Электрические свойства
Важнейшие электрические свойства стекла – электрическая проводимость, диэлектрическая постоянная, диэлектрические потери и диэлектрическая прочность.
Электрическая проводимость стекло при нормальной температуре ничтожна, поэтому стекла можно использовать в качестве изоляторов. При повышении температуры электрическая проводимость стекол возрастает.
Поверхностная электрическая проводимость возникает при взаимодействии поверхности стеклянных изделий с влагой атмосферы. Образующаяся при этом на поверхности пленка достаточно хорошо проводит электрический ток.
Электрическую проводимость стекол учитывают при использовании стекла в качестве изолятора и при электрической варке стекла. Диэлектрической постоянной или диэлектрической проницаемостью называется безразмерная величина, показывающая, во сколько раз емкость конденсатора, между обкладками которого находится стекло, больше, чем у такого же конденсатора, между обмотками которого существует вакуум.
При использовании стекла в качестве прокладки конденсатора часть энергии, проводимой к его обкладкам, поглощается стеклом и называется диэлектрическими потерями. Они характеризуются углом сдвига фаз между силой тока и напряжением на обкладках конденсатора.
Диэлектрическая прочность характеризует способность стекла выдерживать высокое напряжение без разрушения и ухудшения диэлектрических свойств. Увеличение содержания SiO2 в стекле повышает его диэлектрическую прочность, а повышение содержания щелочных оксидов снижает ее.
Оптические свойства.
Основными оптическими свойствами стекла являются показатель преломления, средняя и частные дисперсии и коэффициент дисперсии.
При переходя луча света из одной среды в другую, например из воздуха в стекло, направление луча изменяется. Отношение синусов углов, образуемых лучом света с нормалью и поверхности раздела между средами, называется показателем преломления.
Дисперсия света определяется разностью показателей преломления, соответствующих различным длинам волн.
Эти свойства используют в различных оптических приборах. Вместе с тем показатель преломления определяет также блеск стеклянных изделий, что важно при изготовлении сортовой стеклянной посуды. К важнейшим оптическим свойствам стекла относятся коэффициенты пропускания, отражения и поглощения, определяющие, соответственно, какую долю падающего света стекло пропустит, отразит и поглотит.
Поглощение видимого света ухудшает качество оконного стекла и сортовой посуды. Поглощение видимого света бесцветным стеклом обусловлено присутствием в стекле соединений двухвалентного железа. Для уменьшения поглощения света в шихту добавляют окислители, переводящие соединения двухвалентного железа в трехвалентную форму.
Более тщательное изучение свойств стекла показало, что далеко не всегда постоянное повышение содержания того или иного оксида в стекле приводит к постоянному увеличению( или уменьшению) показателей определенного свойства. Во многих случаях повышение содержания оксида может вызвать, например, сначала их увеличение, а затем уменьшение. Эта особенность свойств стекла создает затруднения при применении расчетных способов для определения свойств стекла.[11]
Сырьевые материалы в производстве стекла.
Все сырьевые материалы , применяемые для варки стекла, в зависимости от их назначения могут быть разделены на главные и вспомогательные. К главным относят материалы, с которыми в состав стекольной шихты входят необходимые для данного вида стекла кислотные или основные оксиды.
Вспомогательные сырьевые материалы вводят в состав шихты для того, чтобы вызвать те или другие изменения в свойства стекломассы. К ним относятся вещества, создающие восстановительную или окислительную среду в стекольной шихте, расплаве и окружающей печной атмосфере, которые ускоряют стеклообразование и обесцвечивание стекломассы, а также окрашивают стекло. Такая классификация сырьевых материалов на группы стеклообразователей, окислителей, обесцвечивателей, осветлителей и т.д., конечно, условна. Иногда один и тот же материал выполняет не одну из перечисленных функций, а две или более.
Главнейшие стеклообразующие материалы.
Основные стеклообразующие оксиды вводятся в состав сырья со следующими сырьевыми материалами: с кварцевыми песками, песчаниками- редко кварцитами, жильным кварцем, пылевидным кремнеземом; с доломитами, с известняками, мелом, пегматитом, полевым шпатом, с техническим гидроксидом алюминия, с содой кальцинированной, с сульфатом натрия техническим и природным, с поташом, борной кислотой, с суриком и т.д.
Характеристика сырьевых материалов.
Общее требование ко всем видам стекольного сырья- чистота и однородность по составу. Чистота сырьевых материалов определяется, в частности, количеством содержащихся в них оксидов железа, которая снижает светопрозрачность стекла. Критерием однородности являются отклонения в содержания в содержании основного вещества.
Наибольшие загрязнения в стекло вносят песок и пегматит, поэтому они больше, чем все остальное сырье, требует обогащения. Третьим по степени загрязнения стекла является доломит. Кремнеземсодержащее сырье является основным компонентом стекольной шихты, количество его в большей части видов стекла составляет 70%, поэтому к такому сырью предъявляются особо жесткие требования в части содержания загрязняющих примесей.
Стекольные пески.
Стекольными называют пески, содержащие более 95% кремнезема и относительно немного окрашивающих примесей. Пески, называемые кварцевыми, содержат более 98% SiO2 и до 1,5 % Al2O3. Среди материалов, применяющихся для введения в стекольную шихту, кварцевые пески составляют около 80%, песчаники 12, кварц- около 2 %.
Кварцевые пески представляют собой обломочную породу, состоящую в основном из зерен кварца. Примесями являются глины, тяжелые минералы, гидроксиды железа, легкие алюмосиликаты, включая минералов внутри зерен кварца, а так же твердые растворы железа в кремнеземе.
Химический состав песков в пределах одного месторождения часто характеризуется значительными колебаниями. По зерновому составу стекольные пески более или менее однородны.
Карбонатное сырье.
Для введения в состав стекла CaO и MgO применяются доломиты CaCO3×MgCO3. Для введения только СаО- известняки, мел- CaCO3.
Доломит- осадочная порода, состоящая в основном из минерала доломита. Цвет белый, серый. Твердость 3,5-4, некоторые разновидности имеют очень высокую твердость- 6,5-7.
Карбонатное сырье характерно тем, что железосодержащие примеси присутствуют в составе породы в тонкодисперном состоянии и распределены равномерно что делает невозможным эффектное их извлечение и удаление.
Борная кислота .
Борная кислота является сырьем, с которым в стекло вводят оксид бора. Этот оксид вводится обычно в состав стекол, от которых требуется высокая химическая и термическая стойкость
Вспомогательные сырьевые материалы.
Красители.
Для получения цветных стекол в шихту добавляют различные красители, которые при варке растворяются или равномерно распределяются в виде коллоидных частичек, обусловленная в том и другом случае избирательное поглощение стеклом световых лучей.
При окраске стекла растворением красителей применяют главным образом оксиды различных металлов, образующие в стекле с кремнеземом окрашенные силикаты. Если стекло содержит борную кислоту, то таким же образом могут образовываться окрашенные бораты.
Эти силикаты и бораты, растворяясь в массе стекла, сообщают ему ту или иную окраску точно так же, как различные цветные соли, растворяясь в воде, окрашивают ее. Окраска стекла, благодаря образованию окрашенных силикатов, применяется наиболее широко.
Цвет стекла также зависит от количества содержавшегося в нем красящего оксида. Сильное изменение окраски вызывается, кроме того, различным содержанием в стекле отдельных стеклообразующих оксидов. Наиболее выразительно окрашиваются свинцово-кадмиевые стекла.[11]