Техника. Современная энциклопедия
стекло
стекло́
Твёрдый, прозрачный (бесцветный или окрашенный), хрупкий материал, получающийся при переохлаждении расплава, содержащего стеклообразующие компоненты (оксиды Si, B, Al, P, Ti, Zr и др.) и оксиды металлов (Li, K, Na, Ca, Mg, Pb). По внутренней структуре стекло аморфно, в нём нет упорядоченного атомного строения. Не имеет оно и определённой температуры затвердевания или плавления; при охлаждении расплава переходит из жидкого состояния сначала в пластичное, а затем в твёрдое (процесс стеклования). Нагревать и охлаждать стекло без видимых изменений его свойств можно неоднократно.
Наибольшее распространение получили оксидные стёкла, которые различают по виду стеклообразующего оксида: силикатные, боратные, фосфатные, германатные. Стёкла могут быть одно – и многокомпонентными. Однокомпонентное кварцевое стекло, состоящее практически из одного оксида кремния, термостойко, огнеупорно при 1000–1100 °C, стойко в любых агрессивных средах (кроме плавиковой кислоты); обладает высокой прозрачностью, низким коэффициентом преломления. Двухкомпонентное стекло, содержащее Nа₂О (K₂О)-SiО₂, называют растворимым (силикат-глыба, силикат-гранулят); при растворении в горячей воде под давлением превращается в жидкое стекло, используемое в качестве уплотняющих замазок огнеупорных материалов, для изготовления силикатных красок, клея для бумаги, картона, стекла, дерева. Существуют также безоксидные, галогенидные, халькогенидные стёкла.
Изделия из стекла
Прозрачность – наиболее характерное свойство стекла. Для разных областей спектра (видимой, УФ, ИК или рентгеновской) она неодинакова и зависит от химического состава стекла. Напр., ИК-лучи лучше пропускают алюмофосфатные и халькогенидные стёкла; УФ-лучи интенсивно поглощают стёкла, содержащие оксиды Pb, Fe, Ti; рентгеновские – стёкла с высоким содержанием оксидов Ba и Pb; жёсткое излучение не пропускают галогенидные стёкла на основе BeF2. Плотность стёкол колеблется от 2200 до 8000 кг/мі; наименьшая плотность у боратных, боросиликатных и кварцевых стёкол, наибольшая – у стёкол, содержащих оксиды свинца и бария. Стекло – хрупкий материал, не обладающий пластической деформацией, у него очень низкая ударная прочность. Повышают прочность стёкол отжигом, термической закалкой; прочность стекла можно увеличить обработкой поверхности газовыми реагентами, поверхностной кристаллизацией, нанесением полимерных покрытий, армированием стекла, склеиванием стёкол в стеклопакеты. Стёкла могут быть диэлектриками, полупроводниками и проводниками. Силикатные и другие оксидные стёкла, как правило, хорошие изоляторы (лучший из них – кварцевое стекло). С увеличением содержания оксидов тяжёлых металлов повышается диэлектрическая проницаемость стёкол. Халькогенидные стёкла обладают электронной проводимостью. Получают стекло сплавлением шихты, состоящей из кварцевого песка, известняка и соды, для производства пеностекла в шихту добавляют порообразователи. Процесс осуществляют в электрических или газопламенных печах непрерывного действия при 1100–1600 °C; образующуюся стекломассу постепенно охлаждают, равномерно снижая температуру. Формуют изделия из неостывшей стекломассы с определённой вязкостью методами прессования, прокатки, выдувания или вытягивания на специальных формующих машинах. Окрашивают стёкла введением в шихту оксидов металлов, напр. Cr₂O₃ придаёт стеклу зелёную окраску, CuO или CoO – синюю, Sb₂O₃ – жёлтую, коллоидные растворы Cu и Au – рубиново-красную. Белое («молочное») стекло получается добавлением в шихту порошка полевого или плавикового шпата.
Впервые изделия из стекла появились в Древнем Египте и Месопотамии ок. 4 тыс. лет до н. э. Первые стёкла были цветными и непрозрачными. Из них делали украшения, амулеты. В Древнем Риме умели получать довольно прозрачное листовое стекло для окон. В 1-м тыс. до н. э. была изобретена стеклодувная трубка. Из стекла стали выдувать кувшины, кубки, флаконы и другие сосуды; их украшали росписью, эмалью, гравировкой. Центром стеклоделия в течение многих столетий был остров Мурано близ Венеции (венецианское стекло).