Влияние состава стекла на ТКЛР.

. В серии силикатных стещм минимальное значение ТКЛР в интервале от 0 до 1000°С характерно для кварцевого стекла а= 5*10^-7 °С¹. Для щелочно-силикатных стекол при повышении концентрации щелочного компонента от 0 до 33% ТКЛР повышается. Это обусловлено двумя факторами:

- уменьшением степени связности структурной сетки;

- появлением в системе менее прочных связей Si – O – Si, типа Si – O - Me

Природа щелочного компонента также влияет на α _t Термическое расширение растет по мере увеличения ионного радиуса в ряду: Li - Nа-К

Двухзарящые ионы щелочноземельных металлов способствуют увеличений) степени связности структурной сетки и обладают более вы­сокой энергией связи Ме—О, чем ионы щелочных металлов. По эф­фективности воздействия на в сторону его уменьшения щелочно­земельные металлы располагаются в следующий ряд:

Ве -> Мg —> Са — >Ва, т.е. наиболее низкие α _t достигаются при Ва.

Уменьшается α _t при введении в стекло многозарядных ионов типа Fе⁺³, В, А1, Cг, что обусловлено связыванием в координационные полиэдры слабополяризованных атомов кислорода, повышением связности смешанного элементов кремний-кислородного каркаса.

Термостойкость характеризует свойства материалов выдержи­вать одно- или многократные перепады температур без разруше­ния. При резком охлаждении или нагревании в стекле возникают тер­моупругие напряжения: при нагревании — сжатие, а при охлаждения — растяжение. Поскольку изделия из стекла обладают более высокой прочностью на сжатие, то термостойкость изделий из стекла является более высокой к резкому нагреву, чем к резкому охлаждению.

Коэффициент термостойкости материала может быть рассчитан по формуле Винкельмана — Шотта:

К_Т = S σ_р/ ΑE*λ/ Cd

где S — константа, учитывающая форму изделия; σ_р — предел про-чности при растяжении; A — ТКЛР; Е—модуль упругости; λ/ Cd

— коэффициент температуропроводности. Или, в более четкой форме,

с — теплоёмкость стекла; d — плотность.

В ряду силикатных стекол наиболее высокой термостойкостью (1000°С) обладает кварцевое стекло, для которого характерно оптимальное сочетание параметров: самое низкое значение α= 0,5-10^-6 К^-1), высокий коэффициент температуропроводности.

20. Оптические свойства

Высокая прозрачность оксидных стекол к излучению оптичес­кого диапазона света сделала их незаменимыми материалами для остекления зданий и различных видов транспорта, изготовления зеркал и оптических приборов, включая лазерные, ламп различного

ассортимента и назначения, осве­тительной аппаратуры, телевизионной, кино -и фототехники и т.д.

Пропускание, поглощение, пре­ломление, рассеяние и отражение света являются результатом взаи­модействия электромагнитного излучения с веществом. Луч белого разлагает стекло на спектр, что носит название "дисперсии света. Показатель преломления и дисперсию относят к определенным длинам волн.

Стекла с определенными заданными коэффищиентами преломления и дисперсией называются оптическими. При падении монох­роматического излучения интенсивностыо Y₀ на образец стекла происходят следующие явления (рис. 5.7 ):

— отражение света от 2-х поверхностей раздела стекло-воздух — Y₁

— рассеяние и поглощение света в образце Y_{0 ---}

— пропускание света Yx

— преломление света (изменение направления его распростране­ния на границах раздела фаз с различными плотностями стекло — воздух).

Прйатом справедливы равенства: Y₀= Y₁+Y₂ Y₀ +Y ₃и Y₁ / Y₀ + Y₂ / Y₀ + Y ₃ / Y₀ = 1. Эти отношедая характеризуют:

— коэффициент отражения R= Y₁ / Y₀

— коэффициент поглощения и рассеяния А = Y₂ / Y₀

— коэффициент пропускания Т = Y ₃ / Y₀

— Эти коэффициенты выра­жают в долях еданицы или в процента

Для листового стекла толщиной 1 см коэффициенты составля­ют: пропускания Т=88...90%, поглощения — колеблется от 0,5 до 3% в зависимости от содержания красящих компонентов, отраяш ния-8...9%.

Особенно высокой прозрачностью должны обладать оптические стекла. Для понижения коэффициента отражения света на по­верхности стекла наносятся тонкие пленки некоторых материалов, имеющих меньший коэффициент преломления, чем стекло. Это называется просветлением оптики. Оно позволяет снизить коэффициент отражения стекла с 4...5 до 0,7...0,3%.

М.В. Артамоновой предложена следующая классификация опти­ческих стекол (рис. 5.8).

Оптич.стекла: бесцвет, волокнистые, безкислородные, оптические, цветные, лазерные, фотохромные.

Окраска стекол обусловлена избирательным поглощением лучей света в определенных областях спектра, причем цветное стекло хорошо пропускает лучи опреде­ленной длины волны (цвета), которые мы видим, и в значительной

мере поглощает остальные лучи. Можно выделить три группы кра­сителей, окрашивающих силикатные стекла: ионные, молекулярные, коллоидные.

К группе ионных красителей принадлежат катионы переходных и редкоземельных элементов (3d и 4f элементы), особенность элек­тронного строения которых состоит в том, что в ионном состоянии они имеют неспаренные электроны или незаполненные орбитали.

При введении таких катионов в любую среду (прозрачные крис­таллы, стекла, растворы) возникают типичные спектры поглощения, данного компонента. Цвет, который придают ионы стеклу зависит от их валентного состояния.

Электронное строение внешних орбиталей ионов, вызыв. Окрашивания стекла.

Группу молекулярных красителей составляют сульфиды, селениды и смешанные кристаллы сульфоселенидов тяжелых металлов — кад­мия, сурьмы, висмута, свинца, железа, серебра, меди и др. В стекле они присутствуют в виде равномерно распределенных микрокрис­таллических образований, размер которых не превышает 50 нм. Пог­лощение света обусловлено возбуждением электронов из валентной зоны в зону проводимости соответствующего полупроводникового соединения.

Группу коллоидных красителей составляют тяжелые металлы Си, Аи, Р1, В1, которые могут легко восстанавливаться в стекле до атомарного состояния и образовывать стабильные коллоидные час­тицы. Природа окрашивания стекол такими кристаллами состоит в рассеянии света на коллоидных частицах металла. Коллоидная медь окрашивает стекла в оттенки красного цвета, золото — красно-фио­летовый, пурпурный цвета; серебро — в желтый цвет.