Основные свойства и области применения. Стеклом называют твёрдые, прозрачные, аморфные материалы

Стеклом называют твёрдые, прозрачные, аморфные материалы. Стекла делятся на органические и неорганические.

Органическое стекло (о.с.) является одной из разновидностей пластмасс. Основой его является органический полимер (полиметилметакрилат). Отличительной особенностью о.с. является его лёгкость (плотность 1, 18-1, 19 г/см3), высокая удельная прочность, хорошая стойкость по отношению к ударным нагрузкам (хрупкость отсутствует до температур –600С), хорошие диэлектрические свойства. О.с. пропускает до 90-92 % ультрафиолетового излучения, неорганические стёкла пропускают лишь 1-3 %.

Для повышения стойкости о.с. против растрескивания его подвергают растяжению в размягченном состоянии (нагретом до 130-140 °С) в двух взаимноперпендикулярных направлениях. Это приводит к повышению ударной вязкости в 7-10 раз. Используется о.с. при изготовлении ограждений осветительной аппаратуры, защитных щитков на станках и т.п. В автомобильной промышленности применяют для изготовления безосколочного стекла триплекс, когда два слоя неорганического стекла склеиваются со слоем о.с.

Неорганическое стекло. Основой неорганических стёкол являются затвердевшие расплавы смесей различных оксидов. Оксиды делятся на стеклообразующие (SiO2, GeO2, B2O3) и модифицирующие, т.е. меняющие свойства (Na2O, K2O, CaO, BaO и др.). В зависимости от соотношения концентраций тех или иных оксидов, меняются свойства различных марок стёкол. Введение оксидов щелочных и щелочно-земелных металлов снижает прочность, термо- и химическую стойкость стёкол, но облегчает технологичность их производства. Введение оксидов Al₂O₃, TiO₂, BaO, PbO и др. металлов значительно повышают указанные свойства. Так, для обычного силикатного стекла, содержащего только оксиды кремния и щелочных, либо щелочно-земельных металлов, температура размягчения стекла –700-7900С, термостойкость до 80-100 °С, а для кварца (практически чистый –99, 5 % SiO₂) эти характеристики повышаются до 1000-1200 °С. В стёклах марок Мазда и №31, с пониженным содержанием оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов, термостойкость повышается до 150-185 °С.

Механическая прочность различных марок стекол (на сжатие) колеблется в пределах 400-700 МПа (прочность на растяжение почти на порядок ниже –50-100 МПа). Стекла отличаются высокой хрупкостью. Для повышения механических свойств используют различные способы их поверхностного упрочнения путём химической, термической и термомеханической обработок.

По назначению неорганические стекла делятся на: 1) ходовые (бутылки, банки, бытовые зеркала и др.), 2) строительное (оконное, витринное, стеклоблоки), 3) техническое (оптическое, электротехническое, химико-лабораторное, приборное, трубное) и др. Помимо вышеописанных марок стекол, широко используется пеностекло, получаемое путем введения в неорганические стекла вспенивающих добавок (мела, кокса и др.). Пеностекло имеет малую плотность, хорошую тепло- и звукоизолирующую способность, высокую химическую стойкость.

Стеклокристаллические материалы (ситаллы) изготавливают на основе неорганических стекол, путем их полной, или частичной кристаллизации путём введения специальных добавок.В отличие от неорганических стекол, свойства которых определяются химическим составом, для ситаллов главным фактором, регулирующим свойства, является структура, определяемая количеством и дисперсностью добавляемой кристаллической фазы. При изготовлении ситаллов добавляют либо оксиды (SiO₂, Al₂O₃, P₂O₅, NaF, и др.), либо чистые металлы (Ag, Au, Pt).

Доля кристаллической фазы в ситаллах может меняться от 60 до 95 %, а размер кристаллов близок к 1-2 мкм. По типу вводимых кристаллизаторов ситаллы делятся на термоситаллы (вводят оксиды) и фотоситаллы (указанные чистые элементы). Причем, кристаллизацию термоситаллов проводят путем нагрева стёкол до температур 400-600 °С, а кристаллизацию фотоситаллов – путем освещения их ультрафиолетовыми лучами.

Термоситаллы обладают прочностью (sв на сжатие достигает 1000-2000 МПа), высокой плотностью (их плотность 2, 4 - 2, 7 г/см³), хорошей химической устойчивостью, низкими коэффициентами трения, высокой термостойкостью (до 700-800 °С).

Термоситаллы используют для изготовления подшипников, допускающих непосредственный контакт с пищевыми продуктами, цилиндров и поршней в различных термообменных аппаратах. Их целесообразно использовать для футеровки трасс при расфасовке сыпучих продуктов.

Фотоситаллы используют при изготовлении различных фотоэлементов, различных деталей в радиоприборах, для деталей контрольно-измерительной аппаратуры и т.п.

ТЕМА 4.4. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ,