Кварцово стъкло: производствени характеристики, GOST. Оптично кварцово стъкло: приложение

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-02 13:50

Стъклото е един от най-древните материали, който се използва широко във всички сфери на човешката дейност поради набор от полезни качества и свойства. По време на своето съществуване (а това е повече от 5 хиляди години) химическата му формула е останала практически същата, само нейните качества са се променили.

Кварцово стъкло

В продължение на много години хората се стремят да създават стъкло все по-прозрачно и устойчиво на различни разрушителни фактори. В резултат на това целенасочено подобрение се появиха кварцови очила – напълно нов вид материал с умопомрачителни характеристики. Може би именно тази чаша ще определи посоката на по-нататъшното развитие на човечеството.

Кварцовото стъкло е продукт на топене на чист силициев оксид (SiO_{2). За разлика от обикновеното стъкло, този материал е в аморфно състояние, тоест няма точна точка на топене и при нагряване от твърдо състояние дотечността преминава постепенно. Това до голяма степен се дължи на това свойство, че кварцовото или силикатното стъкло е намерило толкова широко приложение в индустрията.}

структура от кварцово стъкло

Аморфната природа на материала се обяснява с неговата структура, която се основава на силициево-кислородни тетраедри. SiO_{2 молекулите се "свързват" една с друга поради взаимното привличане на кислородните атоми.}

Заедно те образуват триизмерни мрежи, въпреки факта, че няма строг ред в подреждането на молекулите една спрямо друга. Ето защо кварцовите очила имат свойствата на аморфни материали.

Силикатното стъкло, подобно на обикновеното стъкло, се получава чрез топене на суровината. Като такъв може да се използва чист силициев диоксид - скален кристал, жилен кварц, кварцов пясък, както и изкуствено получен силициев оксид.

Разлики между кварцово стъкло и обикновено стъкло

В зависимост от избрания вид суровина се определят и някои свойства на крайния продукт. Така че, скалният кристал се използва за получаване на кристално чист и прозрачен материал.

Основната разлика между силикатното стъкло и обикновеното стъкло е неговата висока точка на топене - повече от 1500 Cо. В същото време силициевият оксид започва да излъчва интензивна светлинна радиация във видимия спектър, тоест започва да свети.

Поради аморфната структура на суровините, процесът на топене може да продължи значително време. Разтопеният състав има висок вискозитет, което не позволява да се подрежда или премества. тозатруднява производството на кварцово стъкло със същата дебелина на стената.

Производствени характеристики

С оглед на всички горепосочени характеристики, производството на силикатно стъкло е възможно само на специализирано оборудване. Топилните трябва да поддържат висока температура, а за създаване на стъклени изделия е необходимо да се поддържа струя от открит пламък при температура от 1800 Co и по-висока.

Има специални изисквания към производственото помещение - то трябва да е стерилно. Малко количество чужди частици неизбежно ще доведе до факта, че готовото кварцово стъкло скоро ще се напука и ще загуби свойствата си.

Специални качества трябва да притежават и служителите на производството - стъклодухачи. Те трябва да се справят с изключително високи температури - една грешка по време на работа може да доведе до сериозни наранявания, изгаряния.

Всички основни инструменти на стъклодухачката са изработени от топлоустойчиви материали - гранит, волфрам, които освен всичко друго са много тежки. Следователно служителите трябва да са физически силни и издръжливи.

Свойства на кварцовото стъкло

Силикатното стъкло има ниска електрическа проводимост, така че често се използва като диелектрик в сложни електрически уреди. Основните полезни свойства, които притежават кварцовите очила, могат да бъдат разделени на три групи:

1. Термичен. Устойчивост на висока температура (1200 Co), висок коефициент на термично разширение (15 пътипо-висока от тази на обикновеното стъкло), което определя устойчивостта на резки и значителни температурни колебания (при производството продуктите се охлаждат със струя ледена вода).
2. Химически. Стъклото е химически неутрално, не реагира с всички алкали и киселини, с изключение на фосфорната и флуороводородната киселина (реакцията започва при температури над 300 Co).
3. Оптичен. Индексът на пречупване на кварцовото стъкло е 150 пъти по-нисък от този на обикновеното стъкло (n_{e=1, 46). Благодарение на това той предава безупречно не само слънчева и обикновена светлина, но и не забавя нито инфрачервеното, нито ултравиолетовото лъчение.}

Всички тези свойства позволяват използването на кварцово стъкло като строителен материал, както и за производството на лабораторни стъклария, оптични инструменти, електрическо оборудване, топлоустойчиви огнеупорни материали. Едно от основните му приложения е производството на оптични влакна.

Оптично кварцово стъкло

В зависимост от технологията, използвана в производството, кварцовото стъкло може да бъде непрозрачно и прозрачно. В първия случай в структурата му ще присъства голям брой газови мехурчета, които интензивно разпръскват светлината.

Прозрачното стъкло или оптичното кварцово стъкло, както го наричат, е абсолютно хомогенно, не съдържа мехурчета. Благодарение на тази характеристика материалът се използва при производството на оптични кабели за високоскоростно предаване на данни, оптични лещи и призми.

Марки и серии от оптично стъкло

Има няколко марки оптично стъкло: KU-1, KI и KV. Продуктите се различават помежду си по способността да предават видимо, ултравиолетово и инфрачервено лъчение. Най-прозрачното е KI стъклото - то е способно да предава светлина с дължина на вълната 2600-2800 nm, най-малко прозрачното е KV.

В зависимост от използваните суровини, различните светлинни пропуски може да имат кварцово оптично стъкло. GOST 15130-86 съдържа информация за три серии:

• 0 - материал, използван при нормални работни условия;
• 100 - стъкло, устойчиво на ниско йонизиращо лъчение;
• 200 - суровини, които могат да се използват в условия на интензивно йонизиращо лъчение.

Марка и серия стъкла формират продуктов код. Прилага се в производството и определя конкретния вид стъкло. У нас няма единна система за криптиране, така че всяка фирма обозначава продуктите си по свой начин.

Обхват на приложение

Силикатното стъкло се използва за направата на голямо разнообразие от продукти. Тръбите от кварцово стъкло са търсени в научни и индустриални лаборатории, които се използват за измерване на нивата на течности, производство на електрически нагреватели, провеждане на химични реакции и съхранение на агресивни вещества.

Непрозрачното стъкло също се използва широко в производството. Използва се там, където се изисква контрол на течни продукти.високи температури и поради ниската цена се използва навсякъде.

Оптичното стъкло се използва в корабостроенето и ракетната индустрия, главно за производството на осветителни тела. В нефтохимическата промишленост този материал се цени заради високата си химическа устойчивост и се използва за контрол на агресивни течности. В самолетите остъкляват кабините с него, а се използват и като топлоизолация.

Производителите произвеждат продукти в съответствие с изискванията на GOST 22291-83. Кварцово стъкло, тръби, прозорци, призми, лещи и други продукти се произвеждат масово и се изработват по поръчка.