5. Теплофизические свойства стекол: теплоемкость, теплопроводность, термич. Расширение, термостойкость

Теплоемкость хар-т кол-во теплоты, котор-е необходимо подвести к телу для его нагрева. C=dQ/dt Q-кол-во теплоты, получаемое веществом из вне. Уд. теплоемкость хар-ся кол-ом теплоты, необходимым для нагрева единицы массы вещ-ва на 1 град. (Дж /кг*К). Теплопроводность: В стацион. условиях установившегося теплового потока кол-во тепла, передаваемого через плоскопараллельную пластинку от горячей стороны к холодной, подчиняется закону Фурье:

dQ/d*тао = - λ* S* dT/dL. Q- кол-во тепла, протек-го через пластину толщиной L и площадью S за время тао. Кол-во тепла пропорц-но градиенту температур dT/dL. Коэф-т пропорц-ти называется коэф-ом теплопроводности λ Вт/м*К. Для стекол λ=0,6-1,34 Вт/м*К. Термич. расширение стекол характеризуется объемным β и линейным и термическим. коэф. расширения. β=1/v₀*(dv/dt),α= 1/L₀*(dL/dt). v₀, L₀- начальный объем и длина тела. ТКЛР стекол колеблется от 5* 10^-7 до 200*10^-7 К^-1. Термостойкость – способность стекла выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения температуры. Термостойкость оценивают максимальной разностью температур, кот-ю оно выдерживает без разрушения при быстром охлаждении и коэф-ом термостойкости. Коэф. термостойкости материала может быть рассчитан по формуле Винкельмана-Шотта:

K= P/α * E*корень(λ/(c*d)), P- прочность при растяжении, α- ТКЛР, E- модуль упругости, λ- Коэф. теплопроводности, С- теплоемкость, d- плотности. При резком увелич., умен-и температуры материал прогревается неравномерно. Например, при резком увелич. темпер. сначала расширяется поверхностные слои материала, затем внутренние слои. Соответственно между наружн. и внутр. слоями возник. напряжение. Если напряжение превысит предел прочности, то материал разрушится. Предел прочности при растяжении в 20 раз меньше, чем при сжатии.

6. Электрические св-ва: электропроводность, сопративление, проницаемость, элект. прочность. Электропроводность – способность материала проводить элект. ток под дейст-м эл. поля.. Она обратна сопротивлению.

K=1/ρ, Сопротивление измеряется в Ом, удельное сопротивление Ом*м, уд. электропров-ть Ом^-1*м^-1. Уд. сопротивление в стеклах =10^8-18 Ом*м.При увеличении температуры электропроводность увеличивается. При 900-1000С хорошо проводят ток. Для стекол характерна ионная проводимость, проводят элект. ток катионы щелочных ме. Электрическая прочность хар-т свойство диэлектрика сохранять высокое электрическое сопротивление, находясь под действием электр полей большой напряженности. Она опр-ся напряженностью электр поля Епр,кВ,к-я вызывает резкое увеличение его электропроводности. Диэлектрическая проницаемость – помещение диэлектриков в электр поле приводит к перемещению своб зарядов к полюсам поля и к перераспределению зарядов-поляризация. Поляризованное стекло уже не является электрически нейтральным. Поляризация сопровождается потерями энергии в стекле, что приводит к его разогреву. Диэлектрическая проницаемость количественно хар-т поляризацию диэлектрика. Поляризация может быть электронная, ионная, ориентационная. Полная поляризация равна сумме всех видов поляризации.

7. Оптические св-ва стекол: преломление, отражение, рассеивание, пропускание и поглощение. Оптическ. св-ва стекол являются результатом их взаимодействия с электромагнитным излучением. По величине энергии кванта Е=h*ν=h*c/λ различают след. виды электромагн. излучения: рентгеновское, ультрафиолет., видимое, инфракрасное. Оптический диапазон волн вкл. 3 области: Пропускание, преломление и отраж-е света на поверхности раздела стекло-воздух. При попадании на монохроматическое излучение проходит через пластинку стекла: 1. пропускание (проходит без изменения напр-я), 2. ослабления в рез-те поглощения или рассеивания, 3. преломление(свет изменяет направление своего распространения), 4. двойное лучепреломление (излучение делится на составляющие, кот. распространяется в стекле с разной скоростью), 5. люминесценция (материал после излучения начинает светиться). Коэф. пропускания: ז =I^проп/I₀, Коэф. отражения ρ= I^отр/I₀, Коэф. поглощения α= I^погл/I₀.1=α+ ρ+ ז

Коэф. пропускания характ. прозрачность стекла в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера. ז = e^-kcd. К- показатель поглощения, л/моль;С- концентрация красящей добавки,моль/л; d-толщина пластинки,см. Для характеристики поглощения стекол исп-т понятия оптической плотности. Оптич. плотность определяет способность стекла поглощать излучения оптич. диапазона. Оптическая плотность D= - lg r= lg(1/r)= 0,43Kcd. Окраска стекол обусловлена избирательным поглощением в определенных областях спектра, нм. Коэф. отражения зависит от показателя преломления, состояния повер-ти, длины волны падающего света и угла падения. Дисперсия хар-ет изменение преломл-ей способности мат-ла при изменении волны падающего на него света.

8. Влияние оксидов на свойства стекол Понижают вязкость оксиды щелочных и щел-земел. ме..Повышают: оксиды кремния, алюминия, циркония. Чем ниже ионный радиус катиона щел. оксида, тем сильнее он понижает вязкость. Мерой поверхностного натяжения явл. работа, кот. необходимо затратить для образования единицы поверхности. Для большинства пром. стекол в завис.от их состава поверхностное натяжение изменяется от 0,15-0,5 Н/м.. Поверх. натяж-е возникает на всех технолог. процессы производства стекла, особенно те, кот. сопровожд-я изменением пов-ти раздела газ-расплав. К поверх-активн. оксидам, снижающим повер-е натяж-е относят оксиды серы, хрома, вольфрама. Увеличивают: алюминия, кремния, циркония. Практически не влияют оксиды щел. и щел-зем ме. Твердость – способность материала сопротивляться разрушению поверхностного слоя,МПа. Выделяют статическую и динамическю твердость. Динамическая – пример истирание. Твердость стали 6-7 МПа. Повышают мех. прочность оксидом кремния, бора, титана, циркония. Снижают – оксид свинца. Теплоемкость хар-т кол-во теплоты, котор-е необходимо подвести к телу для его нагрева. C=dQ/dt - Q-кол-во теплоты, получаемое веществом из вне. Оксиды тяжелых Ме снижают, щел и щел-зем повышают теплоемкость.

9. Основные сырьевые материала для производства стекла Основные сыр мат-лы –те, к-ые в состав стекла вводят оксиды щел. ме и щел.зем. ме., оксиды кремния. К основным материалам относят : 1. материалы для введения оксида кремния с содержанием 75% - кварцевый песок, жильный кварц, горный хрусталь, кварциты. Согласно требованиям, предъявляемым к кварц. содержащим материалам, они не должны содерж. посторонних примесей, т. е. оксидов железа, титана, т.к. они окрашивают стекло. Например: Fe²⁺ - дает синий цвет, Fe³⁺- желтый оттенок. «-»: их гранулометрический состав, т. к. в стекле песчинки д. б. от 0,1- 0,8 мм. В РБ есть 1 месторождение кв. песка- Лоевское, пригодное только для производства тарного стекла. 2. Материалы, исп. для введения оксида алюминия: а) глинозем, в нем 95% оксида алюминия. Это продукт переработки бокситных руд. б) нефелиновый сиенит – продукт переработки нефелиноапатитовых руд, в)пегматит -25% оксида кремния, г) полевой шпат бывает натриваевый (альбит), калиевый (ортаклаз). д) каолин (использ. редко) 3. Материалы для введения щел. и щел-зем оксидов а) оксид натрия, б) сода, в) сульфаты натрия. Используют кальцинированную, т.е. безводную соду. Сырьем для введения оксида калия служат поташ, селитра. Для введения оксида кальция, магния: мел, известняк, доломит, магнезит. Для введения оксида бора: борная кислота.

10. Вспомогательные сырьевые материалы – те, кот. способ-т варке стекла или придают стеклу опред. св-ва (окрашивают). Есть осветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, окислители, восстановители. Осветлители – вещ-ва, кот. способс. удалению газов, содерж-ся в расплаве а) Na₂SO₄, б) аммонийные соединения. Разлагаются при увеличении температуры с образованием газа, газы увлекают с собой газовые включения. Обесцвечиватели – выдел. физ. и химич.. Химич. обесцвечиватели- переводят оксид железа из 2-х валентной формы в 3-х валент, и увеличивается прозрачность стекла. а) оксид церия, б) оксид мышьяка, в) селитра-сильный окислитель. Физич. обесцвечиватели: оксиды марганца, кобальта, никеля, селен металлический. Красители : 1. ионно-молекулярные,2. коллоидные. При введении ион-мол. красителей цвет стекла зависит от концентрации: а) оксиды Ме переменной валентности (железа, хрома- зеленый цвет, кобальт- синий, никель с кобальтом- серый, церий- золотой). Зависит не только от концентр., но и от режима термической обработки стекла. Глушители – теряют прозрачность (флюрит CaF₂, Na₂AlF₆, CaP, Ca₃(PO₄)₂). Окислители- выделяют O₂ (мышьяк, селитра). Восстанов-ль (уголь, мазут).