СВОЙСТВА ТВЕРДОГО СТЕКЛА. Ч.2

Физические свойства:

Плотность.

Плотность - это отношение массы тела к его объему, которое определяется в кг/м3. На плотность стекол влияет их химический состав. Оксиды тяжелых металлов существенно повышают плотность. Так большое количество свинца входит в состав тяжелых стекол - флинтов, а в составе легких стекол находятся оксиды веществ с малым атомным весом – бора, лития, бериллия и пр. Плотность различных видов стекла можно проследить в следующей таблице:

Плотность стекла также зависит от температуры: при повышении температуры увеличивается удельный объем, а плотность уменьшается. Например, плотность упрочненного (отожженного) стекла выше, чем закаленного. Причина в том, что закаленное стекло имеет более рыхлое строение, так как в процессе закалки в стекле застывает высокотемпературная структура. При отжиге стекла структура получается более плотной. 

Физические свойства: прочность.

Прочность понимается как свойство материалов без разрушений воспринимать различные нагрузки и воздействия. Для характеристики прочности применяют понятие предела прочности.  В зависимости от усилий различают несколько основных видов прочности:

Все эти виды сильно отличаются друг от друга: у стекла довольно высокая прочность на сжатие и сравнительно низкая на удар. Предел прочности на сжатие обычного стекла составляет от 500 до 2000 МПа (оконного стекла примерно 1000 МПа). Его же предел прочности на растяжение значительно меньше, поэтому предел прочности стекла при изгибе определяют пределом прочности при растяжении. Этот показатель составляет 35 -100 МПа. В процессе закалки стекла его прочность можно повысить в 3-4 раза. Есть несколько способов увеличения прочности стекла:

То есть на прочность стекла не в последнюю очередь влияет состояние его поверхности: если имеются царапины, трещины, сколы и другие повреждения, то прочность снижается в 4-5 раз. Также необходимо учитывать химический состав, гомогенность, размер, степень отжига, температуру и состояние окружающей среды. При более высоких температурах прочность стекла увеличивается в связи с тем, что поверхность поглощает меньше влаги, и уменьшаются перенапряжения стекла у микротрещин. 

Физические свойства: хрупкость.

Очень часто при некоторых нагрузках происходит небольшое превышение предела прочности материала, и он внезапно разрушается. Такое свойство называется хрупкостью. Хрупкость стекла обусловлена его прочностью на удар. Хрупкость сопряжена с ударной вязкостью. Ударная вязкость - способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения при воздействии ударной нагрузки. При ударных нагрузках возникает более высокая скорость выделения энергии, чем от усилий на сжатие, растяжение или изгиб. То есть ударная вязкость определяет способность материала к быстрому поглощению энергии. Хрупкость стекла зависит от различных факторов:

В основном разрушение стекла происходит с поверхности из-за возникновения и роста микротрещин. Наиболее хрупко гомогенное стекло с незначительным количеством посторонних включений.

Физические свойства: твердость.

Твердость - это способность материала оказывать сопротивление проникновению в него более твердого материала. На твердость стекла решающее влияние оказывает его химический состав. По шкале Мооса твердость стекла находится между показателями апатита и кварца и составляет 6-7 единиц. К самым твердым относятся кварцевые стекла и некоторые виды боросиликатного стекла, к наиболее мягким принадлежат силикатные стекла, содержащие большое количество свинца. При механической обработке повышенная твердость стекла вызывает значительные затруднения. Для улучшения условий и результатов обработки в состав стекла вводят оксиды щелочей и свинца. В целом твердость стекла характеризуется его микротвердостью, которая определяется с помощью специальных приборов при вдавливании под нагрузкой в стекло алмазной пирамиды. Чем выше твердость стекла, тем меньше размер отпечатка пирамиды в нем.

Для получения более подробной информации о свойствах современного стекла смотрите наше видео