Понятие стекла

Материалистическое понятие стекла – однородное аморфное тело, которое получается при охлаждении стекломассы. Простой пример – берем кубик сахара, нагреваем его до жидкого состояния, а затем охлаждаем. Сахар теряет свою первоначальную кристаллическую структуру и становится аморфным веществом.

В чистой форме, стекло – это прозрачный, износостойкий, относительно прочный, крайне инертный и биологически неактивный материал, обладающий очень гладкой поверхностью. Эти свойства стекла приводят к очень широкому его использованию в различных областях. Есть также некоторые негативные качества – стекло очень хрупкий материал, при разрушении распадается на мелкие и острые частички. Однако эти свойства стекла могут быть модифицированы, или даже изменены полностью, путем добавления других компонентов в состав исходной смеси или термической обработкой.

Обычное стекло содержит в своем составе примерно 70% диоксида кремния, который в таком же виде содержится в кварце, и в его поликристаллической форме, песке.

Свойства и их использование

Основная характеристика обычного стекла – это его прозрачность для видимого спектра света (чем обладают не все стекловидные материалы). Данная характеристика является следствием отсутствия электронных переходов по всей длине рассеивания света, вблизи всего спектра видимого света. Благодаря внесению дополнительных компонентов в состав стекла, можно изменять его пропускную способность для различных длин волн светового излучения.

Чистое SiO2(или кварцевое) стекло не поглощает ультрафиолетовое излучение и используется для изделий, которые требуют прозрачности в этой области. Стекло такого типа, будучи изготовленным в виде волоконного оптического кабеля, является абсолютно прозрачным в инфракрасных длинах волн и может передавать сигнал, почти без потерь, на сотни километров.

Аморфный SiO2 также используется как диэлектрик в интегральных схемах.

Разнообразные марки стекла, полученные с применением различных добавок, широко используются в различных оптических приборах ( фотообъективах, микроскопах, биноклях …), не говоря уже о традиционных областях его применения.

Состав стекла

Чистый кремнезем (SiO2) имеет точку плавления примерно 2000 градусов, и в основном используется для получения стекла для специальных приборов. Обычно в состав смеси добавляют еще два вещества, чтобы упростить процесс производства. Во первых – это углекислый натрий (Na2CO3), или углекислый калий, который понижает точку плавления смеси до 1000 градусов. Однако, эти компоненты способствуют растворению стекла в воде, что является крайне нежелательным. Поэтому в состав смеси добавляют еще один компонент – известь (окись кальция, CaO), чтобы придать составу нерастворимость. Такое стекло содержит примерно 70%-ый кремнезем и называется известково-натриевым стеклом. Доля такого стекла в общем объеме производства составляет примерно 90%.

Так же как известь и углекислый натрий, к обычному стеклу добавляют и другие компоненты, чтобы изменить его физические свойства. Добавление в стекло свинца – увеличивает показатель преломления света, заметно увеличивает блеск, а добавка в состав смеси бора – изменяет тепловые и электрические свойства стекла. Оксид тория придавал стеклу высокий показатель преломления и низкую дисперсию, что необходимо в производстве высококачественных линз, но из-за его радиоактивности был заменен на оксид лантана в современной продукции. Добавки железа в стекло, используются для поглощения инфракрасного излучения (тепла).

Металлы и их оксиды добавляют в состав стекла, чтобы изменить его цвет. Например, марганец добавляют в малых количествах, чтобы придать стеклу зеленый оттенок, или при более высоких концентрациях – цвет аметиста. Так же как и марганец, селен используют в малых дозах, чтобы обесцветить стекло, или в больших концентрациях – чтобы придать красноватый цвет. Малые концентрации кобальта придают стеклу синеватый оттенок. Оксид меди придает бирюзовый свет. Никель, в зависимости от концентрации, может придать стеклу синюю, фиолетовую или черную окраску. В зависимости от состава стекла, можно влиять на его окраску путем нагрева или охлаждения.

Состав стекла применяемый ЗАО «Балахнинское стекло»

●   Установленный заданный состав стекла ГОСТ Р 52022

●   Группа стекла – бесцветное

●   Марка стекла – БТ-1

●   Химический состав, % :

SiO2 - 72,2

Al2O3 - 1,7

CaO+MgO – 12,0

Na2O+K2O –13,7

SO3 - 0,3

Fe2O3 - 0,1

Завод устанавливает заданный химический состав стекла в зависимости от применяемых сырьевых материалов.