Неорганические стёкла, ситаллы, керамические материалы

Неорганическое стекло

Неорганическое стекло – это аморфное вещество, получающееся в результате быстрого охлаждения сложного расплава высокой вязкости кислотных и основных оксидов. Неорганическое стекло характеризуется неупорядоченностью и неоднородностью внутреннего строения.

Стеклообразующий каркас стекла представляет собой неправильную пространственную сетку, образованную кремнекислородными тетраэдрами [SiO₄]^-4. При частичном изоморфном замещении кремния в тетраэдрах, например, на алюминий или бор образуется структурная сетка алюмосиликатного или боросиликатного стекла. Ионы щелочных (Na, K) и щелочноземельных (Ca, Mg, Ba) металлов называются модификаторами; в структурной сетке стекла они располагаются в промежутках тетраэдрических группировок. Введение Na₂O или других модификаторов разрывает прочные связи Si – O – Si и снижает термо- и химическую стойкость стекла, облегчая технологию его производства.

В состав неорганических стёкол входят стеклообразующие оксиды кремния, бора, фосфора, германия, мышьяка, образующие структурную сетку, и модифицирующие оксиды натрия, калия, лития, кальция, магния, бария, изменяющие физико-химические свойства стекломассы. Кроме того, в состав стекла вводят оксиды алюминия, железа, свинца, титана, бериллия и др., которые самостоятельно не образуют структурный каркас, но могут частично замещать стеклообразующие оксиды и этим сообщать стеклу нужные технические характеристики. В связи с этим промышленные стёкла являются сложными многокомпонентными системами.

Стёкла классифицируют по ряду признаков: по стеклообразующему веществу, по содержанию модификаторов и по назначению.

В зависимости от химической природы стеклообразующего вещества стёкла подразделяют на силикатные (SiO₂), алюмосиликатные (Al₂O₃ – SiO₂), боросиликатные (B₂O₃ – SiO₂), алюмоборосиликатные (Al₂O3 – B₂O₃ – SiO₂), алюмофосфатные (Al₂O₃ – P₂O₅) и др. По содержанию модификаторов стёкла бывают щелочными (содержащие оксиды Na₂O, K₂O), бесщелочными и кварцевыми. По назначению стёкла подразделяются на технические (оптические, светотехнические, электротехнические, химико-лабораторные, приборные, трубные); строительные (оконные, витринные, армированные, стеклоблоки) и бытовые (стеклотара, посуда, зеркала и т.п.).