Плотность оконного стекла

Содержание

Как определить плотность стекла?

Плотность оконного стекла

У каждого материала имеются собственные физические характеристики, которые будут определять его свойства и применимость в тех или иных ситуациях. Если вещество создается искусственным путем, то зачастую человек на этапе производства может изменять тот или иной показатель в угоду функциональному назначению.

Например, плотность стекла можно слегка подкорректировать при помощи добавления специальных присадок. Но это, скорее всего, повлияет и на прозрачность материала, поэтому такой подход практикуется крайне редко. Да и особой нужды в тонкой регулировке данного параметра нет.

Разновидности стекла

Конечно, если встречается такой вопрос, то в первую очередь собеседник спрашивает об оконной разновидности. Но если подходить с правильной точки зрения, то следует выделять следующие виды плотности стекла в кг/м3 или в г/см3:

  • –    кварцевое стекло или горный хрусталь – 2200 (2,2);
  • –    силикатное стекло – 2500 (2,5);
  • –    свинцовое стекло – 2400-3200 (2,4-3,2);
  • –    бариевое стекло – 2700-2900 (2,7-2,9);
  • –    танталовое или висмутовое стекло – 7500 (7,5).

Кроме указанных марок также могут встречаться и другие виды стекол. Стоит заметить, что добавление в состав металла или его оксида значительно повышает плотность, но при этом и ухудшает прозрачность. Поэтому самые плотные стекла будет практически непрозрачными. Они используются в тех отраслях, где в первую очередь важна прочность, например в бронировании различных объектов.

э

Хотя бронированные автомобильные стекла являются полностью прозрачными. Это достигается благодаря их уникальному составу, который производители держат в секрете. На итоговый показатель плотности будет также влиять и предпродажная обработка материала.

Например, при обжиге стекло становится более плотным, так как при повышении температуры перестраивается кристаллическая сетка, и все молекулы как бы прижимаются друг к другу плотнее. А вот при закалке, которая подразумевает охлаждающие процедуры, плотность уменьшается, потому сто в итоге, если посмотреть под микроскопом, то материал будет иметь рыхлую структуру.

Плотность оконого стекла

Также нужно знать, что поверхностная плотность стекла, как и любого другого вещества, не зависит от его толщины. Поэтому при проведении вычислений этот показатель не нужно брать в расчет.

Единственную существенную роль будет играть площадь материала.

Небольшой кусочек имеет точно такую же плотность, как и гигантский предмет, который занимает несколько этажей в отделке дома, в этом можно будет убедиться после проведения опыта.

Плотность материала 4 мм и 12 мм также будет абсолютно идентичной. Поэтому при решении любых практических задач не нужно использовать рулетку и замерять в отдельности все габариты. Можно смело пользоваться табличным значением. Важно лишь знать, какой именно тип стекла используется в работе.

Если же кто-то решит проверить плотность оконного стекла, то в формулу нужно будет подставить всего два значения: массу материала разделить на его объем. Получить эти показатели можно без особых проблем, так как они не требуют наличия сверхточного оборудования.

Обычных домашних весов вполне хватит, чтобы взвесить стекло, а посчитать объем тела, которое представляет собой прямоугольный параллелепипед, сможет любой школьник. Так что на сбор начальных данных уйдет не более 10 минут, а на вычисления – всего пара секунд. Таким образом, можно будет убедиться в правдивости табличных данных.

Плотность жидкого стекла

Это еще раз подтверждает, что в искусственно создаваемых веществах можно легко управлять основными техническими характеристиками. Жидким стеклом принято называть две разновидности соединений:

  • –    водно-щелочной раствор силиката натрия;
  • –    водно-щелочной раствор силиката калия.

Оптическая плотность такого материала, как стекло, представляет собой несколько иной показатель, который характеризует степень ослабления света при прохождении через прозрачный объект. Это значение вычисляется по гораздо более сложной формуле, которая требует логарифмирования.

Также нужно знать мощность светового потока, поступающего на поверхность стекла и мощность выходящего потока после преломления. Для измерения этих данных уже нужно использовать сложные приборы, которые имеются только в специальных лабораториях. Так что посчитать этот показатель в домашних условиях уже не получится.

В основном, стекло такого типа используется в быту, например, для изготовления стеклянных дверок духовых шкафов или каминов. Прозрачный материал обладает превосходными эксплуатационными характеристиками и ……
Технология закалки стекла схожа с процессом закалки металла. Конечно, обработка значительно увеличивает стоимость материала, однако по своим эксплуатационным свойствам закаленное стекло во много раз превосходит ……
Печь для фьюзинга способна к обработке стекла, толщина которого равняется порядка десяти миллиметров, а это значительная толщина. Нижний отсек данной печи…

Источник: https://promplace.ru/steklo-staty/plotnost-stekla-1993.htm

Теплопроводность и плотность стекла, свойства фарфора, фаянса, хрусталя

Плотность оконного стекла

В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности стекол различной плотности в зависимости от температуры. Теплопроводность стекла приведена при отрицательной и положительной температуре — в интервале от 4 до 1140 К (-269…867°С).

Рассмотрены такие типы стекол, как: кварцевое стекло (плавленый кварц), крон (легкий ЛК5 и баритовой серии 100БК110), стекло боросиликатное (С38-1, С39-1, С47-1, пирекс), известково-натриевое, свинцово-тугоплавкое, фарфор, фаянс, флинт (тяжелый ТФ1 и баритовый БФ8), хрусталь с плотность 2600…2850 кг/м3.

Теплопроводность стекол различных типов при комнатной температуре лежит в диапазоне от 0,7 до 1,6 Вт/(м·град). Например, теплопроводность кварцевого стекла при комнатной температуре составляет величину 1,36 Вт/(м·град); теплопроводность хрусталя находится в пределах 0,88-0,91 Вт/(м·град); теплопроводность фарфора имеет величину 1,68 Вт/(м·град).

При низких отрицательных температурах стекло обладает теплопроводностью 0,13-0,4 Вт/(м·град). При увеличении температуры стекла его теплопроводность возрастает. При высоких температурах теплопроводность стекла увеличивается до значения 2-2,25 Вт/(м·град).

Примечание: Размерность теплопроводности в таблице Вт/(м·град), все образцы отожженые, теплопроводность стекол соответствует указанным в таблице температурам, возможна интерполяция данных.

Плотность стекла

В таблице представлены значения плотности стекол распространенных типов при температуре от 0 до 50°С в размерности кг/м3. Следует отметить, что плотность стекла находится в широком диапазоне — от 2180 до 8000 кг/м3 и зависит от состава стекла, его температуры и режима термообработки.

К стеклам с низкой плотностью относятся: викор, кварцевое стекло, пирекс. Плотность обыкновенного оконного стекла составляет величину около 2500 кг/м3, что сравнимо с плотностью сплавов алюминия.

К стеклам с высокой плотностью можно отнести стекла, содержащие оксиды тяжелых металлов.

Например, стекла с большим содержанием (до 80%) оксидов бария BaO и свинца PbO, висмута, талия, вольфрама обладают плотностью около 8000 кг/м3 — их удельный вес может превышать величину плотности стали.

Необходимо отметить, что плотность стекла зависит от температуры. При нагревании стекла его плотность снижается из-за увеличения объема за счет теплового расширения. В процессе нагрева плотность стекла снижается в среднем на 7,5 кг/м3 на каждые 50 градусов температуры.

Термообработка также влияет на величину плотности стекла. В процессе закалки и отжига стекла изменяется его внутренняя структура.

При закалке фиксируется состояние высокотемпературной структуры расплава, которая обладает большим объемом, чем структура стекла, подвергнутого длительному отжигу.

В результате термообработки плотность закаленного стекла становиться ниже на 4-5%, по сравнению с отожженным.

Экспериментально определить плотность стекла или изделия из него можно с высокой точностью по методу пикнометра или с помощью гидростатических весов. Метод гидростатического взвешивания основан на законе Архимеда и сводится к определению объема вытесненной стеклом жидкости.

Плотность стекла в кг/м3

Вид стеклаПлотность стекла, кг/м3Вид стеклаПлотность стекла, кг/м3
Алюмосиликатное (20% Al2O3) 2530 Натрий-кальцийсиликатное 2400-2550
Боросиликатное термостойкое 2200-2400 Обыкновенное 2400-2800
Викор 2180 Пирекс 2230-2250
Высокосвинцовое 5400-6200 Свинцовосиликатное (21% PbO) 2860
Кварцевое 2200 Флинтглас 3900-5900
Стекло оконное 2470 Хрусталь 2600-4000

В следующей таблице представлена плотность оптического бесцветного стекла обычных марок по ГОСТ 3514 при комнатной температуре.

Плотность оптического стекла распространенных марок

Марка стеклаПлотность, кг/м3Марка стеклаПлотность, кг/м3
ЛК3 2460 К14 2530
ЛК4 2330 К19 2620
ЛК6 2300 БК4 2760
ЛК7 2300 БК6 2860
ФК14 3390 БК8 2850
К8 2520 БК10 3120
БК13 3040 ТК2 3200
ТК4 3580 ТК8 3610
ТК12 3060 ТК13 3440
ТК14 3510 ТК16 3560
ТК17 3660 ТК20 3580
ТК21 3980 ТК23 3240
СТК3 3910 СТК7 4220
СТК9 4110 БФ11 3660
СТК12 3460 БФ12 3670
СТК19 4090 БФ13 3820
КФ4 2570 БФ16 4020
КФ6 2520 БФ21 3560
КФ7 2510 БФ24 3670
БФ1 2670 БФ25 3470
БФ6 3160 БФ28 3960
БФ7 3230 ТБФ4 4460
БФ8 3280 ЛФ5 3230
ЛФ9 2610 ЛФ10 2730
Ф1 3570 Ф4 3670
Ф6 3480 Ф9 2930
Ф13 3630 ТФ1 3860
ТФ2 4090 ТФ3 4460
ТФ4 4650 ТФ5 4770
ТФ7 4520 ТФ8 4230
ТФ10 5190 ОФ1 2560

Удельная теплоемкость стекла

В таблице представлена удельная теплоемкость стекла различных видов и плотности в зависимости от температуры. Теплоемкость стекол дана в интервале температуры от 173 до 1473 К (-100…1200 °С). Размерность теплоемкости в таблице кДж/(кг·град).

Приведена удельная теплоемкость следующих стекол: стекло кварцевое, крон, натриевое, оконное, пирекс, термометрическое стекло, стекло флинт, стекла из природных силикатов: анорит, альбит, волластонит, диопсид, микроклин.

Удельная теплоемкость стекла основных типов находится в диапазоне 490…1125 Дж/(кг·град). К примеру, удельная теплоемкость силикатных стекол находится в диапазоне от 300 до 1050 Дж/(кг·град) и зависит от состава стекла.

Низкая теплоемкость характерна для стекол с высоким содержанием тяжелых элементов — таких, как барий или свинец — это относится в первую очередь к тяжелым кронам и флинтам.

К стеклам с высокой теплоемкостью при обычных температурах можно отнести такие, как: пирекс, натриевое стекло, термометрическое.

Следует отметить, что удельная теплоемкость стекла зависит от температуры — при нагревании стекла ее значение увеличивается. Например, удельная теплоемкость кварцевого стекла при температуре 1200°С на 25-30% выше этой величины при 20°С.

Теплоемкость, состав и другие физические свойства фарфора

В таблице представлен состав, тепловые и физические свойства фарфора при комнатной температуре.
Свойства фарфора указаны для следующих типов: установочный, низковольтный фарфор, высоковольтный и химически стойкий.

Представлены следующие свойства фарфора:

  • состав фарфора;
  • твердость по Моосу;
  • удельная теплоемкость фарфора, кДж/(кг·град);
  • теплопроводность стекла, Вт/(м·град);
  • удельное электрическое сопротивление Ом·м;
  • пробивное напряжение, кВ/мм;
  • граница огнеупорности, К.

Следует особо отметить такое свойство фарфора, как теплоемкость. Удельная теплоемкость фарфора составляет от 750 до 925 Дж/(кг·град). Наибольшим значением теплоемкости обладает установочный фарфор, наименьшим — химически стойкий.

Теплофизические свойства фаянса

В таблице представлены теплофизические свойства фаянса при комнатной температуре.
Свойства фаянса даны для следующих типов: глинистый, известковый фаянс, полевошпатовый фаянс: хозяйственный, санитарно-технический.

В таблице приведены следующие свойства фаянса:

  • плотность фаянса, кг/м3;
  • пористость, %;
  • коэффициент теплового расширения (КТР), 1/град;
  • предел прочности на сжатие, кГ/см2;
  • предел прочности на изгиб, кГ/см2;
  • теплопроводность фаянса, Вт/(м·град).

Источники:

Источник: http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/keramika-i-steklo/teploprovodnost-stekla-svojstva-farfora-fayansa-hrustalya

Стекло – что такое и как производится? Свойства стекла

Плотность оконного стекла

Каждый из нас не раз встречал стекло. Что такое этот хрупкий и прозрачный материал, знает любой школьник. Мы каждый день видим его в зеркалах, окнах, в посуде и элементах мебели, но хорошо ли мы знакомы с ним? Как оно производится, что собой представляет и каковы свойства стекла?

Что значит это слово

Существует немало справочных материалов, которые могут помочь в этом вопросе.

Каково же значение слова “стекло” по одному из наиболее популярных источников? Словарь Ожегова характеризует это вещество как твердый материал, получаемый из кварцевого песка, смешанного с окислами некоторых металлов. Даже определение дает некоторое представление о способе производства данного материала. Но к этой теме мы перейдем позже.

Наверняка все привыкли, что стекло – это прозрачный материал. Но обратите внимание – словарь Ожегова не дает такого уточнения. Стекло может быть не только прозрачным, но также цветным или матовым. А вот состав материала при этом отличается несущественно.

Из чего делают стекло

Стандартный состав стекла представляет собой смесь чистого кварцевого песка, извести и соды. Для изменения свойств материала могут использоваться различные добавки.

Но все-таки основным составляющим компонентом является именно чистый речной песок. Его количество составляет примерно 75% от всей смеси. Сода позволяет снизить температуру плавления песка почти в 2 раза.

Известь защищает стекло от воздействия большинства химических веществ, а также добавляет прочности и блеска.

Дополнительные примеси:

  • Марганец. Его добавляют в стекло для получения специфического зеленого оттенка. Для получения других цветов может использоваться никель или хром.
  • Свинец придает стеклу дополнительный блеск и характерный звон. Материал получается более холодным на ощупь. Стекло с примесью свинца называется хрусталь.
  • Оксид борной кислоты тоже придает материалу дополнительный блеск и прозрачность, при этом понижая коэффициент теплового расширения изделий.

История производства стекла

Еще 6000 лет назад люди умели создавать этот красивый и хрупкий материал.

Конечно, его внешний вид несколько отличался от современного стекла, поскольку в Древнем Египте и Месопотамии не было оборудования для качественной очистки песка и других инструментов. Тем не менее производство стекла началось именно там.

Благодаря устойчивости к воздействиям окружающей среды этот материал дал историкам представление о культуре и технических возможностях древнейших народов.

В России первый завод по производству стекла появился в 1636 году. Он был расположен недалеко от Москвы. Там создавались посуда и оконные стекла. Большое развитие эта отрасль промышленности получила при Петре I.

Только в 1859 году изобретение насоса высокого давления позволило создавать стекло без участия стеклодувов. Это значительно упростило производство. А в начале 19 века было обнаружено интересное свойство материала – если готовое изделие разогреть до определенной температуры, механические свойства стекла повысятся на 400%.

Современное производство

Технологии шагнули далеко вперед, что позволило создавать любые материалы в огромных количествах и с наименьшими затратами человеческих сил.

В настоящее время существует немало заводов, на которых по стандартной налаженной технологии создается стекло.

Что такое современный материал, получаемый из расплавленного кварцитового песка, узнаем, ознакомившись с технологией. Как пример возьмем листовой материал.

Производство стекла по этапам:

  1. Все необходимые ингредиенты загружают в печь и разогревают, пока не образуется жидкая однородная масса.
  2. В специальном гомогенизаторе этот сплав перемешивают до однородного состояния.
  3. Полученную массу выливают в плоскую емкость, на дне которой находится расплавленное олово. Там стекло распределяется, образуя равномерный тонкий слой.
  4. Остывший и затвердевший материал отправляется на конвейер. Там проводится контроль толщины стекла и нарезка. Материал, не прошедший проверку, а также бракованные детали отправляются на переплавку.
  5. Производится последняя проверка качества, после чего стекло поступает на склад готовой продукции.

Виды стекла

В настоящее время этот материал является одним из наиболее распространенных. Неудивительно, что существуют различные типы стекла, отличающиеся как по внешнему виду, так и по физическим свойствам. Вот некоторые из них:

  1. Хрустальное стекло. Это материал, содержащий в своем составе свинец. О нем мы говорили выше.
  2. Кварцевое стекло. Содержит в составе чистейший песок, благодаря чему отличается высокой прочностью. Способно выдерживать скачки температуры, поэтому используется для создания оптических приборов, лабораторной посуды и окон.
  3. Пеностекло. Легкий строительный материал, который может быть использован как для отделки, так и для кладки стен и полов. Содержит в составе большое количество пустот, благодаря чему имеет высокие тепло- и звукоизоляционные свойства.
  4. Стекловата. Объемный воздушный материал, состоящий из тонких и очень прочных нитей. Огнестойка, поэтому используется не только в строительстве, но и при пошиве одежды пожарных и сварщиков.

Применение стекла

В зависимости от свойств и внешнего вида этому материалу можно найти почти любое применение. Основной потребитель изготавливаемого в наше время стекла – строительная отрасль. В ней используется более половины изготовляемого материала.

Его назначение может быть самым разнообразным – облицовка стен, остекление окон, возведение стен из пустотелых кирпичей, теплоизоляция и т.д. К строительной области можно отнести и витражное стекло. Что такое готическое окно, знают наверняка все. Как правило, оно выложено из большого количества цветных стеклышек.

В наше время витражи не потеряли своей актуальности и используются как в строительстве, так и в производстве мебели.

На втором месте по популярности идут стеклянные сосуды различного назначения. Немного меньше производится посуды. Стоит отметить, что в химической отрасли стекло является незаменимым материалом, поскольку оно устойчиво к большинству реагентов.

Физические свойства

Как и любой другой материал, стекло обладает рядом качеств, которые необходимо знать, прежде чем использовать его в той или иной области.

  1. Плотность. Может варьироваться в зависимости от состава смеси и способа изготовления. Значение плотности стекла может колебаться от 220 до 650 кг/м3.
  2. Хрупкость. Эта характеристика является отличительной особенностью стекла и ограничивает его применение в строительной области. В настоящее время учеными создаются более сложные сплавы, максимально увеличивающие прочность материала.
  3. Термостойкость. Обычное стекло выдерживает температуру до 90 оС. После обработки термические свойства материала значительно повышаются. Например, промышленное стекло способно выдерживать температуру более 200 оС.

Интересные факты

Мы узнали многое про стекло – что такое, как производится и какими свойствами обладает. Самое время немного отвлечься и ознакомиться с наиболее интересными фактами об этом весьма распространенном материале. Мало кто знает, что:

  • Скорость движения трещины по разбитому стеклу составляет 4828 км/ч.
  • Время разложения этого материала составляет примерно миллион лет.
  • Стекло можно неоднократно переплавлять практически без потери качества. В этом отношении у него почти нет аналогов.
  • Являясь аморфным материалом, расплавленное стекло не затвердеет при быстром охлаждении. Для этого нужны специальные условия.

Стекло не зря так активно используется в строительстве и других областях жизни человека. Наверняка оно еще долго будет оставаться одним из наиболее популярных материалов. В пользу этого утверждения говорят прочность, долговечность и относительная простота изготовления стекла, связанная с тем, что компоненты для его создания присутствуют на Земле в большом количестве.

Источник: http://fb.ru/article/222943/steklo---chto-takoe-i-kak-proizvoditsya-svoystva-stekla

Плотность стекла: свойства и физические характеристики

Плотность оконного стекла

Стекло является самым древним и самым универсальным материалом, который используется в разных сферах деятельности человека. Изготавливать стекло начали еще в Древнем Египте, где стекло применялось для внутренней облицовки пирамид.

Чуть позже стекло начали широко использовать в отделке множества дворцов.

Самыми важными характеристиками стекла оставалась твердость, прочность, теплопроводность и высока термостойкость, причем эти характеристики могут влиять на качество данного материала.

Плотность стекла

По аналогии до характеристик пенопласта стекло имеет свои уникальные качества. Если это технические стекла, то их плотность зависит от химического состава и колеблется в пределах от 220 и до 6300 кг/м3.

Если это стекла, которые применяют в изготовлении декоративных изделий и сортовой посуды, то их плотность обычно 2490-2520 кг/м3.

Для изготовления свинцовых хрусталей плотность стекла составляет 2400-3200, а для бариевых хрусталей плотность составляет 2700-2900 кг/м3.

Стоит знать, что плотность стекла уменьшается при повышении температуры. Поэтому плотность стекла отожженного больше, нежели закаленного.

А связано это с тем, что все закаленные стекла имеют рыхлую структуру, ведь при закалке замораживается высокотемпературная структура в стекле. А вот во время отжига эта структура уплотняется.

Готовая плотность плохо и хорошо отожженных стекол различается и составляет 20-30 кг/м3.

Еще плотность стекла может изменяться в зависимости от его химического состава. Например, существенно повышают плотность стекла оксиды железных металлов ZnO, PbO, ВаО, а в меньшей степени MgO и СаО. Такая зависимость используется в контроле химического состава стекол и особенно во время механизированного производства стеклянных изделий.

Свойства стекла

Стекло является неорганическим материалом, который изготавливают на производстве, а также оно существует в природе – это минералы. Относительно структуры стекла, то оно является аморфным твердым телом, которое имеет массу модификаций. Именно поэтому существует большое количество видов этого материала.

Причем каждый вид стекла имеет свой уникальный состав, свои химические и физические свойства. На сегодня, независимо от вида стекла, его производство достигло таких масштабов, что свойства стекла улучшаются каждый день.

Например, данный материал имеет такой состав, что получил высокую стойкость к агрессивным веществам, биоактивность, прозрачность, отражающую способность, прочность, жаростойкость, электропроводность и другие.

Химический состав стекла

Изготавливают стекло из стеклообразующих веществ, к которым относятся такие фториды и оксиды, как B2O3, P2O5, AlF3, GeO2, SiO2, TeO2. В итоге, учитывая основной используемый компонент, выделяют разные виды стекол. Например, бывают фторидные и оксидные стекла, это силикатное, кварцевое, германатное и фосфатное стекло.

Если это обычное силикатное стекло, то его изготавливают методом плавления компонента из соды, кварцевого песка и извести.

Что касается кварцевого стекла, то оно в своем составе имеет формулу SiO2 и изготавливается оно с помощью метода плавления кремнеземистых веществ, это кварцита и горного хрусталя.

Помимо этого, оно еще может состоять из кластофульгуритов, то есть оно имеет природное происхождение. Изготавливают его путем попадания молнии прямо в залежи кварцевого песка.

Физические свойства

Плотность стекла зависит от его вида, например, минимальную плотность имеет кварцевое стекло, что составляет 2200 кг/м3.

Если в состав стекла входят оксид свинца, висмута, тантала, то его плотность составляет приблизительно 7500 кг/м3, а обычное оконное, то есть силикатное стекло имеет плотность 2500-2600 кг/м3.

Вторым важным показателем является теплопроводность стекла, которая варьирует от 0,711 и до 13,39 Вт/м*К.

Удельный вес стекла является параметром изменным, который зависит от плотности стекла. Но его высчитают по специальной формуле, в которую включают толщину и массу изделия. Например, стекло с толщиной 1 мм имеет вес 2,5 кг и площадь 1 м2. Еще одним показателем является хрупкость стекла, которая определяет возможное разрушение этого материала от разного физического воздействия.

Такое свойство отражается ударной вязкостью, которая может увеличиться после добавления брома в процессе изготовления стекла. Например, ударная вязкость силикатного стекла составляет 1,5-2 кН/м, а его прочность может варьировать от 500 и до 2000 МПа.

Что касается твердости стекла, то она измеряется по шкале Мооса и составляет 6-7 Ед. А зависит твердость стекла от добавления различных примесей.

И если в его состав внесли щелочные оксиды, то твердость материала становится меньшей, в итоге получается свинцовое мягкое стекло, а самым твердым считается кварцевое стекло.

Востребованность и популярность стекла

Самую важную роль в производстве стекла играет его закалка, то есть обработка, которая делает стекло наиболее безопасным и особенно во время его разбивания.

В итоге осколки не могут ранить человека, поэтому такой материал охотно используют в производстве перегородок, мебели и дверей. Кроме этого существует и другой способ обработки стекла – это изгиб стекла, то есть получается гнутое стекло.

Такой материал является очень капризным, поэтому его редко используют. Готовое стекло и даже закаленное образцы довольно легко поддаются поверхностной обработке.

Наиболее распространенным видом обработки стекол является пескоструйная обработка. То есть ударная волна песка направлена так, что выбивает в стекле следы, которые задумал дизайнер.

В итоге матирующий эффект и причудливые узоры придают материалу индивидуальность и неотразимость. Еще в производстве стекла используется окраска и такая обработка материала встречается для приготовления столешниц и при отделке стен.

Огромное множество способов дает возможность изготавливать каждый день различные предметы обихода, и просто прекрасные шедевры искусства.

С каждым годом разновидности стекол только увеличиваются, и это позволяет использовать его во многих сферах деятельности человека. Единственно, что нельзя забывать – это осторожно обращаться с этим прочным, красивым и восхитительным материалом, который все же остается хрупким материалом.

Источник: http://positroika-doma.ru/stroitelnye-materialy/plotnost-stekla-svoystva-i-fizicheskie-harakteristiki

Виды и свойства стекла

Плотность оконного стекла

Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты. Кварцевое стекло состоит из диоксида кремния SiO2 и является самым термостойким стеклом: коэффициент его линейного расширения в пределах 0 – 1000 °С составляет всего 6х10-7. Поэтому раскаленное кварцевое стекло, опущенное в холодную воду, не растрескивается.

Температура размягчения кварцевого стекла, при которой достигается динамическая вязкость 107 Пуаз (10 Пахс) равна 1250 °С. При отсутствии значительных перепадов давления кварцевые изделия можно применять до этой температуры. Полное же плавление кварцевого стекла, когда из него можно изготавливать изделия, наступает при 1500-1600 °С.

Известно два сорта кварцевого стекла: прозрачный кварц и молочно-матовый.

Мутность последнего вызвана обилием мельчайших пузырьков воздуха, которые при плавке стекла не могут быть удалены из-за высокой вязкости расплава.

Изделия из мутного кварцевого стекла обладают почти такими же свойствами, как и изделия из прозрачного кварца, за исключением оптических свойств и большей газовой проницаемости.

Поверхность кварцевого стекла обладает незначительной адсорбционной способностью к различным газам и влаге, но имеет наибольшую газопроницаемость среди всех стекол при повышенной температуре. Например, через кварцевую трубку со стенками толщиной в 1 мм и поверхностью 100 см2 при 750 °С за один час проникает 0,1 см3 Н2, если перепад давлений составляет 1 атм (0,1 МПа).

Кварцевое стекло следует тщательно предохранять от всяких загрязнений, даже таких как жирные следы от рук. Перед нагреванием кварцевого стекла имеющиеся на нем непрозрачные пятна снимают при помощи разбавленной фтороводородной кислоты, а жировые – этанолом или ацетоном.

Кварцевое стекло устойчиво в среде всех кислот, кроме HF и Н3РO4. На него не действуют до 1200 °С С12 и НСl, до 250 °С сухой F2. Нейтральные водные растворы NaF и SiF4 разрушают кварцевое стекло при нагревании. Оно совершенно непригодно для работ с водными растворами и расплавами гидроксидов щелочных металлов.

Кварцевое стекло при высокой температуре сохраняет свои электроизоляционные свойства. Его удельное электрическое сопротивление при 1000 °С равно 106 Омхсм.

Обычное стекло

К обычным стеклам относятся известково-натриевое, известково-калиевое, известково-натриево-калиевое.

Известково-натриевое (содовое), или натрий-кальций-магний-силикатное, стекло применяют для выработки оконных стекол, стеклотары, столовой посуды.

Известково-калиевое (поташное), или калий-кальций-магний-силикатное, стекло обладает более высокой термостойкостью, повышенным блеском и прозрачностью; используется для выработки высококачественной посуды.

Известково-натриево-калиевое (содово-поташное), или натрий-калий-кальций-магний-силикатное, стекло имеет повышенную химическую стойкость, благодаря смешению окислов натрия и калия; наиболее распространено в производстве посуды.

Боросиликатное стекло

Стекла с высоким содержанием SiO2, низким – щелочного металла и значительным – оксида бора B2O3 называются боросиликатными. Борный ангидрид действует как флюс для кремнезема, так что содержание щелочного металла в шихте может быть резко уменьшено без чрезмерного повышения температуры расплавления.

В 1915 фирма Корнинг гласс уоркс начала производить первые боросиликатные стекла под торговым названием Пирекс. Стекло марки Пирекс является боросиликатным стеклом с содержанием не менее 80% SiO2, 12-13% В2O3, 3-4% Na2О и 1-2% Аl2О3.

Оно известно под разными названиями: Корнинг (США), Дюран 50, Йенское стекло G20 (Германия), Гизиль, Монекс (Англия), ТС (Россия), Совирель (Франция), Симакс (Чехия).

В зависимости от конкретного состава стойкость к термоудару таких стекол в 2–5 раз выше, чем у известковых или свинцовых; они обычно намного превосходят другие стекла по химической стойкости и имеют свойства, полезные для применения в электротехнике.

Температура размягчения стекла «пирекс» до динамической вязкости в 1011 пуаз (1010 Пас) составляет 580-590 °С. Тем не менее стекло пригодно для работ при температурах до 800 °С, но без избыточного давления.

При использовании вакуума температуру изделий из стекла «пирекс» не следует поднимать выше 650 °С. В отличие от кварцевого стекло «пирекс» до 600 °С практически непроницаемо для Н2, Не, O2 и N2.

Фтороводородная и нагретая фосфорная кислоты, так же как и водные растворы (даже 5%-ные) КОН и NaOH, а тем более их расплавы, разрушают стекло «пирекс».

Хрустальное стекло

Хрустальные стекла (хрусталь) — высокосортные стекла, обладающие особым блеском и способностью сильно преломлять свет. Различают свинцовосодержащие и бессвинцовые хрустальные стекла.

Свинцовосодержащие хрустальные стекла — свинцово-калиевые стекла, вырабатывают с добавлением окисu001fлов свинца, бора и цинка.

Характеризуются повышенu001fным весом, красивой игрой света, мелодичным звуком при ударе; применяют для производства высококачестu001fвенной посуды и декоративных изделий.

Наибольшее применение имеет хрусталь с содержанием от 18 до 24% окислов свинца и 14—16,5% окиси калия (легu001fкий).

К бессвинцовым хрустальным стеклам относятся баритовое, лантановое и др.

Баритовое стекло содержит повышенное количество окиси бария. Обладает лучшим блеском, более высоu001fкой светопреломляемостью и удельным весом по сравu001fнению с обычными стеклами, применяют как оптиu001fческое и специальное стекло.

Лантановое стекло содержит окись лантана La2О3 и лантаниды (соединения лантана с алюминием, медью и др.). La2О3 повышает светопреломление. Отличается высоким качеством; применяется как оптическое.

Свойства стекла

Плотность стекла зависит от его химического состава. Плотность — отношение массы стекла при данной температуре к его объему, зависит от состава стекла (чем больше содержание тяжелых металлов, тем стекло плотнее), от характера термической обработки и колеблется в пределах от 2 до 6 (г/см3). Плотность — постоянная величина, зная ее, можно судить о составе стекла.

Наименьшей плотностью обладает кварцевое стекло — от 2 до 2,1 (г/см3), боросиликатное стекло имеет плотность 2,23 г/см3, наибольшей — оптические стекла с высоким содержанием окислов свинца — до 6 (г/см3). Плотность известково-натриевого стекла составляет около 2,5 г/см3, хрустального — 3 (г/см3) и выше.

Табличным значением плотности стекла является диапазон от 2,4 до 2,8 г/см3.

Прочность. Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних нагрузок. Прочность характеризуется пределом прочности.

Предел прочности на сжатие для различных видов стекла колеблется от 50 до 200 кгс/мм2. На прочность стекла оказывает влияние его химический состав. Так, окислы СаО и B2O3 значительно повышают прочность, РbО и Al2O3 в меньшей степени, MgO, ZnO и Fe2O3 почти не изменяют ее.

Из механических свойств стекол прочность на растяжение является одним из важнейших. Объясняется это тем, что стекло работает на растяжение хуже, чем на сжатие. Обычно прочность стекла на растяжение составляет 3,5—10 кгс/мм2, т. е. в 15—20 раз меньше, чем на сжатие.

Химический состав влияет на прочность стекла при растяжении примерно так же, как и на прочность при сжатии.

Твердость стекла, как и многие другие свойства, зависит от примесей. По шкале Мооса она составляет 6-7 ед, что находится между твёрдостью апатита и кварца. Твердость различных видов стекла зависит от его химического состава.

Наибольшую твердость имеет стекло с повышенным содержанием кремнезема — кварцевое и боросиликатное.

Увеличение содержания щелочных окислов и окислов свинца снижает твердость; наименьшей твердостью обладает свинцовый хрусталь.

Хрупкость — свойство стекла разрушаться под действием ударной нагрузки без пластической деформации. Сопротивление стекла удару зависит не только от его толщины, но и от формы изделия, наименее устойчивы к удару изделия плоской формы. Для повышения прочности к удару в состав стекла вводят окислы магния, алюминия и борный ангидрид.

Неоднородность стекломассы, наличие дефектов (камней, кристаллизации и других) резко повышают хрупкость. Сопротивление стекла удару увеличивается при его отжиге.

В области относительно низких температур (ниже температуры плавления) стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и, таким образом, относится к идеально хрупким материалам (наряду с алмазом и кварцем). Данное свойство может быть отражено удельной ударной вязкостью.

Как и в предыдущих случаях, изменение химического состава позволяет регулировать и это свойство: например, введение брома повышает прочность на удар почти вдвое. Для силикатных стекол ударная вязкость составляет от 1,5 до 2 кН/м, что в 100 раз уступает железу.

На хрупкость, стекол влияют однородность, конфигурация и толщина изделий: чем меньше посторонних включений в стекле, чем более оно однородно, тем выше его хрупкость. Хрупкость стекол практически не зависит от состава. При увеличении в составе стекол B2O3, SiO2, Al2O3, ZrO2, MgO хрупкость незначительно понижается.

Прозрачность – одно из важнейших оптических свойств стекла. Определяется отношением количества прошедших через стекло лучей ко всему световому потоку. Зависит от состава стекла, обработки его поверхности, толщины и других показателей. При наличии примесей окиси железа прозрачность уменьшается.

Термостойкость стекла характеризуется его способностью выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения температуры и является важным показателем качества стекла.

Зависит от теплопроводности, коэффициента термического расширения и толщины стекла, формы и размеров изделия, обработки поверхности, состава стекла, дефектов. Термостойкость тем выше, чем выше теплопроводность и ниже коэффициент термического расширения и теплоемкость стекла.

Толстостенное стекло менее термостойко, чем тонкое. Наиболее термостойко стекло с повышенным содержанием кремнезема, титана и бора. Низкую термостойкость имеет стекло с высоким содержанием окислов натрия, кальция и свинца. Хрусталь менее термостоек, чем обычное стекло.

Термостойкость обыкновенного стекла колеблется в пределах 90—250 °С, а кварцевого: 800—1000°С. Отжиг в специальных печах повышает термостойкость в 2,5—3 раза.

Теплопроводность — это способность материала, в данном случае стекла, проводить тепло без перемещения вещества этого материала. У стекла коэффициент теплопроводности равен 1-1,15 Вт/мК.

Тепловое расширение — это увеличение линейных размеров тела при его нагревании. Коэффициент линейного теплового расширения стекол колеблется от 5·10-7 до 200·10-7. Самый низкий коэффициент линейного расширения имеет кварцевое стекло — 5,8·10-7.

Величина коэффициента термического расширения стекла в значительной степени зависит от его химического состава. Наиболее сильно на термическое расширение стекол влияют щелочные окислы: чем больше содержание их в стекле, тем больше коэффициент термического расширения.

Тугоплавкие окислы типа SiO2, Al2O3, MgO, а также B2O3, как правило, понижают коэффициент термического расширения.

Упругость — способность тела возвращаться к своей первоначальной форме после устранения усилий, вызвавших деформацию тела.

Упругость характеризуется модулем упругости. Модуль упругости — величина, равная отношению напряжения к вызванной им упругой относительной деформации. Различают модуль упругости при осевом растяжении — сжатии (модуль Юнга, или модуль нормальной упругости) и модуль сдвига, характеризующий сопротивление тела сдвигу или сколу и равный отношению касательного напряжения к углу сдвига.

В зависимости от химического состава модуль нормальной упругости стекол колеблется в пределах 4,8х104…8,3х104, модуль сдвига —2х104—4,5х104 МПа. У кварцевого стекла модуль упругости составляет 71,4х103 Мпа. Модули упругости и сдвига несколько повышаются при замене SiO2 на СаО, B2O3, Al2O3, MgO, ВаО, ZnO, PbO.

Свойства стекла производства Corning

Код стекла 0080 7740 7800 7913 0211
Тип Силикатное Боро-силикатное Боро-силикатное 96% Силиката Цинково-титановое
Цвет Прозрачное Прозрачное Прозрачное Прозрачное Прозрачное
Термическое расширение (умножать на 10-7 см/см/°С) 0-300 °С 93,5 32,5 55 7,5 73,8
25 °С, до темп. застывания 105 35 53 5,52
Верхний предел рабочей темп. для отожженого стекла (для механических свойств) Норм. эксплуатация, °С 110 230 200 900
Экстрем. эксплуатация, °С 460 490 460 1200
Верхний предел рабочей темп. для закаленного стекла (для механических свойств) Норм. Эксплуатация, °С 220 260
Экстрем. эксплуатация, °С 250 290
6,4 мм толщиной, °С 50 130
12,7 мм толщиной, °С 35 90
Термостойкость, °С 16 54 33 220
Плотность, г/см3 2,47 2,23 2,34 2,18 2,57
Коэффициент оптической чувствительности по напряжениям, (нм/см)/(кг/мм2) 277 394 319 361

Источник: https://www.dia-m.ru/page.php?pageid=30

Поделиться:
Нет комментариев

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.