Кварцевое стекло. Его свойства, производство и применение - Глаголев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Выше мы имели случай указать на изменение плотности кварцевого стекла в зависимости от-скорости охлаждения. Нам необходимо теперь более подробно остановиться на этем вопросе, связав его с повелением коэфициента расширения при различных тепловых режимах., Прежде всего следует подчеркнуть ту зависимость, которая существует' между плотностью вещества и его коэфитшентом расширения. Рассматривая плотность как величину переменную, меняющуюся с темпера-! турой, мы должны сказать, что она является функцией коэфициента! расширения. Этот последний целиком и полностью определяет те .изменения,' которые происходят в плотности вещества при переходе от одних температур к другим. Зная кривую расширения, мы без труда можем проследить за всеми изменениями плотности. Все это дает нам право рассматривать влияние тепловой истории кварцевого стекла одновременно и на плотность и на коэфициент расширения.
Говоря о влиянии тепловой истории на свойства вещества в стеклообразном состоянии, обычно противопоставляют друг другу стекло, полученное в результате медленного охлаждения (отожженное стекло),
достигшее, благодаря успевшему дойти до конца процессу агрегации, внутреннего равновесия, и стекло быстро охлажденное (закаленное), в котором процесс агрегации прерван на полпути, благодаря чему внутреннее равновесие не успело установиться. В случае кварцевого стекла такое резкое противопоставление вряд ли уместно, так как присущая этому веществу при любых температурах большая вязкость в значительной мере препятствует перегруппировкам частиц и делает возможность достижения равновесного состояния весьма сомнительней.
Указанное обстоятельство ни в коей мере не может служить препятствием к изучению влияния теплового режима на свойства кварцевого стекла. Однако, анализируя экспериментальные факты, необходимо все время помнить, что наилучшим образом отожженное кварцевое стекло находится по всей вероятности еще весьма далеко от внутреннего равновесия.
За исходное начало мы возьмем стекло, свободно остывшее на воздухе. Если попытаться, не стремясь дать количественные значения,
Z2I5 .
2-207
2.203.
1
2J99
2J95
¦ /Г -ч >
' """---iL / ' ? і г 1 * 1 — s .
" —'----L
/
¦ 7
_1_ "—г' ____Л_іЛ.-г*--
CtiU U ?UU *UV> OUU OUU tuuu <-ruu .w~ —
Температура
Рис. 32. Зависимость плотности кварцевого стекла от температуры.
изобразить с качественной стороны наиболее вероятную картину зависимости плотности кварцевого стекла от"температуры, то мы получим кривую, представленную на рис. 32 (кривая А). Из кривой видно, что плотность кварцевого стекла дважды достигает максимума. Первый максимум при низких температурах установлен непосредственными опытами. Он отличается весьма малой высотой, порядка Ю-* (если считать от плотности, соответствующей г=0°). Второй максимум, значительно более высокий, расположен в области высоких температур. О его существовании можно судить лишь косвенно на основании опытов Salmang* и Stoesser по определению зависимости плотности от тепловой истории стекла.
Опыты эти заключались в измерении плотности шариков из кварцевого стекла, нагретых предварительно до 1 850° и затем охлажденных с различной скоростью. Если откладывать по оси абсцисс время охлаждения (т. е. величину, обратно пропорциональную скорости охлаждения), а по оси ординат плотность соответствующего образца, охлажден-аого'до комнатной температуры, то получается прямая, изображенная
*78
1 2 3 4 5
Время охлаждения Рис. 33. Влияние степени закалки (в-воде) на плотность кварцевого стекла.
на рис. 33 и показывающая, что плотность возрастает пропорционально* быстроте охлаждения. Если продолжить эту прямую до пересечения с'осью ординат, то получаем число2, 2127, которое можно с известной; натяжкой приписать плотности кремнезема при температуре 1850°..
Из аналогичных опытов с обыкновенным стеклом мы знаем, что'плотность закаленного стекла меньше плотности стекла отожженного и что с уменьшением скорости охлаждения (интенсивности закалки) плотность непрерывно убывает (рис. 34). Объясня- Ц _ ется это тем, что при быстром ^-"J90 ¦ охлаждении перегруппировка молекул не поспевает за изменением температуры и по достижении точки превращения вязкой жидкости в хрупкое стекло вещество в той или иной степени сохраняет свойства вязкого состояния и в частности меньшую по сравнению со-стеклом, плотность. Поскольку ниже температуры превращения всякие изменения молекулярной структуры вообще происходят с большим трудом, закаленное стекло продолжает оставаться при низких температурах в этом не свойственном ему вынужденном состоянии и может быть, переведено в состояние естественное лишь вторичным нагреванием выше температуры превращения и дальнейшим медленным охлаждением.
Все сказанное в общем применимо и к кварцевому стеклу. Однако, в этом случае мы имеем одно серьезное различие, заключающееся I в том, что плотность кварцевого стекла при закалке не уменьшается,] как это имеет место для обыкновенных стекол, но увеличивается. Чем,, больше скорость охлаждения, тем больше плотность кварцевого стекла. Пожалуй, единственным объяснением этого странного факта является
