Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физикохимического эксперимента - Зимин В.С.
Скачать (прямая ссылка):
12
(к зависимости от его состава) по шкале Мооса обладает твердостью 5—7, т. е. это весьма твердый материал.
Наиболее твердыми являются кварцевые стекла и стекла типа «нирекс».
Прочность при сжатии и при растяжении. Прочность — сопро-швление материала разрушению. Она характеризуется пределом прочности, который определяется наименьшим усилием, действующим на единицу площади, вызывающим разрушение материала. В единицах СГС эта величина измеряется в дннах на квадратный сантиметр (дин/см2), в единицах СИ — в паскалях (Па): 1дин/см2 = 0,1 Па.
Предел прочности при сжатии определяется силой сжатия, предел прочности при растяжении — силой растяжения.
Стекло довольно прочный материал, причем его прочность зависит от состава и метода обработки. Прочность при сжатии стекол разного вида находится в пределах от 5 до 200 кГ/мм2, т. е. от 1,9* 10° до 19,6-109 дин/см2 или 4,9-108— 19,6-108 Па. Чтобы попять, насколько прочно стекло, можно для сравнения привести шачение прочности при сжатии чугуна 60 4-120 кГ/мм2 (т. е. 5,88-109 -г- 11,76-109 дин/см2 = 5,88-10®-Ч- 11,76-108 Па) и стали 200 кГ/мм2 (19,6* Ю9 дин/см2 = 19,6-10® Па).
Предел прочности стекла при растяжении в 15—20 раз меньше предела прочности при сжатии и составляет 3,5—10 кГ/мм2 (3,43-108 -г- 9,8-108 дин/см2 = 3,43-107 -f- 9,8-107 Па).
Прочность при изгибе. При изгибе стекло испытывает действие п растягивающих, и сжимающих сил. Прочность стекла при изгибе определяют, положив свободно концы стеклянного стержня па две опоры и постепенно повышая нагрузку в середине его иплоть до разрушения стержня. Прочность стекла при изгибе меньше прочности при растяжении (10 ч- 25 кГ/см2 = 9,8 X X 107-=-24,5-107 Па), поэтому участки в местах изгибов трубок и отделки дна заготовок (плечики) должны быть утолщены.
§ 4. Термические свойства
Часто пригодность стекол для изготовления того или иного прибора, работающего в определенном интервале температур, «щенивают по термическим свойствам стекол: теплоемкости, теплопроводности, термическому расширению и термостойкости.
Теплоемкость. Теплоемкость материала равна отношению количества теплоты, сообщенной ему, к происшедшему при этом изменению температуры материала.
Различают удельную и мольную теплоемкость. Удельная теплоемкость— это количество теплоты, которое необходимо сообщить единице массы материала (вещества), чтобы его темпера-Iура изменялась на 1К (градус), мольная теплоемкость — это количество теплоты, которое необходимо сообщить 1 моль вещества
13
для изменения его температуры также на IK. В единицах, основанных на калориях, удельная теплоемкость измеряется в кал/(г-К) или в ккал/(кг-К), в единицах системы СГС — в эрг/(г-К), в единицах СИ — в Дж/(кг-К); 1 кал/(г-К) = = 1 ккал/(кг -К) = 4,1868-107 (эрг/(г-К) = 4,1868-103Дж/(кг-К).
Удельная теплоемкость стекла равна 0,08—0,25 кал/(г-К), или 334,9—1004,8 Дж/(кг-К) и зависит от его химического состава. Чем больше стекло содержит окислов тяжелых металлов, например ВаО, РЬО, тем хуже теплоемкость стекла и тем больше потребуется тепла, чтобы нагреть стекло до заданной температуры. Стекла, в состав которых входят окислы легких металлов, например Li20, обладают большей удельной теплоемкостью.
Теплопроводность. Способность материала проводить тепло, т. е. его теплопроводность, оценивается коэффициентом теплопроводности (X), который чнеленно равен количеству тепла, переносимому на определенное расстояние (толщину, длину) через единицу поверхности сечения за единицу времени при разности температур в 1 К. Коэффициент теплопроводности (Я,) измеряется в кал/(см-с-К) или в СГС — в эрг/(см-с-К), а в СИ — в Вт/(м-К):
1 кал/(см-с-К) = 4,1868-107 эрг/(см-с-К) = 4,1868-102 Вт/(м-К).
Стекло плохо проводит тепло, его коэффициент теплопроводности равен 0,0017—0,0032 кал/(см-с-К) или 7—14 Вт/(м-К). Нагретые стекла очень медленно остывают, о чем следует помнить при обработке стекла. Кроме того, вследствие малой теплопроводности стекла при формовке из него деталей и пайке на довольно небольших участках стеклянных изделий создается большой перепад температуры, а следовательно, в стекле возникают внутренние напряжения и хрупкость его значительно увеличивается.
Тепловое расширение. Все твердые тела при нагревании расширяются, т. е. увеличиваются в объеме. Стекло является изотропным материалом — при нагревании оно изменяется в объеме во всех направлениях одинаково.
Тепловое расширение обычно характеризуют коэффициентом теплового расширения (а). Под коэффициентом теплового расширения понимают увеличение длины образца при нагреванин его на 1 К, отнесенное к длине образца до нагревания.
При выполнении стеклодувных работ это свойство стекла следует учитывать. Например, нельзя спаивать стекла, значительно различающиеся коэффициентами термического расширения, так как спай при охлаждении обязательно треснет. Особенно важно правильно подбирать стекло, если его надо спаять с металлом’ (см. гл. VII). В таблице 3 приведены значения коэффициентов термического расширения и других физических характеристик некоторых стекол, применяемых в стеклодувных работах.
