2015-06-30
1172
Средний показатель преломления и значение средней дисперсии стекол можно рассчитать по химическому составу стекла.
Для расчета показателя преломления и средней дисперсии стекол Л. И. Демкина предложила эмпирические формулы, позволяющие получить их значения с точность до 0,001:
; 
, (2.44)
где Р 1, Р 2,..., Рm – содержание оксидов в стекле в мас. %;
S 1, S 2, …, Sm – молекулярный вес соответствующих оксидов;
n 1, n 2, …, nm – коэффициенты преломления для оксидов и их групп;
Δ1, Δ2, Δ m – средние дисперсии (nf – nc) для отдельных оксидов.
Значения расчетных коэффициентов n и Δ по данным Л. И. Демкиной приведены в табл. 2.18.
Таблица 2.18. Значения расчетных коэффициентов n и Δ по данным Л. И. Демкиной
А. А. Аппен для расчета показателя преломления и средней дисперсии стекол предложил усредненные парциальные факторы, причем значения факторов для кремнезема, борного ангидрида и оксида свинца зависят не только от природы указанных оксидов, но также от количественного их содержания в стекле (табл. 2.19).
|
|
|
Таблица 2.19/ Усредненные парциальные факторы по Аппену
* приблизительная величина;
** величины, заключенные в скобках, используются для расчетов щелочных силикатных стекол при отсутствии оксидов группы RO.
Значения факторов для SiO2, PbO и B2O3 рассчитывают по следующим эмпирическим формулам:
· для SiO2 n /SiO2 = 1,475 – 0,0005 (N SiO2 – 67), (2.45)
где N SiO2 – содержание SiO2 в стекле, мол. %. Если количество SiO2 меньше 67 мол. %, то значение n SiO2 принимается равным 1,475;
· для PbO (при условии, если 50 <Σ m < 80)
n /PbO = 2,350 – 0,0067(Σ m – 50); (2.46)
Δ/PbO = 0,07440 – 0,00072 (Σ m – 50), (2.47)
где Σ m – содержание в стекле суммы оксидов SiO2 + B2O3 + Al2O3 в мол. %, при этом, если Σ m > 80 %, можно принять значение Σ m = 80 %:
· фактор для B2O3 рассчитывают по эмпирическим формулам в зависимости от содержания в стекле кремнезема и численного значения ψ.
, (2.48)
где N Me2O – количество молей щелочных оксидов;
N MeO – количество молей щелочноземельных оксидов.
При вычислении ψ содержание в стекле PbO и ZnO в расчет не принимают, если их общее количество не превышает количества B2O3 больше чем вдвое. В табл. 2.20 приведены эмпирические формулы для вычисления n /B2O3 и Δ/B2O3 в зависимости от численного значения ψ.
Средние отклонения расчетных величин (по методу Аппена) от экспериментальных для обычных промышленных стекол не превышают при расчете nD 0,13-0,25 и Δ 0,09-0,6 %.
Таблица 2.20. Эмпирические формулы для вычисления среднего показателя преломления и средней дисперсии при разном содержании кремнезема
Пример. Определить показатель преломления (по Аппену) для стекла следующего состава (мол. %): SiO2 – 73; CaO – 12; Na2O – 15.
|
|
|
Рассчитываем n /SiO2 = 1,475 – 0,0005 (73 – 67) = 1,472.
Значение n определяем по формуле (2.44):
n = (73·1,472 + 15·1,590+12·1,730)/100 = 1,5270.
Пример. Определить коэффициент средней дисперсии (по Демкиной) для стекла состава (мас. %): SiO2 –72; К2O – 8; Na2O – 10; PbO – 10.
Расчет проводим по формуле (2.44)
Δ = [(72 / 60) 0,00695 + (10 / 223) 0,0770 + (8 / 94) 0,0120 + (10 / 62) 0,0140] / [72 / 60 + 10 / 223 + 8 / 94 + 10 / 62] = 0,05233.
Задание 2
1. Выполнить задания для самоконтроля
2. Выполнить расчеты
Расчет вязкости
Расчет плотности
Расчет КТР
Расчет ТK100
Расчет показателя преломления
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Что является основным параметром, определяющим вязкость? (Проанализируйте рис. 2.2):
1) свободная энергия активации;
2) универсальная газовая постоянная;
3) температура;
4) константа, зависящая от химической природы вещества.
2. В каком интервале вязкости идет выработка стекла?
1) 10-102 Па·с;
2) 102-108 Па·с;
3) 108-1010 Па·с;
4) 1010-1014 Па·с.
3. Как изменяется величина вязкости при введении в состав стекла тугоплавких оксидов Al2O3, SiO2, ZrO2?
1) увеличивается;
2) не изменяется;
3) уменьшается.
4. Рассчитайте температурный интервал выработки для «длинного» и «короткого» стекла, пользуясь рис. 2.1.
5. Соотнесите влияние вязкости расплава стекла на длительность стадии осветления стекол:
| вязкость | длительность |
| 1) высоковязкое стекло | А) уменьшение длительности; |
| 2) низковязкое стекло | Б) увеличение длительности. |
6. Как изменяется поверхностное натяжение на границе раздела фаз «газообразная фаза – расплав» при введении в расплав осветлителей?
1) увеличится;
2) не изменится;
3) уменьшится.
7. Расположите в порядке возрастания плотности стекол:
1) щелочно-силикатное;
2) свинецсодержащее;
3) кварцевое.
8. В каком состоянии стекло имеет большую плотность?
1) жидком;
2) твердом.
9. Значение прочности стекол больше:
1) при сжатии (σсж);
2) при растяжении (σрас).
10. Прочность при сжатии больше:
1) у отожженного стекла;
2) у закаленного стекла.
11. Расположите виды стекла в порядке увеличения коэффициента теплопроводности:
А) кварцевое;
Б) листовое;
В) тарное;
Г) оптическое.
12. Как влияет закалка на термостойкость стекла?
1) уменьшает;
2) не влияет;
3) увеличивает.
13. Термостойкость изделий из стекла более высокая к резкому:
1) охлаждению;
2) нагреванию.
14. Чем ниже КТР, тем термостойкость стекла:
1) выше;
2) ниже.
15. КТР больше у стекла:
1) закаленного;
2) отожженного.
16. Как изменяется КТР стекла при введении в его состав щелочных металлов?
17. Чем является кварцевое стекло по своей электропроводности?
1) проводником;
2) полупроводником;
3) изолятором.
18. Как изменяется химическая устойчивость стекла при увеличении в составе содержания щелочных компонентов?
19. К реагентам какой группы химическая устойчивость стекла в 100 раз ниже?
1) первой (вода, растворы кислот, нейтральные растворы солей);
2) второй (растворы щелочей, карбонатов, фосфорная и плавиковая кислоты).
20. К какому гидролитическому классу относится листовое стекло?
1) не изменяемые водой;
2) устойчивые стекла;
3) твердые аппаратные;
4) мягкие аппаратные;
5) нестойкие стекла.
21. С помощью табл. 2.14 и 2.21 рассчитайте состав стекла, КТР которого был бы больше 100·10–7 град–1, если известно, что в исходном составе присутствуют SiO2 ≥ 60 мас. %, щелочные и щелочноземельные оксиды.
Таблица 2.21.
Задания для расчетов
