содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТЕКЛА

Свойства технических стекол

Стекло представляет собой химически стойкий продукт сплавления окислов, который при нагревании превращается в вязкую жидкость, а при затвердевании — в аморфное вещество, В отличие от кристаллических веществ стекло не имеет определенной температуры плавления, а имеет лишь некоторую температурную зону размягченного состояния, так как нагрев и охлаждение его сопровождаются плавным изменением вязкости ,

Широкое применение технического стекла в электровакуумном производстве обусловлено совокупностью следующих физико-химических свойств: термических

(коэффициент термического расширения КТР, термостойкость, зависимость вязкости от температуры), механических (прочность при растяжении, сжатии, изгибе и ударе, плотность, коэффициент Пуассона, модуль упругости при растяжении); электрических (удельное объемное и поверхностное сопротивления, угол диэлектрических потерь, диэлектрическая проницаемость) ; химических (влагостойкость, устойчивость к парам щелочных металлов); вакуумных (газопроницаемость, газовыделен не). Перечисленные физико-химические свойства в значительной степени зависят от состава технических стекол.

К отрицательным свойствам технического стекла, ограничивающим его применение в ряде электровакуумных приборов, следует отнести малую механическую прочность при растяжении, изгибе и ударе, малую термостойкость и низкую теплопроводность.

Рассмотрим более подробно некоторые из этих свойств.

Коэффициент термического расширения стекла

Термическое расширение стекла характеризуется коэффициентами линейного а и объемного в расширения. Поскольку эти величины связаны между собой строгим соотношением в = 3a, то для оценки процесса термического расширения пользуются только коэффициентом линейного термического расширения а (КТР), значения которого приводятся в технической литературе.

КТР стекла обычно измеряют с помощью дифференциального дилатометра, который позволяет снять кривую расширения стекла во всем интервале рабочих температур. Оперативный контроль КТР *на рабочем месте может быть проведен также по методу изгиба двойной стеклянной нити: путем сравнения КТР контролируемого стекла с КТР эталонного образца.
 

Термостойкость

Под термостойкостью стекла понимают его способ­ность выдерживать без разрушения резкие изменения температуры. Различают термостойкость стекла и стек­лянных изделий. Термостойкость стекла зависит в ос­новном от его КТР, а термостойкость стеклянного изделия — еще от формы изделия, толщины его стенок и наличия дефектов в спаях.

Наибольшую термостойкость имеют стекла с малым КТР. Так, кварцевое стекло (КТР 5,8-10^-7) имеет тер­мостойкость 1200°С.

Измеряют термостойкость путем испытания стеклян­ных стержней заданного размера, которые сначала на­гревают до некоторой температуры, а затем резко охлаждают, погрузив, например, в воду. При этом за величину термостойкости принимается максимальный перепад температуры, который выдержал испытуемый стержень без разрушения. Чтобы определить термостойкость стеклянных изделий, их подвергают испытаниям в условиях, максимально приближенных к рабочим. В процессе этих испытаний выявляются вредные напряжения в спаях и причины пониженной термостойкости изделий.

Зависимость вязкости от температуры

Свойством, в наибольшей степени определяющим режимы термической обработки стекла, является вязкость. В качестве единицы динамической вязкости принят 1 пуаз (П). Вязкость стекла плавно меняется с температурой: при нагревании она уменьшается, достигая значений 10—100 П в жидком состоянии, а при остывании постепенно увеличивается, достигая значений 10¹⁵П в твердом состоянии. При изготовлении изделий из стекла важно, чтобы кривая изменения вязкости от температуры была относительно пологой и позволяла формовать стекло в более широком интервале температур. В зависимости от ширины зоны размягченного состояния (вязкость 1000- 10000000 П) различают «длинные» и «короткие» стекла. Более «длинными» являются легкоплавкие стекла с высоким содержанием окиси свинца.

По кривой зависимости вязкости от температуры устанавливается режим отжига стекла; отжиг обычно проводят в интервале вязкости 10¹²—10¹⁴ П, что позволяет за 10—15 мин снять все остаточные напряжения в стекле.

Электропроводность стекла
 

Электропроводность стекла оценивается по величине удельного объемного электросопротивления, которая существенно зависит от температуры. При комнатной температуре удельное электросопротивление стекла составляет 10¹³—10¹⁷ Ом - см, что свидетельствует о его высоких электроизоляционных свойствах. С повышени­ем температуры это сопротивление уменьшается, достигая значений 10—10² Ом-см при температурах, близких

к зоне размягченного состояния стекла. Для удобства сравнения различных марок технических стекол электропроводность оценивают по температуре, при которой удельное объемное электросопротивление равно 100 МОм-см (Тк—100). Наибольшее значение Тк * 100 имеет кварцевое стекло (~600°С).

Химическая устойчивость стекла

Под химической устойчивостью технического стекла понимается его устойчивость к воздействию воды, различных химических реактивов (кислот, щелочей и т. п.) и паров щелочных металлов. Длительное хранение стеклянных заготовок во влажной атмосфере приводит к разрушению их поверхности (стекло тускнеет и теряет свою прозрачность) благодаря взаимодействию воды с поверхностью стекла по реакции:

Образующаяся при этом щелочь усугубляет разрушение поверхности заготовок. Повысить химическую устойчивость стекла к воздействию воды можно только путем удаления с его поверхности щелочных соединений (травлением разбавленными соляной, азотной или муравьиной кислотами или отжигом в печи). Механизм повышения химической устойчивости стекла заключается в образовании на его поверхности тонкого защитного слоя коллоидной кремниевой кислоты, замедляющего разрушение поверхности. По степени устойчивости к воздействию воды стекла делятся на пять гидролитических классов (с I по V).

Наименьшую химическую устойчивость имеют стекла по отношению к плавиковой и фосфорной кислотам.

В общем химическая устойчивость зависит от состава и состояния поверхности стекла, а также от вида реактива.

Газопроницаемость стекла

Под газопроницаемостью в технике понимают процесс проникновения газов через толщу различных материалов.

Для технических стекол практическое значение имеет их проницаемость по гелию и водороду; проницаемость других газов ничтожно мала и ею обычно пренебрегают. Проницаемость гелия через стекло примерно в 10 раз больше, чем водорода, несмотря на то, что атомный радиус гелия (0,53) больше атомного радиуса водорода (0,37). Это объясняется тем, что при проникновении водорода через стекло образуются гидроксильные группы, препятствующие потоку газопроницаемости Н2. Наибольшей газопроницаемостью по Не и Н2 обладает кварцевое стекло, наименьшей — алюмосиликатное.

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..