Пороки стекла и методы его упрочнения
Пороки стекла. Газовые включения — пузырьки газов (02, N2, СО, С02, S02, Н20 и др.), образующихся при варке в результате термического разложения продуктов и химических реакций.
Стекловидные включения — результат попадания в стекломассу инородных минеральных веществ.
Кристаллические включения: 1) нерастворившиеся в расплаве зерна исходных компонентов (песка, глинозема, известняка, мела и др.) или продукты разрушения огнеупоров; 2) продукты кристаллизации стекломассы (рух — потеря прозрачности).
Методы упрочнения стекла. Термический метод упрочнения стекла сводится к его закалке путем нагрева выше температуры стеклования /, и быстрого равномерного охлаждения в потоке воздуха. В результате закалки в стекле появляются остаточные напряжения, распределенные так, что наружные слои листа испытывают сжатие, а внутренние — растяжение. Это приводит к повышению термостойкости стекла и прочности при изгибе.
При разрушении закаленное стекло покрывается густой сетью трещин и распадается на мелкие осколки. Закаленное стекло очень чувствительно к ударам в края или углы. В этом случае его прочность уменьшается в 2 — 3 раза.
Химический метод упрочнения стекла основывается на удалении или «залечивании» (обычно на глубину 50… 150 мкм) поверхностных дефектов путем травления стекла (растворения поверхностных слоев), чаще всего — растворами плавиковой кислоты или ее смесей с серной, азотной или фосфорной кислотами.
Прочность при изгибе листового полированного стекла (толщиной 5…6 мм) при удалении с его поверхности дефектного слоя толщиной 100 мкм увеличивается примерно в 4,5 раза.
Другой вариант химического упрочнения стекла связан с нанесением на его поверхность кремнийорганических соединений, образующих тончайшие прозрачные пленки полиорганосилокса — нового и кремнекислородного [Si02]„ полимеров, которые снижают расклинивающее действие влаги в микротрещинах.
Термохимический метод упрочнения стекла основывается на изменении структуры и свойств поверхностного слоя стекла. Упрочнение достигается взаимодействием поверхности стекла, нагретого выше температуры стеклования 1,, с кремнийорганиче — скими соединениями, аэрозолями некоторых неорганических солей, расплавами солей лития и др. Такой метод упрочнения наиболее эффективен.
При обработке нагретого силикатного стекла в расплавах солей лития ионы лития диффундируют в стекло на глубину около 100 мкм и вытесняют из него более крупные ионы натрия или калия. При этом коэффициент термического расширения поверхностного слоя стекла уменьшается. При охлаждении внутренние слои стекла уменьшаются в объеме сильнее наружных, вызывая сжатие поверхностных слоев, что упрочняет стекло.