Стеклодувное дело - Легошин А.Я.
Скачать (прямая ссылка):
Поверхностное натяжение. Поверхность жидкости или расплава стремится сократиться под действием сил поверхностного натя-
7 жения, которые определяются неуравновешенностью сил молекулярного притяжения в любой точке поверхностного слоя. Количественной мерой поверхностного натяжения является работа, которуы необходимо затратить, чтобы увеличить поверхность на 1 м2. Единица поверхностного натяжения (коэффициента _ поверхностного натяжения) — Н/'м (ньютон на метр).
Под влиянием поверхностного натяжения любая поверхность стремится сократиться. Этим объясняется то, что жидкость, или расплав, в небольшой массе принимает форму шара, т. е. тела, у которого при наибольшем объеме наименьшая поверхность.
Поверхностное натяжение стекла в расплавленном состоянии при температуре IJOOcC колеблется в пределах 0,02—0,03 Н/'м. OhJ значительно отличается от поверхностного натяжения воды при обычной температуре (0,073 Н/м). Вследствие большого поверхностного натяжения стекло легко оплавляется, «осаживается» и «перемещается».
Только благодаря значительной вязкости и поверхностному натяжению стекло можно формовать, придавая ему ту или-иную форму. При разогревании цилиндрической стеклянной трубки в процессе размягчения поверхностное натяжение способствует уменьшению поверхности стекла, благодаря этому диаметр трубки уменьшается (поверхность при этом сокращается), а края трубки стремятся приобрести сферическую фор Туї у, что заставляет отверстие на конце суживаться, а затем и совсем запаиваться. Суммарное поверхностное натяжение по внешнему периметру больше, чем по внутреннему. Отверстие в боковой части, наоборот, при разогреве трубки расширяется, так как поверхностное натяжение своим воздействием уменьшает поверхность, стягивает размягченное стекло в противоположные стороны от отверстия, увеличивая размер отверстия. Отсутствие резких- углов и сглаженность стеклянных изделий при переходе от одной поверхности к другой, находящейся под углом к ней, также является следствием поверхностного натяжения.
Плотность. Плотность-—отношение массы тела к его объему. Плотность стекла колеблется в пределах 2,2—7,0 г/см3 (2200— 7000 кг/м3) в зависимости от состава. Чем больше в составе стекла оксидов тяжелых элементов PbO, BaO, тем больше плотность. У оптических тяжелых флинтов она доходит до 7,3 г/см3. Плотность химико-лабораторйых стекол не выходит за пределы 2,29— 2,56 г/см3.
Твердость. Для характеристики твердости можно использовать сопротивление, которое оказывает материал вдавливанию индикатора (твердого конуса или шарика), или относительную шкалу Mo-оса, где материалы расположены в виде ряда, в котором каждый более твердый материал царапает другой, менее твердый. За единицу твердости по этой шкале взята твердость наиболее мягких материалов— талька и графита (твердость равна 1). Наиболее твердый материал — алмаз (его твердость равна 10), твердость корунда AI2O3 равна 9. Твердость стекла колеблется от 5 до 6,7. Наиболее твердце стекла — это «Пирекс» и кварцевое.
8 Микротвердость, определяемая по размеру отпечатка алмазной пирамиды под нагрузкой 0,2 кг, для стекла от 40 до IOO-IO2 МПа.
Прочность. Прочность стекла определяется его сопротивлением разрушению. Количественной характеристикой прочности является наименьшее усилие, необходимое для разрушения образца стекла. Определяют предел прочности при сжатии, растяжении и изгибе. Предел прочности для стекла при сжатии равен (4,9-f-19,6) X XlO2 МПа, при растяжении — (0,35-М) IO2 МПа, при изгибе — (0,05—0,2) IO2 МПа. Наибольшей прочностью обладает стекло при сжатии и наименьшей при изгибе, поэтому толщина участков стекла в местах изгиба должна быть большей. Прочность при сжатии у стекла сравнима с прочностью чугуна, равной (6-=-11,8)102 МПа.
Хрупкость. Хрупкость материала определяется заметным отсутствием пластической деформации при разрушении под действием внешних сил. Стекло обладает очень малой, практически незаметной упругой деформацией и является типично хрупким материалом, что ограничивает- его техническое применение. Количественно хрупкость стекла определяется пределом прочности при ударном изгибе (удельная ударная вязкость). Для определения ударной вязкости образец стекла із виде балочки размером 120X25X6 мм устанавливается на две опорь; маятникового копра и ударом мед-ведги маятника разрушается. Минимальное усилие, вызывающее разрушение, фиксируется как предел прочности при ударном изгибе. Эта величина колеблется для стекла в пределах 0,0015— 0,0002 МПа.
Тепловое расширение. Поскольку стекло является изотропным материалом, оно одинаково расширяется во всех направлениях. Мерой, определяющей поведение стекла при нагревании, является термический коэффициент линейного расширения (измеряемый B0C-1)
OL = (It-I0)Z(IliM),
т. е. отношение увеличения длины образца при нагревании его на ГС к первоначальной длине образца. Линейное расширение стекла имеет большое значение при спаивании различных стекол, при впаивании металла в стекло. Только те спаи стекла со стеклом или с металлом будут прочными и не будут растрескиваться при охлаждении, у которых термические коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) близки по величине друг к другу ( табл. 3).
