Свойства стекла как изоляционного материала
Стекло — твёрдое прозрачное неорганическое вещество, которое легко поддаётся формовке в расплавленном виде и застывает без кристаллизации при охлаждении. В природной форме стекло существует в виде минералов (например, обсидиан), но чаще его получают искусственным путём. Физические и химические свойства стекла зависят от состава, структуры, температурного режима обработки, наличия примесей и других факторов.
Свойства изоляционных материалов
Высокое электрическое сопротивление
Изоляторы, такие как стекло и резина, имеют высокое электрическое сопротивление, что делает их плохими проводниками электричества.
Низкая теплопроводность
Стекло и резина имеют низкую теплопроводность, что затрудняет передачу тепла через них.
Неметаллический состав
Стекло и резина состоят из неметаллических элементов, что делает их хорошими изоляторами.
Высокое удельное сопротивление
Изоляционные материалы, такие как стекло и резина, обладают высоким удельным сопротивлением, что препятствует потоку электрического тока.
Аморфная или нерегулярная структура
Молекулярные структуры стекла и резины являются аморфными или нерегулярными, что делает их изоляционными материалами.
Диэлектрические свойства
Стекло и резина также обладают хорошими диэлектрическими свойствами, способностью хранить электрическую энергию.
Применение стекла и резины
Из-за указанных свойств стекло и резина часто используются в качестве изоляционных материалов, например, в электропроводке, окнах и для защиты от электрических токов.
Технические характеристики
ISO 62
Коэффициент преломления
Удлинение при разрыве
Модуль упругости
Прочность при изгибе
Температурная стойкость
Коэффициент термического расширения
И другие показатели
Стекло и резина — незаменимые материалы среди изоляционных материалов благодаря своим физическим и химическим свойствам. Их применение широко в различных отраслях науки и техники.
## Рекомендованная эксплуатационная температура
Рекомендованная температура формовки
Объемное удельное сопротивление
Диэлектрическая константа 50 Гц
Диэлектрическая проницаемость 50 Гц
Физические свойства акрилового стекла, в сочетании с простотой обработки, позволяют использовать его для изготовления широкого спектра изделий в различных областях:
- Литой акрил отличается от экструдированного на молекулярном уровне, у него более длинная полимерная цепочка, что связано со способом производства. Поэтому литое оргстекло обладает большей ударопрочностью, более термостойкое и менее растяжимо, чем экструзионное, что играет роль при формовании, полировке.
Технические характеристики материала стоит учитывать при производстве различных изделий, а также, планируя обработку материала.
Предоставляем услуги прямолинейного и криволинийного реза.
Возможны разногласия в толщине материала !!!
## Обрабатываемая стеклокерамика (MGC)
Обрабатываемая стеклокерамика (также известная как обрабатываемая керамика) представляет собой поликристаллический композитный материал белого цвета. Это стеклокерамический материал с кристаллитами синтетической слюды в качестве основной кристаллической фазы. Обрабатываемая керамика обладает высокой механической прочностью, отличными диэлектрическими и тепловыми свойствами, а также хорошей химической стабильностью. Наиболее выдающаяся особенность обрабатываемой керамики заключается в ее обрабатываемости, которая может соответствовать высокоточным техническим требованиям, без изготовления пресс-форм, а напрямую обрабатывать и формировать, что значительно сокращает цикл проектирования и обработки. Обрабатываемая керамика может быть гибко применена к различным конструкционным керамическим деталям, требующим сложной формы, высокой точности и сложного формования, таким как различные керамические тонкостенные детали, керамические резьбы и т.д.
## Наши услуги по обработке стеклокерамики
Ceramic является экспертом в производстве технической керамики. С 2013 года мы приняли участие в производстве и предоставили сотням компаний более 3 000 видов точных керамических изделий. Мы можем предоставить вам обработку керамики, керамическое сырье, формовку керамических форм, металлизацию поверхности и другие услуги, и мы стремимся предоставлять только те продукты и услуги, которые соответствуют или превосходят требования заказчика к качеству.
### Почему стоит использовать нашу обрабатываемую стеклокерамику?
Потому что цена керамики Macor относительно дорогая, и нам сложнее ее достать. Поэтому в качестве замены Macor мы предложили более выгодную цену и характеристики обрабатываемой керамики.
### Керамические изделия, поддающиеся механической обработке
- Прочность на сжатие
- Прочность на изгиб
### Тепловые свойства
- Максимальная температура использования ℃ (без нагрузки)
- Теплопроводность при 20°C
- Тепловое расширение a при 25-200°C 1 x 10-6/°C
### Электрические свойства
Объемное удельное сопротивление при 25°C
*Значения являются типичными свойствами материала и могут изменяться в зависимости от конфигурации изделий и процесса производства. Для получения более подробной информации, пожалуйста, обращайтесь связаться с нами.
Для чего может использоваться обрабатываемая керамика?
Обрабатываемая керамика легко поддается воздействию галогеновых кислот, таких как HCl (соляная кислота). Испытания показали, что 2,52 грамма (1 куб. см) образца стеклокерамики при воздействии соляной кислоты с рН 0,1 потеряли 100 мг (3,96%) в течение 24 часов. При воздействии гидроксида натрия с pH 13,2 он потерял 0,396% за 6 часов. При температуре выше 600°C (в вакууме) фтор выпадает в осадок, который проявляется в виде трифторида бора или фтористоводородной кислоты.
Обрабатываемая керамика Индивидуальная обработка
Ceramic – это ваш специалист по обработке стеклокерамики Machinable для ваших потребностей в прецизионной керамике для прототипирования и производства; мы всегда рады использовать наш многолетний опыт работы с передовой керамикой для предоставления консультаций по материалам, дизайну и применению. Если вы хотите купить плиты, стержни, трубки или компоненты, обработанные на заказ, пожалуйста связаться с нами и один из наших экспертов будет рад помочь вам.
Обрабатываемая керамика – это композитный материал, изготовленный из фторфлогопита в матрице из боросиликатного стекла в соотношении 45/55 соответственно. Его ингредиенты следующие:
- Фторфлогопит
- Боросиликатное стекло
Обрабатываемые керамические материалы обладают отличными электроизоляционными свойствами, высокой механической прочностью, быстрой холодо- и теплостойкостью (широко используются в сварочных приспособлениях, формах для формовки оптического стекла и т.д.). Его коррозионная стойкость также лучше, чем у обычной керамики, и его превосходная коррозионная стойкость позволяет использовать его в различном химическом оборудовании. По сравнению с PTFE, он более устойчив к коррозии, не стареет и имеет длительный срок службы.
Название
Ссылка на загрузку страницы
Свойства стекла
Плотность стекла зависит от его химического состава. Плотность — отношение массы стекла при данной температуре к его объему, зависит от состава стекла (чем больше содержание тяжелых металлов, тем стекло плотнее), от характера термической обработки и колеблется в пределах от 2 до 6 (г/см³). Плотность — постоянная величина, зная ее, можно судить о составе стекла. Наименьшей плотностью обладает кварцевое стекло — от 2 до 2,1 (г/см³), боросиликатное стекло имеет плотность 2,23 г/см³, наибольшей — оптические стекла с высоким содержанием окислов свинца — до 6 (г/см³). Плотность известково-натриевого стекла составляет около 2,5 г/см³, хрустального — 3 (г/см³) и выше. Табличным значением плотности стекла является диапазон от 2,4 до 2,8 г/см³.
Свойства стекла
Прочность
Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних нагрузок. Прочность характеризуется пределом прочности. Предел прочности на сжатие для различных видов стекла колеблется от 50 до 200 кгс/мм². На прочность стекла оказывает влияние его химический состав. Например, окислы CaO и B₂O₃ значительно повышают прочность, в то время как PbO и Al₂O₃ в меньшей степени, а MgO, ZnO и Fe₂O₃ почти не изменяют ее. Важным механическим свойством стекла является прочность на растяжение, которая обычно составляет 3,5—10 кгс/мм², в 15—20 раз меньше, чем на сжатие. Химический состав влияет на прочность стекла при растяжении примерно так же, как и на прочность при сжатии.
Твердость
Твердость стекла, как и многие другие свойства, зависит от примесей. По шкале Мооса она составляет 6-7 ед, что находится между твёрдостью апатита и кварца. Твердость различных видов стекла зависит от его химического состава. Наибольшую твердость имеет стекло с повышенным содержанием кремнезема — кварцевое и боросиликатное. Увеличение содержания щелочных окислов и окислов свинца снижает твердость; наименьшей твердостью обладает свинцовый хрусталь.
Хрупкость
Хрупкость — свойство стекла разрушаться под действием ударной нагрузки без пластической деформации. Сопротивление стекла удару зависит не только от его толщины, но и от формы изделия, наименее устойчивы к удару изделия плоской формы. Для повышения прочности к удару в состав стекла вводят окислы магния, алюминия и борный ангидрид. Неоднородность стекломассы, наличие дефектов резко повышают хрупкость. Сопротивление стекла удару увеличивается при его отжиге. Хрупкость стекол практически не зависит от состава, но изменение химического состава может регулировать это свойство.
Прозрачность
Прозрачность – одно из важнейших оптических свойств стекла. Определяется отношением количества прошедших через стекло лучей ко всему световому потоку. Прозрачность зависит от состава стекла, обработки его поверхности, толщины и других показателей. Наличие примесей, таких как окиси железа, может уменьшать прозрачность стекла.
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Прочность | от 50 до 200 кгс/мм² |
| Твердость | 6-7 по шкале Мооса |
| Хрупкость | устойчивость к удару |
| Прозрачность | оптическое свойство |
Термостойкость стекла характеризуется его способностью выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения температуры и является важным показателем качества стекла. Зависит от теплопроводности, коэффициента термического расширения и толщины стекла, формы и размеров изделия, обработки поверхности, состава стекла, дефектов. Термостойкость тем выше, чем выше теплопроводность и ниже коэффициент термического расширения и теплоемкость стекла. Толстостенное стекло менее термостойко, чем тонкое. Наиболее термостойко стекло с повышенным содержанием кремнезема, титана и бора. Низкую термостойкость имеет стекло с высоким содержанием окислов натрия, кальция и свинца. Хрусталь менее термостоек, чем обычное стекло. Термостойкость обыкновенного стекла колеблется в пределах 90—250 °С, а кварцевого: 800—1000 °С. Отжиг в специальных печах повышает термостойкость в 2,5—3 раза.
Теплопроводность — это способность материала, в данном случае стекла, проводить тепло без перемещения вещества этого материала. У стекла коэффициент теплопроводности равен 1-1,15 Вт/мК.
Тепловое расширение — это увеличение линейных размеров тела при его нагревании. Коэффициент линейного теплового расширения стекол колеблется от 5·10⁻⁷ до 200·10⁻⁷. Самый низкий коэффициент линейного расширения имеет кварцевое стекло — 5,8·10⁻⁷. Величина коэффициента термического расширения стекла в значительной степени зависит от его химического состава. Наиболее сильно на термическое расширение стекол влияют щелочные окислы: чем больше содержание их в стекле, тем больше коэффициент термического расширения. Тугоплавкие окислы типа SiO₂, Al₂O₃, MgO, а также B₂O₃, как правило, понижают коэффициент термического расширения.
Упругость — способность тела возвращаться к своей первоначальной форме после устранения усилий, вызвавших деформацию тела.
Упругость характеризуется модулем упругости. Модуль упругости — величина, равная отношению напряжения к вызванной им упругой относительной деформации. Различают модуль упругости при осевом растяжении — сжатии (модуль Юнга, или модуль нормальной упругости) и модуль сдвига, характеризующий сопротивление тела сдвигу или сколу и равный отношению касательного напряжения к углу сдвига.
Свойства стекла производства Corning
Код стекла 0080 7740 7800 7913 0211
Тип Силикатное Боро-силикатное Боро-силикатное 96% Силиката Цинково-титановое
Цвет Прозрачное Прозрачное Прозрачное Прозрачное Прозрачное
Термическое расширение (умножать на 10-7 см/см/°С) 0-300 °С 93,5 32,5 55 7,5 73,8
25 °С, до темп. застывания 105 35 53 5,52 –
Верхний предел рабочей темп. для отожженого стекла (для механических свойств) Норм. эксплуатация, °С 110 230 200 900 –
Экстрем. эксплуатация, °С 460 490 460 1200 –
Верхний предел рабочей темп. для закаленного стекла (для механических свойств) Норм. эксплуатация, °С 220 260 – – –
Экстрем. эксплуатация, °С 250 290 – – –
6,4 мм толщиной, °С 50 130 – – –
12,7 мм толщиной, °С 35 90 – – –
Термостойкость, °С 16 54 33 220 –
Плотность, г/см³ 2,47 2,23 2,34 2,18 2,57
Коэффициент оптической чувствительности по напряжениям, (нм/см)/(кг/мм²) 277 394 319 – 361
Обзор физических и химических свойств стекол Duran, DWK
Свойства Коэффициент линейного расширения α (20 °C – 300 °C) × 10⁻⁶ Точка деформации, °С Плотность, г/см³ Гидролитическая стойкость DIN ISO 719 IN Устойчивость к кислотам DIN 12 116 Устойчивость к щелочам ISO 695
Duran 3,3 525 2,23 Не изменяемые водой Стойкое к действию кислот Умеренно растворимое в щелочах
Fiorax 4,9 565 2,34 Не изменяемые водой Стойкое к действию кислот Умеренно растворимое в щелочах
Натриево-кальциево- силикатное стекло 9,1 525 2,5 Тугоплавкое для приборов Стойкое к действию кислот Умеренно растворимое в щелочах
SWB 6,5 555 2,45 Не изменяемое водой Стойкое к действию кислот Слаборастворимое в щелочах
Обзор физических свойств стекол Kimble, DWK
Виды стекла 33 Боросиликатное стекло 51 Боросиликатное стекло
Точка деформации, °C 513 530
Температура отжига, °C 565 570
Линейный коэффициент расширения α (0 – 300 °C)×10⁻⁷ 32 55
Плотность, г/см³ 2,22 2,33
Пропускание видимого света, толщина 2 мм 92% 91%
Обзор физических и химических свойств стекол Wheaton, DWK
Виды стекла Борсиликатные стекла Натриево-кальциево- силикатные стекла
180 200 300 320 400 500 800 900
Точка деформации, °C 510 505 525 510 530 515 510 496
Температура отжига, °C 560 560 570 560 570 550 548 536
Линейный коэффициент расширения α (0 – 300 °C)×10⁻⁷ 33 33 55 54 60 61 88 91
Плотность, г/см³ 2,23 2,23 2,33 2,39 2,41 2,42 2,48 2,50
Устойчивость к кислотам Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Стойкое к действию кислот Умеренно растворимое в кислотах Умеренно растворимое в кислотах
Устойчивость к щелочам Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Слаборастворимое в щелочах Сильно растворимое в щелочах Сильно растворимое в щелочах
Рассмотрим подробнее основные свойства стекла.
Плотность
Плотность зависит от состава материала, его структуры, способа термообработки, наличия примесей и добавок. Плотностью называют содержание массы объекта при определённой температуре в единице объёма. Чем больше в составе тяжёлых металлов, тем плотнее структура. Это постоянная величина, по которой можно оценивать состав. Плотность разных стеклоизделий составляет от 2 до 6 г/см3, наименьший показатель у кварцевого (2-2,1 г/см3), наибольший — у оптических свинецсодержащих (до 6 г/см3).
Прочность
Прочность — это способность материала выдерживать внутреннее напряжение, вызванное нагрузкой извне. Она отдельно измеряется двумя показателями: пределом прочности на сжатие и растяжение. Для разных видов стеклоизделий предел прочности на сжатие составляет от 50 до 200 кгс/мм2. На прочность также влияет химсостав: например, оксиды кальция и бора повышают этот показатель, а оксиды магния, цинка, железа практически никак не влияют на него. Прочность на растяжение является более значимым показателем, поскольку растяжение стекло выдерживает в разы хуже, чем сжатие. Стандартный показатель — 3,5-10 кгс/мм2, что в 15-20 раз меньше, чем на сжатие.
Твёрдость
Как и на другие свойства, на твёрдость стеклянных изделий также влияют примеси. По шкале Мооса она равняется 6-7 единицам, что является средним показателем между твёрдостью апатита и кварца. У материалов с содержанием кремнезема этот показатель выше, у свинецсодержащих и с щелочными металлами в составе — ниже.
Хрупкость
Хрупкость — это свойство материала, характеризующее его склонность к разрушению без предварительной деформации. Стекло обладает высокой хрупкостью: оно может легко разрушаться под воздействием внешних сил. На сопротивление материала ударной нагрузке влияет не только толщина, но и форма: плоские стеклянные изделия лучше выдерживают удар. Чтобы повысить прочность, в состав сырья вводят окислы магния, алюминия, борный ангидрид. Хрупкость повышается при неоднородности стеклянной массы, а также при наличии различных дефектов производства (например, кристаллизации). Повысить сопротивляемость материала удару можно путём отжига.
Прозрачность
Прозрачность — одно из главных оптических свойств стекла. Она измеряется с помощью спектрофотометра, который определяет способность материала пропускать свет волн различной длины. Результат измерения обычно выражается в процентах пропускаемого света или коэффициенте светопропускания. На прозрачность влияет состав материала, способ обработки поверхности, толщина, другие особенности. Например, примеси окиси железа понижают этот показатель.
Термостойкость
Термостойкость — свойство, которое позволяет без разрушения выдерживать напряжение, вызванное циклическим изменением температуры. Это один из главных показателей качества стеклопродукции, который зависит от содержания различных добавок (например, оксидов металлов), процессов охлаждения и отжига, степени кристалличности. Также важным фактором является наличие внутренних напряжений или дефектов. Наименьшей термостойкостью отличаются виды с высоким содержанием окислов натрия, свинца, кальция, наибольший показатель — у кварцевого (до 1000°С). Тонкое стекло более термостойкое, чем толстостенное. Показатель также можно повысить в 2-3 раза путём отжига.
Теплопроводность
Теплопроводность — это физическая величина, характеризующая способность материала проводить тепло. Она измеряется в единицах Вт/(м·К) и показывает, сколько тепла (в ваттах) пройдет через единицу материала толщиной в 1 метр при разности температур 1 градус Цельсия. У стекла этот коэффициент весьма незначителен: он составляет всего лишь 1-1,15 Вт/мК.
Коэффициент теплового расширения
Тепловым расширением считается способность материала увеличивать свои размеры при нагреве и сокращать их при охлаждении. Для стёкол этот коэффициент составляет от 5·10-7 до 200·10-7, а зависит преимущественно от химического состава. Самый низкий — у кварцевого, самый высокий — у материалов с повышенным содержанием щелочных компонентов.
Упругость
Упругость показывает, насколько хорошо материал может возвращать свою форму и размеры после прекращения воздействия внешних сил или деформаций. Она измеряется модулем упругости — величиной, измеряемой в паскалях (Па) и показывающей, насколько сильно материал будет деформироваться под воздействием силы. На этот показатель также влияет химсостав: оксиды кальция, бора, алюминия, магния, бария, цинка и плюмбума повышают упругость.
Виды стекла
Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты. Кварцевое стекло состоит из диоксида кремния SiO₂ и является самым термостойким стеклом: коэффициент его линейного расширения в пределах 0 – 1000 °С составляет всего 6×10⁻⁷. Поэтому раскаленное кварцевое стекло, опущенное в холодную воду, не растрескивается.
Температура размягчения кварцевого стекла, при которой достигается динамическая вязкость 10⁷ Пуаз (10 Пахс) равна 1250 °С. При отсутствии значительных перепадов давления кварцевые изделия можно применять до этой температуры. Полное же плавление кварцевого стекла, когда из него можно изготавливать изделия, наступает при 1500-1600 °С.
Известно два сорта кварцевого стекла: прозрачный кварц и молочно-матовый. Мутность последнего вызвана обилием мельчайших пузырьков воздуха, которые при плавке стекла не могут быть удалены из-за высокой вязкости расплава. Изделия из мутного кварцевого стекла обладают почти такими же свойствами, как и изделия из прозрачного кварца, за исключением оптических свойств и большей газовой проницаемости.
Поверхность кварцевого стекла обладает незначительной адсорбционной способностью к различным газам и влаге, но имеет наибольшую газопроницаемость среди всех стекол при повышенной температуре. Например, через кварцевую трубку со стенками толщиной в 1 мм и поверхностью 100 см² при 750 °С за один час проникает 0,1 см³ Н₂, если перепад давлений составляет 1 атм (0,1 МПа).
Кварцевое стекло следует тщательно предохранять от всяких загрязнений, даже таких как жирные следы от рук. Перед нагреванием кварцевого стекла имеющиеся на нем непрозрачные пятна снимают при помощи разбавленной фтороводородной кислоты, а жировые — этанолом или ацетоном.
Кварцевое стекло устойчиво в среде всех кислот, кроме HF и Н₃РO₄. На него не действуют до 1200 °С С1₂ и НСl, до 250 °С сухой F₂. Нейтральные водные растворы NaF и SiF₄ разрушают кварцевое стекло при нагревании. Оно совершенно непригодно для работ с водными растворами и расплавами гидроксидов щелочных металлов.
Кварцевое стекло при высокой температуре сохраняет свои электроизоляционные свойства. Его удельное электрическое сопротивление при 1000 °С равно 10⁶ Ом×см.
Обычное стекло
К обычным стеклам относятся известково-натриевое, известково-калиевое, известково-натриево-калиевое.
Известково-натриевое (содовое), или натрий-кальций-магний-силикатное, стекло применяют для выработки оконных стекол, стеклотары, столовой посуды.
Известково-калиевое (поташное), или калий-кальций-магний-силикатное, стекло обладает более высокой термостойкостью, повышенным блеском и прозрачностью; используется для выработки высококачественной посуды.
Известково-натриево-калиевое (содово-поташное), или натрий-калий-кальций-магний-силикатное, стекло имеет повышенную химическую стойкость, благодаря смешению окислов натрия и калия; наиболее распространено в производстве посуды.
Боросиликатное стекло
Стекла с высоким содержанием SiO₂, низким — щелочного металла и значительным — оксида бора B₂O3 называются боросиликатными. Борный ангидрид действует как флюс для кремнезема, так что содержание щелочного металла в шихте может быть резко уменьшено без чрезмерного повышения температуры расплавления. В 1915 году фирма Corning Glass Works начала производить первые боросиликатные стекла под торговым названием Pyrex. Стекло марки Pyrex является боросиликатным стеклом с содержанием не менее 80% SiO₂, 12-13% В₂O₃, 3-4% Na₂О и 1-2% Аl₂О₃. Оно известно под разными названиями: Corning (США), Duran 50, Йенское стекло G₂0 (Германия), Гизиль, Монекс (Англия), ТС (Россия), Совирель (Франция), Simax (Чехия).
В зависимости от конкретного состава стойкость к термоудару таких стекол в 2-5 раз выше, чем у известковых или свинцовых; они обычно намного превосходят другие стекла по химической стойкости и имеют свойства, полезные для применения в электротехнике.
Температура размягчения стекла «пирекс» до динамической вязкости в 10¹¹ пуаз (10¹⁰ Пас) составляет 580-590 °С. Тем не менее стекло пригодно для работ при температурах до 800 °С, но без избыточного давления. При использовании вакуума температуру изделий из стекла «пирекс» не следует поднимать выше 650 °С. В отличие от кварцевого стекло «пирекс» до 600 °С практически непроницаемо для Н₂, Не, O₂ и N₂. Фтороводородная и нагретая фосфорная кислоты, так же как и водные растворы (даже 5%-ные) КОН и NaOH, а тем более их расплавы, разрушают стекло «пирекс».
Боросиликатное стекло 3.3 — силикатное стекло с добавлением оксида бора (B₂O₃) в количестве 13%. Температура плавления 825 °С. Плотность такого стекла составляет 2,23 г/см³. Температура размягчения стекла составляет 525 °С. Данный вид стекла обладает высокой устойчивостью к экстремальным температурам, а также к механическим и химическим воздействиям.
Боросиликатное стекло 5.0 — силикатное стекло с добавлением оксида бора (B₂O₃) в количестве 11%. Температура плавления 789 °С. Плотность такого стекла составляет 2,34 г/см³. Температура размягчения стекла составляет 569 °С. Данный вид стекла обладает высокой устойчивостью к экстремальным температурам, а также к механическим и химическим воздействиям.
Боросиликатное стекло 7.0 — силикатное стекло с добавлением оксида бора (B₂O₃) в количестве 6.57%. Температура плавления 750 °С. Плотность такого стекла составляет 2,46 г/см³. Температура размягчения стекла составляет 550 °С. Данный вид стекла обладает высокой устойчивостью к экстремальным температурам, а также к механическим и химическим воздействиям.
Хрустальное стекло
Хрустальные стекла (хрусталь) — высокосортные стекла, обладающие особым блеском и способностью сильно преломлять свет. Различают свинцовосодержащие и бессвинцовые хрустальные стекла.
Свинцовосодержащие хрустальные стекла — свинцово-калиевые стекла, вырабатывают с добавлением окислов свинца, бора и цинка. Характеризуются повышенным весом, красивой игрой света, мелодичным звуком при ударе; применяют для производства высококачественной посуды и декоративных изделий. Наибольшее применение имеет хрусталь с содержанием от 18 до 24% окислов свинца и 14—16,5% окиси калия (легкий).
К бессвинцовым хрустальным стеклам относятся баритовое, лантановое и др.
Баритовое стекло содержит повышенное количество окиси бария. Обладает лучшим блеском, более высокой светопреломляемостью и удельным весом по сравнению с обычными стеклами, применяют как оптическое и специальное стекло.
Лантановое стекло содержит окись лантана La₂О₃ и лантаниды (соединения лантана с алюминием, медью и др.). La₂О₃ повышает светопреломление. Отличается высоким качеством; применяется как оптическое.
Виды и свойства стекла
Стекло — это неорганическая смесь, расплавленная при высокой температуре, которая затвердевает при охлаждении, но не кристаллизуется.
Свойства стекла Simax
(основные составляющие в массовом проценте)
SiO2 B2O3 Na2O + K2O Al2O3
воде при 98°C (по ISO 719) HGB 1
воде при 121°C (по ISO 720) HGA 1
кислотам (по ISO 1776) 1
водному раствору со смесью щелочей (по ISO 695) A2 или лучше
Твердость, определяемая царапанием стеклянной массы 6° шкалы Мооса
Допустимая нагрузка на растяжение 3.5 МПа
Допустимая нагрузка на изгиб 7.0 МПа
Допустимая нагрузка под давлением 100.0 МПа
Стекло — это визуально прозрачный материал, состоящий в основном из оксидов кремния, натрия и кальция. Основная особенность стекла заключается в его прозрачности, твёрдости, а также химической инертности. Материал также обладает хорошей термостойкостью, что позволяет использовать его в различных областях, включая производство окон, посуды, лабораторной посуды, оптических приборов, других изделий.
Рассмотрим основные виды и сферу применения.
Среди обычных стёкол — известково-натриевое, известково-калиевое, известково-натриево-калиевое.
К боросиликатным относятся стёкла с повышенным содержанием диоксида кремния, высоким содержанием оксида бора и минимальным щелочных компонентов. Борный ангидрид помогает значительно снизить содержание щелочного металла в смеси, из которой получается кремнезем. При этом не требуется повышать температуру расплавления.
Впервые боросиликатные стёкла начала производить компания Corning Glass Works в 1915 году, выпуская их под брендом Pyrex. Сейчас продукцию с аналогичным химическим составом выпускают под названиями Corning, Duran 50, Simax, «Гизиль», «Монекс», «Совирель», ТС и пр. В зависимости от специфики состава, такие стёкла от 2 до 5 раз более устойчивы к термоудару, чем известковые или свинцовые, а также значительно превосходят другие типы по химической устойчивости и активно применяются в электротехнике.
Стеклопродукция Pyrex размягчается до динамической вязкости в 10,7 Па⋅с при температуре в +580-590°С. Несмотря на это, материал можно использовать при температуре до +800°С, если нет избытка давления. Если работа осуществляется в вакууме, температуру изделий не рекомендуется поднимать выше +650°С.
В отличие от кварцевого, стекло «Пирекс» при нагреве до 600°С невосприимчиво к воздействию водорода, гелия, азота и кислорода. Однако фтороводородные, нагретые фосфорные кислоты, а также водные растворы гидроксида калия и натрия способны разрушить материал.
Кварцевое
Производство кварцевого стекла осуществляется путём плавления кремнезема высокой чистоты. Готовый материал состоит из SiO2 (диоксида кремния) и отличается максимальной термостойкостью среди всех прочих видов. Коэффициент линейного расширения составляет 6×10-7 в пределах от 0 до -1000°С, поэтому даже если погрузить раскалённый материал в холодную воду, он не потрескается.
Стекло достигает динамической вязкости в 10,7 Па⋅с при нагреве до 1250°С. Полностью оно плавится при показателе в 1500-1600°С.
Есть два типа кварцевого стекла: прозрачное и молочно-матовое. Непрозрачность второго типа вызвана большим количеством миниатюрных воздушных пузырьков, которые невозможно удалить в процессе плавления из-за повышенной вязкости. По свойствам оба сорта аналогичны, за исключением оптических характеристик и газопроницаемости.
Адсорбция поверхности кварцевого материала по отношению к влаге и газам незначительна, но его газопроницаемость при условии повышенной температуры самая большая среди других видов.
Кварцевое стекло рекомендуется беречь от любых загрязнений, в том числе от следов рук и пальцев. Перед нагреванием все имеющиеся загрязнения с поверхности удаляют с помощью фтороводородной кислоты, этанола или ацетона.
Материал обладает устойчивостью ко всем кислотам, за исключением фтороводородной (HF) и ортофосфорной (Н3РO4). Его можно разрушить при нагреве с помощью водных растворов фторида натрия и фторида кремния. Стеклянная продукция этого типа не подходит для работы с водными растворами, расплавами гидроксидов щелочных металлов.
При высокой температуре вещество сохраняет электроизоляционные свойства — удельное электрическое сопротивление при 1000°С составляет 106 Ом⋅см.
Хрусталь — вещество высокого сорта, отличающееся особым блеском и светопреломлением. Есть два типа: с содержанием свинца либо без него.
Свинецсодержащие — стёкла, которые получают путём добавление окислов свинца, бора и цинка. Среди их особенностей — повышенная масса, красивое преломление света, мелодичное звучание при ударе. Используются чаще всего для изготовления посуды, декоративных изделий. Обычно применяется материал с 18-24% содержанием окислов свинца и 14-16% содержанием окиси калия.
Среди бессвинцовых — баритовое, лантановое и пр.
Баритовое стекло — вещество с высоким содержанием окиси бария. Барий обычно добавляется для улучшения термостойкости и плотности. Отличается повышенным блеском, светопреломлением и удельным весом в сравнении с другими видами, часто используется в медицинской и научной аппаратуре в качестве оптического стекла.
Лантановое содержит окись лантана, лантаниды (соединения с медью, алюминием и пр.). Окись лантана повышает коэффициент светопреломления: стекло обладает высокой оптической прозрачностью и химической стойкостью. Это сделало его отличным материалом для использования в оптике, фотонике и лазерных технологиях Также за счёт высокой химической устойчивости активно используется для изготовления лабораторной посуды.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 (справочное). Таблица справочных показателей физико-механических свойств
Норма для марки
1. Плотность при 23 °С, кг/мПо ГОСТ 15139 (метод гидростатического взвешивания)
2. Показатель преломления при 23 °СПо ГОСТ 19927 (рефрактометрический метод)
3. Твердость, МПаПо ГОСТ 4670 (основная нагрузка – 358 Н)
4. Максимальное напряжение при изгибе, МПаПо ГОСТ 4648
5. Предел текучести при сжатии, МПаПо ГОСТ 4651
6. Линейная усадка, %Прогрев при (+20) °С в течение 2 ч
7. Водопоглощение, %По ГОСТ 4650 (метод А толщина образца 3 мм)
8. Маслостойкость и бензостойкостьПо ГОСТ 12020
9. Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·смПо ГОСТ 6433.2
10. Электрическая прочность, мВ/мПо ГОСТ 6433.3
11. Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте, Гц:
По ГОСТ 6433.4
По ГОСТ 22372
12. Диэлектрическая проницаемость при частоте, Гц:
По ГОСТ 12.1.044 (метод огневой трубы)
потеря массы, %
время самостоятельного горения, с