🗊Презентация Л2 Свойства стекла

Свойства стекла Лекция 2

Важными свойствами стёкол являются Механические Термические Электрические Оптические

1.Механические свойства: Плотность Упругость Прочность Твердость Хрупкость

Плотность Плотностью называется отношение массы тела к его объему. p = m/V, где р — плотность; г/см3; m — масса, г; V — объем, см3. Стекло имеет плотность от 2,2 до 7,5 г/см3. Она определяется химическим составом. В состав тяжелых стекол (флинтов) входит много свинца или оксид бария, в состав легких — окислы элементов с малой атомной массой — лития, бериллия, бора. Большинство промышленных строительных стекол (оконное, полированное, профильное) имеет плотность 2,5—2,7 г/см3 в частности оконное - стекло 2,55 г/см3. Плотность стекол в некоторой степени зависит и от температуры. Так, с повышением температуры плотность стекол уменьшается.

Упругость Твердые тела при нагрузке деформируются. Упругая деформация - деформация, исчезающая после прекращения действия нагрузки. Пластическая деформация – деформация, остающаяся после снятия нагрузки. Стекло в твёрдом состоянии испытывает упругие деформации. Стекло формовочной вязкости испытывает пластические деформации.

Модуль упругости Если приложить к стеклянному стержню, имеющему длину L и площадь сечения S, нагрузку Р, то удлинение ΔL при упругом удлинении стержня можно рассчитать по формуле: ΔL = PL/ ES, где Е – модуль упругости, измеряемый в МПа. Чем больше значение Е, тем меньше будет удлинение стержня при равных Р, L и S. Модуль упругости различных технических стёкол изменяется в пределах 480 – 830 МПа. При повышении температуры, значение Е понижается

Прочность Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних нагрузок. Прочность характеризуется пределом прочности. В зависимости от направления действия нагрузки определяют предел прочности при сжатии, растяжении, изгибе и т. д.

Твердость.

Хрупкость. Хрупкость стекол определяется способностью противостоять удару. Большая хрупкость стекол ограничивает их применение. В лабораторных условиях вместо хрупкости определяют микрохрупкость стекла, которая измеряется числом микротрещин, образовавшихся на поверхности стекла при вдавливании в него алмазной пирамидки

2. Термические свойства Теплоёмкость Теплопроводность Температура начала размягчения Термическое расширение Термоустойчивость

Теплоемкость. Удельная теплоемкость характеризуется количеством теплоты, необходимым для нагревания 1 г вещества на 1° С. Измеряется она в кал/г·град, ккал/кг·град (Дж/кг·К). Стекла имеют удельную теплоёмкость от 0,08 до 0,25 кал/г·град в зависимости от химического состава. Окислы тяжелых элементов РbО, ВаО, как правило, понижают теплоемкость стекол, а окислы легких элементов типа Li20 повышают ее. С повышением температуры теплоемкость стекла увеличивается, причем до температуры начала размягчения она увеличивается незначительно, а при пластичном состоянии начинает возрастать быстрее. Увеличение теплоемкости стекла с повышением температуры происходит и в расплавленно-жидком состоянии.

Теплопроводность Теплопроводность веществ измеряется количеством тепла, переносимым через единицу площади поперечного сечения образца в единицу времени при разности температур, равной единице:  Q = λ S τ t/а  , где Q — переносимое количество тепла, кал; λ,— коэффициент теплопроводности, кал/см·с·град или ккал/м·ч·град (вт/м·град); S — площадь, через которую происходит теплопередача, см2; а — толщина образца, см; t — разность температур, °С;  τ — время, с. Стекло плохо проводит тепло. Коэффициент теплопроводности стекол 0,0017—0,032 кал/см·с·град, в частности для оконных стекол он равен 0,0023. Наибольший коэффициент теплопроводности имеет кварцевое стекло, поэтому при замене SiO2 любыми другими окислами теплопроводность стекла понижается. С повышением температуры теплопроводность стекол увеличивается. Так, при нагревании стекла до его температуры начала размягчения величина ее повышается примерно в два раза.

Температура начала размягчения Температура начала размягчения стекла характеризует температуру, при которой стекло (стеклоизделие) начинает деформироваться. Она играет существенную роль при производстве стекла. Например, температуру отжига стекла принимают обычно на 20—30° С ниже температуры начала его размягчения, с тем чтобы изделие не деформировалось при тепловой обработке. Температура начала размягчения стекла в основном определяется его химическим составом. Тугоплавкие окислы (размягчающиеся при высоких температурах), такие, как SiO2, Al2O3, повышают температуру начала размягчения стекла, легкоплавкие окислы типа  Na2O, K2O, Li20 понижают ее. Наивысшей температурой начала размягчения обладает кварцевое стекло (1200—1500° С). Большинство обычных строительных стекол, в том числе и оконное, начинает размягчаться при 550— 700° С.

Тепловое (термическое) расширение Твердые тела при нагревании увеличиваются в объеме. Увеличение линейных размеров тела при нагревании и есть тепловое линейное расширение Коэффициент термического расширения важно знать при спаивании (спекании или сваривании) разных стекол, при производстве сортовых или листовых накладных стекол. Коэффициенты теплового расширения совмещаемых стекол должны быть близкими по величине, в противном случае такое изделие разрушится по шву от возникших напряжений

Термическая устойчивость Термической устойчивостью (термостойкостью) называют способность стекла выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения температуры. Термическая устойчивость играет существенную роль для стекол, которые используются в условиях резкой смены температуры. Когда стекло охлаждается, его наружные слои стремятся уменьшиться в объеме. Этому препятствуют внутренние слои, остывающие медленно из-за малой теплопроводности стекла. Образующиеся напряжения между наружными и внутренними слоями приводят к разрушению стекла. Те же процессы протекают и при резком нагревании стекла

3.Электрические свойства Электрическая проводимость Диэлектрическая проницаемость Диэлектрические потери Диэлектрическая прочность

Электрическая проводимость стёкол Электрическая проводимость стёкол при нормальной температуре ничтожна, поэтому стёкла можно использовать в качестве изоляторов. При повышении температуры электрическая проводимость стёкол возрастает. Различают объёмную и поверхностную эл. проводимость. Объемная эл. проводимость возникает, когда электрический ток в стёклах переносится наиболее подвижными ионами, входящими в структуру стекла. При нормальной температуре подвижность ионов в стекле мала. При повышении температуры удельная электрическая проводимость возрастает. Эл. ток в стёклах переносится подвижными щелочными ионами, поэтому возрастание содержания щелочных оксидов увеличивает эл. проводимость стёкол, а повышение содержания оксидов трёх- и четырёхвалентных металлов SiO2, ZrO2, B2O3, Al2O3 уменьшает электрическую проводимость. Поверхностная электрическая проводимость возникает при взаимодействии поверхности стеклянных изделий с влагой атмосферы. Образующаяся при этом на поверхности плёнка достаточно хорошо проводит электрический ток. Электрическую проводимость стёкол учитывают при использовании стекла в качестве изолятора и при электрической варке стекла.

Диэлектрическая проницаемость диэлектрической проницаемостью называется безразмерная величина, показывающая, во сколько раз ёмкость конденсатора, между обкладками которого находится стекло, больше, чем у такого же конденсатора, между обкладками которого существует вакуум. Диэлектрическая постоянная стекла учитывается при подборе составов стёкол для электровакуумных приборов высокой частоты и изменяется от 3,8 у кварцевого стекла до 16 у стёкол с высоким содержанием свинца.

Диэлектрические потери При использовании стекла в качестве прокладки конденсатора часть энергии, подводимой к его обкладкам, поглощается стеклом и называется диэлектрическими потерями

Диэлектрическая прочность Диэлектрическая прочность характеризует способность стекла выдерживать высокое напряжение без разрушения и ухудшения диэлектрических свойств.

4. Оптические свойства стекол Преломление Отражение Рассеяние Оптические свойства стекол связаны с характерными особенностями взаимодействия световых лучей со стеклом. Именно оптические свойства определяют красоту и своеобразие декоративной обработки стеклоизделий.

Преломление света Преломление света — это изменение направления распространения света при его переходе из одной среды в другую.

Отражение света  Отражение света — явление, наблюдаемое при падении света на поверхность раздела двух оптически разнородных сред и состоящее в образовании отраженной волны, распространяющейся от поверхности раздела в ту же среду, из которой приходит падающая волна.

Рассеяние света Рассеяние света — явление, наблюдаемое при распространении световых волн в среде с беспорядочно распределенными неоднородностями и состоящее в образовании вторичных волн, которые распространяются по всевозможным направлениям. В обычном прозрачном стекле рассеяния света практически не происходит. Если поверхность стекла неровная (матовое стекло) или в толще стекла равномерно распределены неоднородности (кристаллы, включения), то световые волны не могут пройти через стекло без рассеяния и поэтому такое стекло непрозрачно.

Двойное лучепреломление  раздвоение луча света при прохождении через среду с различными свойствами по разным направлениям (например, большинство кристаллов). Луч света, входящий в кристалл, разлагается на два луча — обыкновенный и необыкновенный. Скорости распространения этих лучей различны. Это явление используется для контроля качества термической обработки стекла, главным образом отжига и закалки.

Спасибо за внимание.