Что такое стекло и как его изготавливают Сегодня сложно представить себе отрасль, где бы не применялось стекло: окна и двери в наших домах, посуда, осветительные и тонкие оптические приборы, украшения, зеркала. Стекло нашло применение в строительстве, автомобильной промышленности, военной промышленности, а также в электронике и других областях. Итак, что же такое стекло?
Стекло – это переохлажденный расплав из кварцевого песка (около 60%), соды (15-25%), известняка и доломита (15-20 %) и других веществ в зависимости от требований, предъявляемых к стеклу. Благодаря применению различных добавок, а также с помощью изменения процентных соотношений основных компонентов, можно получить стекло с различными характеристиками по плотности, упругости, прочности, твердости и теплопроводности.
Физические и механические свойства стекла Средняя плотность стекла (оконное, тарное, термостойкое, сортовое) лежит в пределах от 2200 — 2900 кг/м3. Плотность хрусталя отличается: от 3500 — 3700 кг/м3.
Прочность стекла. Следует различать пределы прочности при разных нагрузках. На сжатие стекло “работает” гораздо лучше, чем на “растяжение” или “изгиб”. Это необходимо учитывать при проведении инженерных расчетов. Предел прочности на сжатие обычных стекол составляет от 500 до 2000 МПа ( у оконного примерно 1000 МПа). Предел прочности на растяжение колеблется в пределах от 35 до 100 МПа. Операция закаливания стекла повышает его прочность в 3-4 раза Для лучшего понимания, приведем пределы прочности стали и чугуна: 2000 и 600-1200 МПа соответственно.
Твердость стекла (способность сопротивляться внедрению в него твердого индентора). Для измерение твердости стекла есть Твердость стекла по шкале Мооса – 7 единиц. Некоторые виды стекол бывают твердостью 5—6 по шкале Мооса. Для лучшего понимания твердости по шкале Мооса приведем примеры: гипс имеет 2 единицы; золото, серебро, человеческий ноготь – 3 единицы; твердосплавные инструменты – 9 единиц; алмаз – 10.
Теплопроводность стекла (способность переноса внутренней энергии от более нагретых частей к менее нагретым). Коэффициент теплопроводности стекла весьма незначителен и равен 0,0017—0,032 кал/(см-с-град) или 0,711 до 13,39 Вт/(м*K). Для оконных стекол коэффициент составляет 0,0023 (0,96). Для сравнения, теплопроводность стали – 47 Вт/(м*K), древесины - 0,15 Вт/(м*K), кирпич строительный – 0,2—0,7 Вт/(м*K).
Тепловое расширение (изменение линейных размеров тела при изменении температуры). У стекла оно незначительное – 8,8*10-6 K-1. Для стали, например, коэффициент линейного расширения больше: от 12*10-6 K-1до 15*10-6 K-1.
Термическая устойчивость – способность выдерживать резкие перепады температуры не разрушаясь. Термическая устойчивость играет большую роль в строительстве работах, так как внутри и снаружи зданий может быть весьма большая разница в температуре. Термостойкость оконных стекол равняется примерно 80—90°С.
Хрупкость. В области температур ниже температуры плавления стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и поэтому относится к идеально хрупким материалам. Данное свойство может быть отражено удельной ударной вязкостью. Для силикатных стекол ударная вязкость составляет от 1,5 до 2 кН/м, что в 100 раз уступает железу.
Оптические свойства это – светопрозрачность, светопоглощение, отражение и преломление света. Светопоглощение света у стекла мало. Для оконного стекла равняется примерно 88%. Прозрачное стекло одинаково пропускает все цвета спектра. Кроме того, чем лучше отполировано стекло, тем больше оно пропускает света, и наоборот. Царапины и загрязнения сильно снижают прозрачность.
Звукоизоляция. Перегородки из закаленного стекла имеют шумоизоляцию от 25 Дб (с толщиной 10 мм без пленки) и могут быть использованы как в переговорных комнатах, так и для разделения рабочих зон в помещениях для работы сотрудников офиса.