СТЕКЛО НЕОРГАНИЧЕСКОЕ

твердый аморфный материал, получающийся в результате переохлаждения жидкости (напр., расплава неорг. оксидов, водного р-ра солей, жидкого металлич. сплава). Обладает мех. св-вами твердого тела, характеризуется термодинамич. метастабильностью; при определенных условиях склонно к кристаллизации. Отличается от кристаллов и жидкостей: С. н. рентгеноаморфно вследствие неупорядоченного атомного строения (в его структуре отсутствует дальний порядок), изотропно, не имеет определенной т-ры затвердевания или плавления, т. е. при охлаждении расплав переходит из жидкого состояния сначала в пластичное, а затем в твердое (процесс стеклования). Процессы нагревания и охлаждения (если при охлаждении не происходит кристаллизации) обратимы. Температурный интервал f - Т _g,> в пределах к-рого происходят эти процессы, наз. интервалом стеклования (f -т-ра перехода из жидкого состояния в пластичное, Т _g -т-ра перехода из пластичного состояния в твердое). Интервал стеклования (обычно 100-200 °С) зависит от хим. состава и скорости охлаждения С. н. и представляет собой переходную область, в пределах к-рой происходит резкое изменение его св-в. В С. н. существуют образования (рои, кластеры или атомные комплексы) с размерами от 0,5 до 2 нм и разл. включения технол. или ликвационного происхождения от 5,0 до 100,0 нм.

Классификация стекол. С. н. различают по составу и назначению. По составу выделяют одно- или многокомпонентные С. н., состоящие из разл. элементов (металлы, неметаллы), галогенидов, халькогенидов, оксидов и др. Од-нокомпонентные элементные С. н. способны образовывать небольшое число неметаллов - S, Se, As, P, С и нек-рые металлы-Bi, Ca, Zn, Hf, V, Nb, Та, Сr, Mo, W, Re, Fe, Ni, Al и др. Однокомпонентные галогенидные С. н. получают гл. обр. на основе стеклообразующего компонента-BeF₂, ZrF₄ или BaF₂; многокомпонентные составы фторберилатных стекол содержат также фториды Al, Ga, Mg, Sr, Ba. Многокомпонентные промышленные С. н. на основе хлоридов, бромидов и иодидов разл. металлов могут иметь след. состав (% по массе): КХ 0-24.С, РbХ 0-24,0, SrX 2,0-30,0, CdX 34,0-53,0, ВаХ 8,0-40,0, РbХ ₂ 0-23,0 (X = Cl, Br, I). Халько-генидные С. н. содержат бескислородные системы типа As-X, Ge-As-X, Ge-Sb-X, Ge-P-X, где X = S, Se, Те. Состав пром. халькогенидных С. н. (% по массе): Те 85,0-87,0, Se 9,0-11,0, As 1,0-1,6, Sb 2,0-3,0, S 0,5 - 1,0. Оксидные С. н. образуют SiO₂, GeO₂, В ₂ О ₃, Р ₂ О ₅, As₂O₃. Большая группа оксидов-ТеО ₂, TiO_2r МоО ₃, WO₃, Bi₂O₃, A1₂O₃, Ga₂O₃, V₂O₅ -образует С. н. при сплавлении с др. модифицирующими оксидами, напр. CaO, Na₂O и т. д. Оксидные С. н. называют по виду стеклообразующего оксида: силикатные, боратные, фосфатные, германатные и т. д.

Из однокомпонентных С. н. наиб. значение имеет силикатное стекло кварцевое, из бинарных-щелочносиликатные С. н. состава M₂O-SiO₂ (М = Na, К), т. наз. стекло растворимое, из многокомпонентных - щелочносиликатные С. н., содержащие оксиды Ca, Mg, Al. Хим. состав нек-рых видов оксидных промышленных С. н. приведен в таблице.

По назначению промышленные С. н. разделяют на неск. видов: строительное (листовое-оконное, витринное, узорчатое, армированное; архитектурно-строительное - блоки, пакеты, профилированное С. н., пеностекло; стеклянные. трубы); -техническое (оптич., хим.-лаб., мед., электротехн., све-тотехн., электроизоляц. и т. д.); стекловолокно; тарное; сортовое (для произ-ва стеклянной посуды); специальное (лазерное, фотохромное, оптически- и магнитоактивное, для ультразвуковых линий задержки и т. д.); стекло жидкое; эмали и покрытия; ситаллы.

Физико-химические свойства и применение. Оптические св-ва. С. н. отличаются прозрачностью в разл. областях спектра. Оксидные С. н. характеризуются высокой прозрачностью в видимой области спектра: коэф. прозрачности т(т = I/I₀, где I₀ - интенсивность падающего на пов-сть стекла света, I-интенсивность света, прошедшего сквозь стекло) для оконного С. н. 0,83-0,90, для оптического-0,95-0,99.

В связи с этим С. н. незаменимо при остеклении зданий и разл. видов транспорта, изготовлении зеркал и оптич. приборов, включая лазерные, лаб. посуды, ламп разл. ассортимента и назначения, осветит. аппаратуры, телевизионной техники, волоконно-оптич. линий связи, хим. аппаратуры.

В зависимости от состава и условий получения С. н. способно по-разному преломлять, рассеивать и поглощать свет в видимой, УФ, ИК и рентгеновской областях спектра (см. Оптические материалы), Нек-рым С. н. свойственна также фоточувствительность, т. е. способность изменять коэф. поглощения под действием УФ или рентгеновского облучения, a-лучей, нейтронов, что используют в произ-ве т. наз. фотохромных С. н., а также при изготовлении аппаратуры и приборов для радиац. техники. Наиб. высоким светопропусканием в ИК области обладают алюмофосфат-ные и халькогенидные С. н., повышенным-С. н. на основе SiO₂; УФ лучи интенсивно поглощают С. н., содержащие оксиды Pb, Fe, Ti, рентгеновские и a-лучи-С. н. с высоким содержанием оксидов Рb или Ва.

Галогенидные С. н. на основе BeF₂ отличаются уникальным комплексом оптич. постоянных, высокой устойчивостью к действию жестких излучений и агрессивных сред, таких, как F₂, HF. С. н. на основе фторидов Zr и Ва прозрачны в видимой и ИК областях спектра. Халькогенидные С. н. обладают также электронной проводимостью; применяются в телевизионных высокочувствит. камерах, ЭВМ (в качестве переключателей или элементов запоминающих устройств).

Плотность промышленных С. н. колеблется от 2,2 до 8,0 г/см ³. Низкие значения плотности характерны для бо-ратных и боросиликатных С. н.; среди силикатных С. н. наим. плотностью обладает кварцевое. Введение в состав С. н. щелочных и щел.-зем. оксидов приводит к увеличению его плотности: плотность возрастает при эквимолекулярной замене одного оксида другим в рядах Li₂O < Na₂O < К ₂ О и MgO < CaO < SrO < ВаО < РbО. Плотность последних С. н. достигает 8,0 г/см ³.

Мех. св-ва. С. н.-хрупкий материал, не обладает пластич. деформацией, весьма чувствителен к мех. воздействиям, особенно ударным. Значение модуля упругости различных С. н. колеблется в пределах 44,2-87,2 ГПа. Наибольшее его значение характерно для малощелочных алюмосиликатных С. н. с высоким содержанием оксидов Be, Mg и Ca, наименьшее-для боро- и свинцовосиликатных С. н. с высоким содержанием оксидов В и Рb; модуль упругости кварцевого С. н. 73,2 ГПа. Ударная вязкость силикатных С. н. 1,5-2,0 кН/м, в то же время сопротивление сжатию такое же, как у чугуна,-0,5-2,5 ГПа.

Прочность С. н. на изгиб 30-120 МПа. Техн. прочность определяется качеством пов-сти (наличие трещин Гриф-фитса).

Упрочняют С. н. обычно способами, способствующими созданию в нем поверхностных сжимающих напряжений (отжиг, термич. закалка, хим. упрочнение), причем прочность закаленного С. н. в 4-6 раз превышает прочность отожженного. Хим. способы упрочнения-обработка пов-сти С. н. газовыми реагентами (напр., SO₃), ионный обмен (обработка пов-сти в расплавах солей щелочных металлов), поверхностная кристаллизация, нанесение полимерных и др. покрытий. Возможно также упрочнение травлением, т. е. путем удаления или "залечивания" дефектов при обработке пов-сти С. н. разл. хим. реагентами. Так, напр., s _изг для пром. листового стекла после действия фтористоводородной к-ты составляет 500-600 МПа.

При низкотемпературном (400-450°С) ионном обмене эффект упрочнения достигается вследствие замещения ионов одних щелочных металлов на, ионы др. щелочных металлов большего радиуса (напр., Li⁺ на Na⁺ или К ⁺), в результате чего образуется сжатый поверхностный слой (порядка 20-40 мкм). При высокотемпературном (500-700°С) ионном обмене происходит замена катионов Na⁺ и К ⁺ в С. н. на Li⁺, что снижает его коэф. температурного расширения; при этом в поверхностном слое при охлаждении образуются напряжения сжатия, что увеличивает прочность С. н. в 2,0-2,5 раза, а его термостойкость в 1,5-2,0 раза.

При термин, обработке С. н. при 700-1000°С упрочняющий эффект достигается вследствие поверхностной кристаллизации.

Электрич. св-ва С. н. зависят от состава и т-ры среды-С. н. могут быть диэлектриками, полупроводниками или проводниками. Большая группа оксидных С. н. (силикатные, боратные, фосфатные) относится к классу изоляторов; почти идеальный изолятор - кварцевое С. н. Поскольку носители тока в оксидных С. н.-катионы щелочных и щел.-зем. металлов, электропроводность, как правило, возрастает с увеличением их содержания в С. н. и повышением т-ры. Стеклянные изоляторы используют для высоковольтных линий электропередач. Пригодность электротехнических С. н. для работы в тех или иных температурных условиях зависит от их состава и оценивается по т-ре (ТК ₁₀₀), при к-рой С. н. имеет уд. электрич. проводимость 1,00