие классы стекол. Это обусловлено весьма благоприятным сочетанием разнообразных технических характеристик силикатных стекол со сравнительной простотой их промышленного производства. Как правило, силикатные стекла имеют многокомпонентный состав, причем стекла, получившие наиболее широкое распространение в быту и технике, обычно не содержат малодоступных и дорогостоящих компонентов.
В табл. 14 указан состав трех важнейших типов силикатных стекол.
Таблица 14. Состав важнейших промышленных силикатных стекол
Компоненты Состав, % (мае.)
натриево-каль-циевое силикатное стекло боросиликатное жаростойкое стекло свинцовое стекло
70 ... 74 80,5 56 ...58
В20з 0 ... 0,2 12 —
А120з 0,5... 2,0 2 0... 1
Л^О 0,4 — —
СаО 5... 10 — —
Ыа20 12 ... 17 4,5 12... 13
РЬО — — 30
Первое из них — обычное бытовое стекло, используемое в жилых и промышленных зданиях, второе — для изготовления химико-лабораторной посуды, третье — основа хрусталя.
Из однокомпонентных оксидных стекол ведущую роль играет стекло на основе кремнезема — кварцевое стекло. Это единствен-
5*
131
ное однокомпонентное стекло, выпускаемое в промышленных масштабах. Оно характеризуется сочетанием многих исключительно ценных физико-химических и технических свойств: огнеупорностью, высокой оптической прозрачностью в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном и радиочастотном диапазоне, химической стойкостью и высокой термостойкостью, чрезвычайно высокими электроизоляционными свойствами.
В последние десятилетия существенно расширились области использования другой группы стекол—х а л ь к о г е н и д н ы х, под которыми понимают стекла, где роль кислорода играют его аналоги по периодической системе — 5, 5е или Те, т. е. стекла на основе сульфидов, селенидов, теллуридов. В качестве стеклообразовате-лей в них выступают селениды мышьяка, германия, фосфора (АэгЗез, веБг, РгЭез) и сульфиды мышьяка и германия (Дэг^з, СеЗг). Халькогенидные стекла непрозрачны для видимого света, но отличаются прозрачностью в широкой инфракрасной области спектра. Они обладают электронной проводимостью, свойственной полупроводникам. Это делает оправданным их использование в решении различных прикладных задач.
Группа галоген и дных стекол включает фторбериллатные стекла, основным стеклообразующим веществом является ВеР2, кристаллохимическое сходство которого с БЮг было показано В. М. Гольдшмидтом, предложившим метод моделирования силикатных систем. Стеклообразователями являются и некоторые другие галогениды типа МеР2, в частности 2пС\2. Практического применения этот класс стекол до сих пор не получил.
Смешанные стекла синтезируются из смесей стеклообразу-ющих соединений различных типов — оксидов и галогенидов, оксидов и халькогенидов, халькогенидов и галогенидов. Практический интерес в этой группе стекол представляют фторфосфатные стекла, обладающие ценными оптическими свойствами.
4.4. СТРОЕНИЕ СТЕКЛА
К настоящему времени по проблеме строения стекла опубликовано очень много работ. Это объясняется, с одной стороны, той определяющей ролью, которую играет строение твердых веществ, в том числе и стеклообразных, в формировании их свойств, а с другой стороны, отсутствием в арсенале исследователей таких методов анализа, которые могли бы подобно рентгеноструктурно-му анализу в приложении к кристаллическим веществам дать однозначный ответ о строении стекла.
Результаты различных методов структурного анализа можно удовлетворительно объяснить на современном этапе с различных точек зрения. Это привело к появлению различных гипотез строения стекла. Наибольшее признание получили гипотезы, представленные акад. А. А. Лебедевым (кристаллитная гипотеза) и В. За-
