Стекло

Стекло — неорганическое изотропное вещество, материал, известный и используемый с древнейших времён. Существует и в природной форме, в виде минералов (обсидиан — вулканическое стекло), но в практике — чаще всего, как продукт стеклоделия — одной из древнейших технологий в материальной культуре. Структурно — аморфное вещество, агрегатно относящееся к разряду — твёрдое тело/жидкость.

В практике присутствует огромное количество модификаций, подразумевающих массу разнообразных утилитарных возможностей, определяющихся составом, структурой, химическими и физическими свойствами. Независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, стекло обладает физико-механическими свойствами твёрдого тела и сверхвязкой жидкости (течёт при нормальных условиях), сохраняя способность обратимого перехода из жидкого состояния в стеклообразное (данное определение позволяет наблюдать, что фигурально к стёклам, в расширительном значении, относят все вещества по аналогии процесса образования и ряда формальных свойств, так называемого стеклообразного состояния — на этом она исчерпывается, поскольку материал, как известно, прежде всего характеризуется своими практическими качествами, которые и определяют более строгую детерминацию стёкол как таковых в материаловедении).

В настоящее время разработаны материалы чрезвычайно широкого, поистине — универсального диапазона применения, чему служат и присущие изначально (например, прозрачность, отражательная способность, стойкость к агрессивным средам, красота и многие другие) и не свойственные ранее стеклу — синтезированные его качества (например — жаростойкость, прочность, биоактивность, управляемая электропроводность и т. д.).

Различные виды стёкол используется во всех сферах человеческой деятельности: от строительства, изобразительного искусства, оптики, медицины — до измерительной техники, высоких технологий и космонавтики, авиации и военной техники. Изучается физической химией и другими смежными и самостоятельными дисциплинами. В твёрдом состоянии силикатные стёкла весьма устойчивы к обычным реагентам (за исключением плавиковой кислоты), и к действию атмосферных факторов. На этом свойстве основано их широчайшее применение: для изготовления предметов быта, оконных стёкол, стёкол для транспорта, стеклоблоков и многих других строительных материалов, предметов медицинского, лабораторного, научно-исследовательского назначения, и во многих других областях. Для специальных целей выпускают химически-стойкое стекло, а также стекло, стойкое к тем или иным видам агрессивных воздействий.

Физические свойства стекла

Плотность стекла зависит от его химического состава. Считается, что минимальную плотность имеет кварцевое стекло — 2200 кг/м3. Менее плотными являются боросиликатные стёкла; и, напротив, плотность стёкол, содержащих оксиды свинца, висмута, тантала достигает 7500 кг/м3. Плотность обычных натрий-кальций-силикатных стёкол, в том числе оконных, колеблется в пределах 2500—2600 кг/м3. При повышении температуры с комнатной до 1300°С плотность большинства стёкол уменьшается на 6—12%, т. е. в среднем на каждые 100°С плотность уменьшается на 15 кг/м3.
Модуль Юнга (модуль упругости) стёкол также зависит от их химического состава и может изменяться от 48·103 до 12·104 МПа. Например, у кварцевого стекла модуль упругости составляет 71,4·103 МПа. Для увеличения упругости оксид кремния частично замещают оксидами кальция, алюминия, магния, бора. Напротив, оксиды металлов снижают модуль упругости, так как прочность связей МеO значительно ниже прочности связи SiО. Модуль сдвига 20 000—30 000 МПа, коэффициент Пуассона 0,25.
Прочность: У обычных стёкол предел прочности на сжатие составляет от 500 до 2000 МПа (у оконного стекла около 1000 МПа). Предел прочности на растяжение у стекла значительно меньше, именно поэтому предел прочности стекла при изгибе измеряют пределом прочности при растяжении. Данная прочность колеблется в пределах от 35 до 100 МПа. Путём закаливания стекла удается повысить его прочность в 3—4 раза. Другим способом повышения прочности является ионообменная диффузия. Также значительно повышает прочность стёкол обработка их поверхности химическими реагентами с целью удаления дефектов поверхности (мельчайших трещин, царапин и т. д.).
Твёрдость стекла, как и многие другие свойства, зависит от примесей. По шкале Мооса она составляет 6—7 Ед, что находится между твёрдостью апатита и кварца. Наиболее твёрдыми являются кварцевое и малощелочное боросиликатное стекла. С увеличением содержания щелочных оксидов твёрдость стекла снижается. Наиболее мягкое — свинцовое стекло.
Хрупкость. В области относительно низких температур (ниже температуры плавления) стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и, таким образом, относится к идеально хрупким материалам (наряду с алмазом и кварцем). Данное свойство может быть отражено удельной ударной вязкостью. Как и в предыдущих случаях, изменение химического состава позволяет регулировать и это свойство: например, введение брома повышает прочность на удар почти вдвое. Для силикатных стёкол ударная вязкость составляет от 1,5 до 2 кН/м, что в 100 раз уступает железу.
Теплопроводность стекла весьма незначительна и равна 0,0017—0,032 кал/(см·с·град) или от 0,711 до 13,39 Вт/(м·К). У оконных стёкол эта число равно 0,0023 (0,96).
Температура плавления. Стекло – термопластичный материал, при нагреве оно постепенно размягчается и переходит в жидкость. Плавление происходит в некотором температурном интервале, величина которого зависит от химического состава стекла. Ниже температуры стеклования Тс стекло приобретает хрупкость. Для обычного силикатного стекла Тс = 425–600°С. Выше температуры плавления стекло становится жидкостью. При этих температурах стекломасса перерабатывается в изделия.

Виды производимого стекла

	Прозрачное Обработка: нарезка сверление; шлифовка; полировка; закалка. Толщина стекла: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19 мм
	Тонированное в массе Обработка: нарезка сверление; шлифовка; полировка; закалка. Толщина стекла: 4, 6, 8, 10 мм
	Матированное Обработка: нарезка; сверление; шлифовка; полировка; закалка. Толщина стекла: 4, 6, 8, 10 мм
	Осветленное Обработка: нарезка; сверление; шлифовка; полировка; закалка. Толщина стекла: 4, 6, 8, 10, 12, 15, 19 мм
	Зеркало Обработка: нарезка; сверление; шлифовка; полировка. Толщина стекла: 4 мм
	Кризет Обработка: нарезка; сверление; шлифовка; полировка; закалка. Толщина стекла: 4 мм
	Скрин Обработка: нарезка; сверление; шлифовка; полировка; закалка. Толщина стекла: 4 мм
	Триплекс Обработка: нарезка; сверление; шлифовка; полировка; закалка. Толщина стекла: 4+4; 5+5; 6+6; 8+8; 10+10 мм/
	Гравировка Обработка: нарезка; сверление; шлифовка; полировка; закалка. Толщина стекла: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19 мм
	Пескоструй Обработка: нарезка; сверление; шлифовка; полировка; закалка. Толщина стекла: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 19 мм