Кварцавыя шкла: асаблівасці вытворчасці, ДАСТ. Шкло кварцавае аптычнае: прымяненне

Шкло - адзін з самых старажытных матэрыялаў, які шырока ўжываецца ва ўсіх сферах практычнай дзейнасці чалавека дзякуючы набору карысных якасцяў і ўласцівасцяў. За час існавання (а гэта больш за 5 тыс. Гадоў) яго хімічная формула засталася практычна той жа, змяніліся толькі яго якасці.

кварцавае шкло

На працягу доўгіх гадоў чалавек імкнуўся стварыць шкло ўсё больш празрыстым і ўстойлівым да розных разбураюць фактараў. У выніку такога мэтанакіраванага ўдасканалення з'явіліся кварцавыя шкла - зусім новы тып матэрыялу з паражальнымі свядомасць характарыстыкамі. Магчыма, менавіта гэтае шкло вызначыць напрамак далейшага развіцця чалавецтва. Кварцавае шкло - гэта прадукт плаўлення чыстага аксіду крэмнія (SiO _2). У адрозненне ад звычайнага шкла, гэты матэрыял знаходзіцца ў аморфным стане, гэта значыць не мае дакладнай тэмпературы плаўлення і пры награванні з цвёрдага стану ў вадкае пераходзіць паступова. Шмат у чым дзякуючы менавіта гэтай уласцівасці кварцавае, або сілікатнае, шкло знайшло гэтак шырокае прымяненне ў прамысловасці.

Структура кварцавага шкла

Аморфнасць матэрыялу тлумачыцца яго структурай, аснову якой складаюць крамянёвай-кіслародныя тэтраэдра. Малекулы SiO ₂ «звязваюцца» адзін з адным дзякуючы ўзаемнай прыцягненню атамаў кіслароду. Разам яны ўтвараюць трохмерныя сеткі, нягледзячы на тое, што строгага парадку ў размяшчэнні малекул сябар адносна сябра няма. Менавіта таму кварцавыя шкла валодаюць ўласцівасцямі аморфных матэрыялаў.

Сілікатнае шкло, як і звычайнае, атрымліваюць шляхам плаўлення зыходнага сыравіны. У якасці такога можа выкарыстоўвацца чысты кремнезем - горны крышталь, жыльных кварц, кварцавы пясок, а таксама аксід крэмнію, атрыманы штучным шляхам.

Адрозненні кварцавага шкла ад звычайнага

У залежнасці ад абранага тыпу сыравіны вызначаюць і некаторыя ўласцівасці канчатковага прадукту. Так, для атрымання крышталёва чыстага і празрыстага матэрыялу выкарыстоўваюць горны крышталь.

Асноўным адрозненнем сілікатнай шкла ад звычайнага з'яўляецца высокая тэмпература плаўлення - больш за 1500 З ^а. Пры гэтым аксід крэмнію пачынае выпускаць інтэнсіўнае светлавое выпраменьванне ў бачным спектры, то ёсць пачынае свяціцца.

З прычыны аморфнай структуры сыравіны працэс плаўлення можа працягвацца значны час. Расплаўлены склад адрозніваецца высокай глейкасцю, што не дазваляе яго стапливать або перамяшчаць. Гэта абцяжарвае вытворчасць кварцавага шкла з аднолькавай таўшчынёй сценак.

асаблівасці вытворчасці

З прычыны ўсіх пералічаных асаблівасцяў вытворчасць сілікатнай шкла магчыма толькі на спецыялізаваным абсталяванні. У плавільны павінна падтрымлівацца высокая тэмпература, а для стварэння шкляных вырабаў неабходна падтрыманне бруі адкрытага полымя тэмпературай 1800 З ^аб і вышэй.

Прад'яўляюцца адмысловыя патрабаванні і да вытворчага памяшкання - яно павінна быць стэрыльным. Нязначную колькасць чужародных часціц немінуча прывядзе да таго, што гатовыя кварцавыя шкла ў хуткім часе парэпаюцца і страцяць свае ўласцівасці. Адмысловымі якасцямі павінны валодаць і супрацоўнікі вытворчасці - шкловыдзімальнікі. Ім даводзіцца мець справу з экстрэмальна высокімі тэмпературамі - адна памылка падчас працы можа прывесці да сур'ёзных траўмаў, апёкаў.

Усе асноўныя інструменты шкловыдзімальнікі выраблены з гарачатрывалых матэрыялаў - граніту, вальфраму, якія, апроч іншага, адрозніваюцца вялікім вагай. Таму супрацоўнікі павінны быць фізічна моцнымі і цягавітымі.

Ўласцівасці кварцавага шкла

Сілікатнае шкло валодае нізкімі паказчыкамі электраправоднасці, таму яно часта выкарыстоўваецца як дыэлектрык у складаных электрапрыборах. Галоўныя карысныя ўласцівасці, якімі валодаюць кварцавыя шкла, можна падзяліць на тры групы:

1. Тэрмічныя. Ўстойлівасць да высокіх тэмператур (1200 З ^о), высокі каэфіцыент тэмпературнага пашырэння (у 15 разоў вышэй, чым у звычайнага шкла), чым абумоўліваецца стойкасць да рэзкіх і значным тэмпературных ваганняў (на вытворчасці прадукцыю астуджаюць бруёй ледзяной вады).
2. Хімічныя. Шкло хімічна нейтральна, не ўступае ў рэакцыю з усімі шчолачамі і кіслотамі, акрамя фосфарнай і плавікавай кіслаты (рэакцыя пачынаецца пры тэмпературы вышэй за 300 З ^о).
3. Аптычныя. Паказчык праламлення кварцавага шкла ў 150 разоў ніжэй, чым у звычайнага _(n e = 1,46). Дзякуючы гэтаму яно бездакорна прапускае не толькі сонечны і звычайны святло, але і не затрымлівае ні інфрачырвонае, ні ўльтрафіялетавае выпраменьванне.

Усе гэтыя ўласцівасці дазваляюць выкарыстоўваць кварцавае шкло ў якасці будаўнічага матэрыялу, а таксама для вытворчасці лабараторнай посуду, аптычных прыбораў, электраабсталявання, тэрмаўстойлівых вогнетрывалых матэрыялаў. Адна з асноўных сфер яго прымянення - выраб аптычных валокнаў.

Аптычнае кварцавае шкло

У залежнасці ад прымененай пры вытворчасці тэхналогіі кварцавае шкло можа быць непразрыстым і празрыстым. У першым выпадку ў яго структуры будзе прысутнічаць вялікая колькасць бурбалак газу, якія інтэнсіўна рассейваюць святло. Празрыстае шкло, або шкло кварцавае аптычнае, як яго яшчэ называюць, абсалютна аднастайна, не ўтрымлівае бурбалак. Дзякуючы гэтай асаблівасці матэрыял выкарыстоўваецца пры вытворчасці аптычных кабеляў высакахуткаснай перадачы дадзеных, аптычных лінзаў і прызмаў.

Маркі і серыі аптычнага шкла

Адрозніваюць некалькі марак аптычнага шкла: КУ-1, КІ, і КВ. Прадукцыя адрозніваецца паміж сабой здольнасцю прапускаць бачнае, ультрафіялетавае і інфрачырвонае выпраменьванне. Самым празрыстым з'яўляецца шкло маркі КІ - яно здольна прапускаць святло пры даўжыні хвалі 2600-2800 нм, найменш празрыстае - КВ. У залежнасці ад выкарыстоўванага сыравіны розныя светопропускную здольнасці можа мець аптычнае шкло кварцавае. ДАСТ 15130-86 змяшчае звесткі аб трох серыях:

• 0 - матэрыял, які выкарыстоўваецца пры звычайных эксплуатацыйных умовах;
• 100 - шкло, устойлівае да iанiзуючага выпраменьвання нязначнай сілы;
• 200 - сыравіна, якое дапускаецца выкарыстоўваць ва ўмовах інтэнсіўнага іанізуючага выпраменьвання.

Марка і серыя шкла ўтвараюць шыфр прадукцыі. Ён наносіцца на вытворчасці і вызначае канкрэтны выгляд шкла. У нашай краіне няма адзінай сістэмы шыфравання, таму кожнае прадпрыемства пазначае сваю прадукцыю па сваім разуменні.

вобласць прымянення

З сілікатнай шкла вырабляецца вялікая колькасць разнастайнай прадукцыі. У навуковых і вытворчых лабараторыях запатрабаваныя трубкі з кварцавага шкла, якія выкарыстоўваюцца для замераў ўзроўню вадкасці, вырабу электранагравальных прыбораў, правядзення хімічных рэакцый і захоўвання агрэсіўных рэчываў.

Шырокае прымяненне на вытворчасці атрымала і непразрыстае шкло. Яно выкарыстоўваецца там, дзе неабходны кантроль вадкіх прадуктаў пры высокіх тэмпературах і, дзякуючы нізкай кошту, прымяняецца паўсюдна.

Аптычнае шкло ўжываецца ў судна-і ракетабудавання, галоўным чынам для вытворчасці асвятляльных прыбораў. На нафтахімічных прадпрыемствах гэты матэрыял цэніцца за высокую ўстойлівасць да хімічных рэчываў і выкарыстоўваецца для кантролю агрэсіўных вадкасцяў. У самалётах ім остекляют кабіны, а таксама выкарыстоўваюць у якасці цеплаізаляцыі.

Вытворцы вырабляюць прадукцыю згодна з патрабаваннямі ДАСТ 22291-83. Кварцавае шкло, трубкі, вокны, прызмы, лінзы і іншыя вырабы вырабляюцца як масава, так і ў індывідуальным парадку.