Электроизоляционные и конденсаторные материалы, страница 17

Для оценки стойкости стекол к термоударам (резким изменениям температуры), а, также, их совместимости при спайке друг с другом или различными металлами, главное значение имеет коэффициент линейного расширения TKI, который изменяется от 5,8·10 ^{-7  о}С^–1 у кварцевых стекол, до 150^.10^{-7 о}С^–1. При соединении стекол с другими материалами необходимо подбирать значение их TKI в рабочем диапазоне температур примерно равными. Распространенные в технике названия стекол «молибденовое», «вольфрамовое» и т.п., связаны с тем, что TKI этих стекол близок к TKI соответствующих металлов.

Поверхность стекол гидрофильна (смачивается водой), что является причиной высокой поверхностной электропроводности стекол при относительной влажности воздуха, превышающей 30 %.

Высокая удельная электрическая проводимость стекол является причиной относительно больших диэлектрических потерь. При уменьшении содержания щелочных металлов, а также добавлении тяжелых оксидов металлов к щелочным стеклам можно получить стекла с малыми потерями.

Прочность стекла при сжатии высока, но удлинение при разрыве почти нулевое. Поэтому стекло является хрупким материалом, не выдерживающим даже небольших деформаций, и при резких изменениях температуры (термоударах) трескается. Прочность стекла при растяжении на порядок меньше, чем прочность при сжатии; прочность при изгибе еще меньше, чем прочность при растяжении. Поэтому стекла гораздо лучше выдерживают быстрый нагрев, чем быстрое охлаждение. Механические свойства стекла очень сильно зависят от состояния поверхности стекла, и любые дефекты поверхности существенно ухудшают эти свойства.

Вытягиванием можно получить из расплавленного стекла стеклянное волокно, которое имеет на два порядка большую механическую прочность и выдерживает изгиб даже на малый радиус.

Быстрым охлаждением стекла можно получить так называемое закаленное стекло, механическая прочность которого благодаря перенапряжениям на поверхности в 3-4 раза больше, чем у обычного стекла. Такое стекло используется для высоковольтных подвесных изоляторов.

В электротехнике стекло используется, главным образом, как электроизоляционный и конструкционный материал. В электронике оно используется в основном для изготовления электронных ламп и ламп накаливания (кварцевое, свинцовое, магниевое, бариевое, литиевое стекло). Для герметичных вводов используются коваровое, вольфрамовое, железное стекла (название стекла соответствует температурному коэффициенту длины впаиваемого металла).

Для электротехнических стекол, в ряде случаев, существенное значение имеет их химическая стойкость к воздействию воды, кислот, щелочей, которая определяется химическим составом стекол.

Оптические свойства стекол зависят от их состава. Обычные стекла прозрачны в видимой области спектра, однако, введение таких соединений как CaF, TiO₂, ZrO₂ и др., позволяет получить непрозрачные или рассеивающие свет стекла. Добавки окислов переходных элементов окрашивают стекла в различные цвета, а окислы железа делают его непрозрачным в ультрафиолетовой области спектра. Прозрачностью для ультрафиолетовых лучей обладают кварцевые и увиолевые (на основе B₂O₃ и P₂O₅ ) стекла. В инфракрасном диапазоне наиболее прозрачными являются халькогенидные стекла. В рентгеновском диапазоне стекла, содержащие легкие оксиды (B₂O₃, BеO₂), прозрачны, а тяжелые (PbO, BaO) – непрозрачны.

Показатель преломления света у различных стекол увеличивается от 1,30 до 2,0 при увеличении концентрации примесей PbO, BaO, ZrO₂, K₂O.

Большинство технических стекол является диэлектриками, и их удельное сопротивление лежит в пределах от 10⁹ до 10¹⁷ Ом ^. м, причем их электропроводность обусловлена, в основном, ионами щелочных или щелочноземельных металлов. При наличии примесей с переменной валентностью (Pb, V, Fe) у стекол может проявляться электронный характер проводимости и, при этом, они могут быть полупроводниками.

Диэлектрическая проницаемость e стекол зависит от концентрации слабосвязанных щелочных катионов или легкополяризуемых ионов, лежит в пределах 3,75…8 и повышается с ростом температуры.