|
7.5.3. Электроизоляционные стекла, их состав и характеристики
Стекла можно считать сплавами субмикроскопических кристаллов, которые образуются в расплаве без перехода в кристаллическое состояние. Электроизоляционные стекла представляют собой аморфные, обычно многокомпонентные системы, свойства которых могут изменяться в широких пределах в зависимости от состава.
Основным компонентом стекол являются стеклообразующие материалы, которыми в преобладающем большинстве технических стекол являются окись кремния и окись бора. Эти оксиды образуют нерегулярную пространственную кристаллическую решетку стекла. К ним добавляются различные другие материалы – модификаторы, тип и валентность которых существенно влияют на свойства стекла и позволяют изготовлять стекла с разнообразными свойствами.
В связи с тем, что при быстром охлаждении расплавленной стекломассы молекулы не успевают образовывать кристаллическую решетку и остаются закрепленными в тех случайных положениях, в которых их застало повышение вязкости, препятствующее молекулярным перемещениям; стекла проявляют свойства присущие как типично твердым телам (твердость, упругость, хрупкость), так и жидким (отсутствие кристаллической структуры).
Для изготовления стекол используется ряд оксидов. В их число входят: стеклообразующие оксиды (SiO2, B2O3, GeO2 и т.п.), оксиды (Al2O3, TiO2, ZrO2, MgO и т.п.).
По химическому составу стекла подразделяются на: оксидные (на основе SiO, GeO2,, B2O3, B2O3, P2O5, As2O3), галогенидные (на основе галогенидов) и халькогенидные (на основе сульфидов, селенидов и теллуридов). Оксидные стекла наиболее широко применяются в технике и подразделяются в зависимости от вида стеклообразующего оксида на силикатные, боратные, германатные и т.п., а также, в зависимости от содержания щелочных оксидов, на бесщелочные, малощелочные и многощелочные.
Стекла, как и все другие аморфные материалы не имеют явно выраженной температуры плавления. При нагревании стекол, их вязкость меняется в широких пределах, от 1014 Па·с, что соответствует твердому состоянию стекла, до 108 Па·с – расплав.
Температуру соответствующую вязкости 107…108 Па·с называют температурой размягчения стекла. Для большинства стекол она находится в пределах 350-1710 оС, в зависимости от стеклообразующего оксида и наличия примесей.
Достоинством стекол является их очень хорошая технологичность. При повышенных температурах их можно формовать различными способами. Другим достоинством является доступность исходного сырья. Стекла имеют высокую нагревостойкость, радиационную и химическую стойкость, негорючесть.
Электрофизические свойства стекол сильно зависят от состава. Самым высококачественным является кварцевое стекло. Большинство стекол имеет ионную электропроводность, вызванную, главным образом, одновалентными ионами щелочных металлов Na+ и K+.
Физико-химические свойства стекол зависят не только от их химического состава, но и от температурно-временных режимов варки, формирования, обжига.
Особенностью стекол является то, что нагретые стеклянные детали могут привариваться друг к другу, а также к различным металлам и керамике, причем адгезия стекла к окисленной поверхности значительно выше, чем к неокисленной.
Плотность стекол, в зависимости от их состава, находится в пределах 2200…8100 кг/м3, причем плотность закаленных стекол ниже, чем отожженных.
Прочность стекол в большой степени зависит от состояния поверхности, которое определяется методами обработки и получения изделий. Наличие на поверхности обычного стекла микродефектов (трещин Гриффитса), обуславливает его низкую прочность при растяжении (0,2-0,5 ГПа) по сравнению с прочностью при сжатии (5-20 ГПа). Специальные методы обработки (травление в HF, закалка) позволяют повысить прочность стекла при растяжении в 4-15 раз.
Прочность стекол при изгибе увеличивается с уменьшением размеров образца и уменьшается с увеличением влажности окружающей среды.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.