Свойства и применение неорганических стекол и ситаллов

Неорганическое стекло - это химически сложный, аморфный, макроскопически изотропный материал, обладающий механическими свойствами хрупкого тела. Стекло получается после охлаждения расплава смеси неорганических соединений. Свойства стекол изотропны, при нагревании они не плавятся при строго постоянной температуре, а постепенно размягчаются в определенном диапазоне, по структуре они истинные твердые растворы. Наиболее распространены стекла на основе диоксида кремния - силикатные стекла, широко используются также алюмо-силикатные, боро-силикатные, стекла, и не содержащие кислород - халькогенидные стекла. Метастабильность стеклообразного состояния оксидов металлов является феноменом.

В поле oeafun переохлажденная жидкость может находится в стеклообразном состоянии. Это состояние термодинамически неустойчиво, но кинетически стабильно. В специфических условиях кристаллизации получаются стеклокристаллические материалы - ситаллы. Правее fun и ниже fe находится область устойчивого стеклообразного состояния, которое наступает при очень высоких давлениях. Существует две причины аморфного состояния неорганических стекол:

- в области затвердевания расплав стекла имеет очень высокую вязкость, убывающую с температурой экспоненциально;

- ковалентная связь в оксиде обладает насыщаемостью и направленностью, что затрудняет формирование кристаллической структуры.

По функциональному назначению компоненты стекол разделяются на стеклообразователи, модификаторы и компенсаторы. Стеклообразователи - неорганические полимеры, имеющие сетчатую структуру, служат для перевода основного оксида в аморфное состояние. Модификаторы придают стеклу нужные свойства, а компенсаторы подавляют негативное влияние первых. Например, бромистое серебро делает стекло фототропным, оксиды железа, свинца, хрома, кобальта придают нужный цвет, оксид ванадия изменяет электропроводность.

Химический состав стекла выражают в виде соотношения различных оксидов, например:

xNa2O · yCaO · zSiO2....

Поверхность стекол имеет множество трещин, именно они катастрофически снижают прочность на изгиб и отрыв. Появления трещин на поверхности стекол связано с их неблагоприятными теплофизическими свойствами - стекла теплоизоляторы, имеют высокие значения коэффициентов термического расширения. Для получения высокопрочных стекол их поверхность модифицируют. Обрабатывают различными реактивами: плавиковая кислота, растворы щелочей, легируя стекло литием, калием, наносят полимерные пленки, проводят закалку для создания в поверхности стекла напряжений сжатия.

Техническое стекло применяется в виде листов, специальных электроизолирующих деталей и волокон.