Производство извести

SiО4.

Щелочно-боросиликатные стекла являются одним из примеров того, что при микронеоднородном  строении может наступить фазовое разделение, сопровождающееся образованием границ раздела фаз. При выщелачивании стекол в области составов, отмеченных на рис. 2.1, растворами соляной, уксусной и других кислот образуется высокопористый кремнеземистый каркас (95—96 %

SiO2), сохраняющий исходную форму, размеры и прочность (кварцоидные стекла, викор). Средний диаметр пор, в которых располагается натриево-боратная фаза, составляет 2—6 нм. 

3. Свойства стекол. 

Все типы стекол, независимо от их химического состава  и температурной области затвердевания, обладают специфическими свойствами, которые отличают их от кристаллов и жидкостей.

Стекла рентгеноаморфны  вследствие неупорядоченного атомного строения. В структуре стекла отсутствует  дальний порядок, т. е. систематическая  повторяемость элементарных объемов структуры, характерная для кристаллических веществ.

Если ориентировочно определить межплоскостное расстояние, соответствующее максимуму аморфного  гало, то оно оказывается близким  основному дифракционному максимуму  кристобалита—0,415 нм. Однако в структуре стекла частицы находятся не на строго определенных расстояниях, как в кристобалите или других кристаллических модификациях кварца, а на расстояниях больших и меньших относительно некоторого среднестатистического значения.

Стекла изотропны, если они однородны по составу, свободны от напряжений и дефектов. Изотропия свойств стекол, как и других аморфных сред, обусловлена отсутствием направленной в пространстве ориентации частиц. Оптическая анизотропия может возникнуть в стекле в результате действия растягивающих или сжимающих напряжений (явления оптической анизотропии).

Температурный интервал стеклования. Стекла не имеют  определенной температуры затвердевания  или плавления. Оба эти процесса происходят постепенно в некотором  температурном интервале. При охлаждении расплав переходит из жидкого в пластическое состояние, и только затем—в твердое

(процесс стеклования). Наоборот, при нагревании стекло  переходит из твердого в пластическое  состояние, при более высоких  температурах—в жидкое

(размягчение  стекла).

Температурный интервал, в котором происходит процесс  стеклования или обратный ему  процесс размягчения, называется интервалом стеклования и ограничен двумя  температурами: со стороны высоких  температур Тf, со стороны низких температур Tg (температура стеклования) (рис. 3.1).

При температуре Tg стекло обладает свойствами твердого упругого тела с хрупким разрушением. Температура Tf является границей пластического  и жидкого состояний. При температуре  Тf из стекломассы уже удается  вытягивать тонкие нити.

Понятия о Tg и Tf были введены Тамманом. Подстрочные  индексы «g» и «f» являются первыми  буквами слов «Glass» — стекло и  «Flissigkeit» — жидкость. 

[pic] 

Рис. 3.1. Зависимость  свойства Р и его производных  в интервале стеклования

(по Тамману)

/— твердое  состояние; // — пластическое; III —  жидкое (расплав) 

[pic] 

Рис. 3.2. Влияние  условий переохлаждения на мольный  объем вещества в расплавленном, кристаллическом и стеклообразном состояниях.

Процессы размягчения  стекла или затвердевания стекломассы являются однофазными в отличие от плавления кристаллических веществ или кристаллизации расплавов. При размягчении стекла в интервале стеклования отсутствует жидкая фаза.

Свойства стекол по характеру изменения в интервале  стеклования делят на три группы. К первой группе относятся свойства Р, характеризующие функцию состояния веществ (внутренняя энергия Е, мольный объем V, энтальпия Н, энтропия S) и кинетические свойства (вязкость), удельное сопротивление ().

Свойства первой группы с повышением температуры изменяются постепенно. В интервале стеклования кривая имеет закругленный перегиб (рис. 3.1, кривая

1), соответствующий  наиболее резкому изменению свойств  первой группы.

Свойства второй группы представляют собой первую производную  по температуре dP/dT от свойств первой группы (коэффициенты термического расширения—линейный и объемный, теплоемкость). Кривая 2 характеризует температурный ход зависимости свойств второй группы. Можно видеть, что в интервале стеклования первая производная dP/dT имеет точку перегиба Tg.

Третья группа включает свойства (теплопроводность, диэлектрические потери), которые  являются вторыми производными по температуре  от функций состояния

(кривая 3). Температурная  зависимость d2P/dT2 имеет максимум  или минимум в точке Tw.

Характер изменения свойств стекол при нагревании резко отличается от температурной зависимости свойств кристаллических веществ. Для последних нет деления свойств на группы, характер температурных кривых однотипен: незначительное линейное изменение свойств до температуры плавления, резкое скачкообразное изменение свойств при температуре плавления. Температуры Tg,

Tw, Tf лежат всегда  ниже температуры плавления соответствующего  кристалла.

Значения температур Tg, Tf, а также интервал стеклования (Tg—Tf) зависят от состава стекла.

Температуры Tg и Tf принадлежат к числу характеристических точек на температурной кривой вязкости. Температуре стеклования Tg соответствует  вязкость стекломассы, равная 10123 Па-с, а температуре Tf—вязкость 108 Па- с.

Из (рис. 3.2) можно  видеть, что объем стекла в отличие от объема кристаллического вещества не является константой для данного состава. Он зависит от температурно-временных условий получения стекла.