Структура и свойства
На протяжении пяти тысячелетий развивается стеклоделие - совершенствуются технологии, растет производство стекла, расширяются области его применения. Вместе с тем стекло продолжает хранить множество тайн. Комиссией по терминологии при Академии наук СССР было дано определение, согласно которому стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их состава и
г
Глава til. Ств1сяА
ззмяг1
118
температурной области затвердевания, и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическимисвойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкогосостояния в стеклообразное должен быть обратимым.
„епрер1
леоД н°
0Хл ажя
Темпер
[фИ о* rioiaсси Цяслор стекла, селени; фосфо{
произв
подраз;
фосфат
произв<
множе< это соз их стр( не все научно
соедир
являет
Перем<
сложн
Неизм<
^одраз
Вещества в твердом состоянии при обычных условиях могут иметь кристаллическое или аморфное строение. В природе наиболее распространены кристаллические твердые вещества, для структуры которых характерен геометрически строгий порядок расположения частиц (атомов, ионов) в трехмерном пространстве. Кристаллическое состояние является стабильным при обычных условиях и характеризуется наиболее низкой внутренней энергией. Твердые кристаллические вещества имеют четкие геометрические формы и определенные температуры плавления. Их свойства анизотропные, т.е. физические свойства неодинаковы при измерении в разных направлениях.
Аморфное состояние вещества занимает промежуточное положение между кристаллическим и жидким. Упругость формы делает его сходным с твердыми кристаллическими телами, а отсутствие структурной симметрии аналогично жидкостям.
Стеклообразное состояние вещества метастабильно, следовательно, характеризуется избытком внутренней энергии по сравнению с кристаллическим. Пространственное расположение частиц вещества, находящегося в стеклообразном состоянии, неупорядоченно, что подтверждается результатами рентгеноструктурных исследований. Согласно законам химической термодинамики переход веществ из стеклообразного состояния в кристаллическое должен осуществляться самопроизвольно, однако высокая вязкость твердого вещества делает невозможным перестройку' частиц в его структуре.
Следовательно, стеклообразные тела:
т. е. их свойства одинаковы во всех
изотропны,
направлениях;
Художественное материаловедение: по видам материашш
III. С текло119
при нагревании не плавятся как кристаллы, а постепенно размягчаются, переходя из хрупкого в тягучее, высоковязкое и, наконец,
ьтате вами ия в
югут юлее гуры ения :ское х и рдые
4Ы И
ные,
шых
чное >рмы и, а
[ЬНО,
л по зние
НИИ,
ами :кой 1Я в *ако
1ЫМ
юех
0Жидкое состояние, причем все свойства при этом меняются непрерывно и плавно без переломов;
расплавляются и затвердевают обратимо, т.е. выдерживают неоднократный разогрев до расплавленного состояния, а после охлаждения вновь приобретают первоначальные свойства;
склонны к кристаллизации, при благоприятных температурных условиях.
В настоящее время известно, что многие вещества способны при охлаждении расплава переходить в стеклообразное состояние. ^Классификация стекол по составам включает две большие группы: ^кислородные и бескислородные стекла. К бескислородным относят. стекла, образованные галогенидами, сульфидами, арсенидами,^* селенидами и теллуридами металлов, а также неметаллами серой, фосфором, селеном, мышьяком и теллуром. Как правило, их доля в производстве стекла невелика. Группа кислородных стекол подразделяется по виду стеклообразующего оксида на силикатные, фосфатные, боратные, германагные и др. При этом 85% общего объема производства стекла занимают силикатные стекла (таблица 3. 1Q
Очевидно, что такое многообразие составов стекол - это множество материалов с разнообразнейшим спектром свойств, и все это создает огромные трудности в создании единых представлений об их строении. И до сих пор в наших знаниях о структуре стекла далеко не все ясно. Впервые представления о строении стекла изложил и научно обосновал Д. И. Менделеев.
Стекло, по Менделееву, не есть определенное химическое соединение, как полагали многие химики первой половины XIX в., а является сплавом оксидов, подобно металлическим сплавам переменного состава. Менделеев рассматривал структуру стекла, как сложную систему, различая в ней две составные части: неизменяемую (главную) и изменяемую. Под главной частью подразумевался кремнекислородный каркас, являющийся основой
Таблица 3.1
Состав и свойства стекл
предо
бЛИЖ!
Свойства