Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физикохимического эксперимента - Зимин В.С.
Скачать (прямая ссылка):
Вязкость стекла в обычных условиях равна Ю13—1015 П (или 1012—Ю1* Па-с) При нагревании вязкость стекла уменьшается, оно делается более мягким и тягучим, так что его можно формовать, подвергать тепловой обработке.
Обрабатывать на пламени стеклодувных горелок можно только размягченное стекло, вязкость которого лежит в интервале от 103 до 104П. Механическое формование стекла производят при температуре 800—1100°С и вязкости 104—4-103 П.
1Р
При остывании стекло вновь твердеет. Температура, при которой вязкость стекла достигает 1013П, называется температурой стеклования.
Кривая изменения вязкости с уменьшением температуры должна быть относительно пологой, т. е. вязкость не должна изменяться слишком резко. В зависимости от вида кривой «вязкость — температура» стекла делят на «длинные» (пологая кривая) и «короткие» (более крутая кривая). К «длинным» стеклам относятся сравнительно легкоплавкие стекла — свинцовые, № 23, молибденовые и др.; к «коротким» — стекла типа «пнрекс». Самым «коротким» стеклом является кварцевое.
При быстром изменении температуры в стекле возникают неравномерные внутренние напряжения. Такое стекло очень непрочно н легко растрескивается. Напряжения в стекле снимают путем отжига. Для этого изделия помещают в печь в зону с температурой на 20—30 К (градусов) ннже температуры стеклования, выдерживают при этой температуре некоторое время, а затем медленно охлаждают. Естественно, чем меньше вязкость стекла, тем меньше нужно его нагревать, чтобы снять внутренние напряжения.
Поверхностное натяжение. Поверхность любой жидкости, а следовательно и расплавленной стекломассы, всегда стремится сократиться за счет сил, которые называют силами поверхностного натяжения. Чтобы увеличить поверхность, требуется затратить работу. Размер этой работы, отнесенный к единице поверхности, называют поверхностным натяжением и обозначают а. В системе единиц СГС эту величину измеряют в динах на сантиметр (дин/см), в СИ — в ньютонах на метр (Н/м); 1 дин/см = = 1 • 10~3 Н/м. Поверхностное натяжение стекла равно 220— —380 дин/см (0,22—0,38 Н/м) и зависит от его химического состава. При введении в состав стекла окисей алюминия (АЬ03) и магния (MgO) его поверхностное натяжение увеличивается, а при пведении окисей калия (КгО), натрия (Na20), бария (Ва203) и фосфора (Р2О5) — снижается. Поверхностное натяжение уменьшается при повышении температуры.
Чем больше поверхностное натяжение стекла, тем труднее его обрабатывать и тем сильнее приходится нагревать его (до более высокой температуры) стеклодуву при обработке (выдувании, осаживании, сгибании и др.).
§ 3. Механические свойства
Плотность. Плотность (р) определяется отношением массы тела к его объему. В системе единиц СГС ее измеряют в граммах па кубический сантиметр (г/см3), в СИ — в килограммах на кубический метр (кг/м3) : 1 г/см3 = 1-103 кг/м3. Плотность стекла з (ависимости от его состава может иметь значение от 2,2 до
7 г/см3.
11
Упругость. Упругостью илшнаюг свойство тела принимать свои первоначальные размеры н формы, измененные под воздействием каких-либо внешних усилии, после снятия этих усилий. Однако это свойство проивлисгс>1 у те.1 до тех пор, пока приложенные усилия не превышают некоторого предельного значения (предела упругости), при котором тела теряют способность быть упругими.
Потеря упругости у разных материалов проявляется по-разному: одни после снятия усилия остаются деформированными (так называемая остаточная деформация); другие при достижении предела упругости разрушаются. Первые материалы называются пластичными, вторые — хрупкими. Стекла относятся ко второй группе материалов.
Хрупкость. Хрупкость — состояние материла, в котором под действием внешних сил материал совсем не проявляет остаточной деформации (или последняя очень мала) и разрушается. Большая хрупкость стекла весьма ограничивает его применение. Хрупкость увеличивается, если стекло неоднородно по составу или толщине, если в нем имеются вкрапления инородных тел, пузырьков воздуха, если поверхность его поцарапана.
Материал можно вывести из хрупкого состояния, изменив внешние условия. Например, хрупкое при обычных условиях стекло становится пластичным при нагревании. Другие материалы будучи пластичными при обычных условиях, становятся хрупкими при понижении температуры. Так, резина при охлаждении становится хрупкой и легко разбивается. Таким образом, одни и те же материалы при разных условиях могут находиться или в хрупком, или в пластичном состоянии. Этим пользуются при формовке и обработке стекла, при изготовлении из него разных деталей и приборов. Различные сорта стекла при этом требуется нагреть до разной температуры.
В зависимости от состава стекла делятся на тугоплавкие (типа «пирекс» и кварцевые) и легкоплавкие (свинцовое, электродное, № 23). При работе первые приходится нагревать до ~1800°С и применять специальные паяльные горелки с подачей воздуха и даже кислорода в пламя, для обработки вторых иногда достаточно температуры пламени обычной газовой горелки.
Твердость. Твердость — сопротивление поверхностных слоев материала местным деформациям. Обычно она оценивается сопротивлением вдавливанию индикатора (шарика, конуса и т. п.). Существует также шкала твердости, предложенная Моосом и названная его именем. Эта шкала составлена из ряда материалов, которые расположены по увеличению твердости, причем каждый последующий царапает предыдущий. В этой шкале каждый минерал имеет свой номер, характеризующий его относительную твердость. Самый твердый из них — алмаз — имеет № 10, корунд— № д. Твердость всех других материалов оценивается в сравнении с твердостью десяти эталонных минералов. Стекло
