Плотность оконного стекла: Масса оконного стекла — Справочник массы – Стекло — Википедия

Содержание

Плотность оконного стекла — твойдомстройсервис.рф

Оконного стекла плотность, что это такое и кого это интересует, наверно только специалистов в области изготовления стеклопакетов. В быту большинству людей такие понятия, как вязкость, плотность, прозрачность стекла ни о чём не говорят. Мы начинаем задумываться об этом, когда гибнет рассада на подоконнике, не растут должным образом цветы рядом с окном. И всегда грешим на всё что угодно но только не стеклопакеты установленные в вашем доме, а иногда стоит об этом подумать из какого стекла вам изготовили стеклянные двери или окна.

Величина плотности стеклянной массы

В стекольном производстве существует несколько десятков марок стекла, у каждой из которых своя плотность. По сути, величина удельного веса используется в качестве одной из главных характеристик, позволяющих отличать одни стеклянные заготовки от других. Коэффициент преломления у стеклянной заготовки не измеришь, а зная, какая плотность у стекла, можно легко отличить качественный материал от проблемного.

Согласно справочнику, плотность стекла равна 2,2-7,5 г/см3. Разница более чем в три раза. Для примера можно привести несколько наиболее известных марок стеклянной массы и сравнить их плотность:

Кварцевый монолит, плотность стекла 2,2 г/см3;
Для оконного стекла этот показатель равен 2,56 г/см3;
Оптические марки выпускаются как средней плотности, 3-3,5 г/см3, так и тяжелые флинты с удельным весом 4,5 г/см3.
Тяжелое стекло с плотностью до 7000 кг/м3.

Такие стекла практически не пропускают видимый диапазон света, но обладают прекрасным пропусканием в ультрафиолете и инфракрасном диапазоне. Для обычного человека стекло с высоким удельным весом будет выглядеть, как камень, абсолютно непрозрачный, со стеклянным блеском.

Наиболее интересная категория оконных стекол на самом может отличаться по величине удельного веса, более точный показатель, согласно технологическим картам, составляет 2,45-2,56 г/см3. Это значит, что для наиболее распространенной толщины 4 мм плотность стекла составляет 2,5 г/см3. Но даже эти сведения не дают полного представления о свойствах стеклянной массы.

Удельный вес стекла показатели

Для того чтобы изменить плотность и структуру стеклянного листа, установленного в оконный проём необходимо два основных условия:

Высокая температура, выше температуры плавления стеклянной массы на 150-200оС. Только в таких условиях стекло начинает существенно менять свои основные свойства, в том числе плотность;
В стеклянную массу должны быть добавлены особого рода присадки, чаще всего это окислы металлов. Чтобы увеличить плотность стекла, добавляют оксиды свинца, магния, бария, железа и тяжелых металлов.

Чем выше плотность оконного стекла, тем больше его светопропускание и оптическая плотность. Оконное стекло со стандартной величиной удельного веса способно выдерживать нагрев без последствий до 90оС, более легкие кварцевые могут нагреваться до 600оС, закаленное тяжелое стекло выдерживает до 250- 300оС.

Плотность – показатель качества

Процесс производства оконного стекла всегда был очень сложным, стекломасса, перед тем как будет залита в форму, варится и перемешивается при большой температуре. Делается это для того, чтобы выдавить максимальное количество пузырьков воздуха и газа, растворенных в лаве.

Если стекло варится по ускоренной технологии, то его плотность может быть меньше даже показателей, приведенных в справочнике. Китайское легкое стекло имеет удельный вес в пределах 2,33-2,38 г/см3. Если стеклянный лист отечественного производства толщиной 4 мм весит 10 кг, то китайский четырех миллиметровый вариант может потянуть на 60-70 г легче.

С одной стороны, казалось бы, более легкий вариант стекла обладает ценными преимуществами:

Ниже нагрузка на оконную раму или стеклопакет;
Меньше теплопроводность стекла, а значит, при пониженном удельном весе меньше потери тепла через стеклянную поверхность.

Теплопроводность стекла стандартной плотности находится в пределах 0,86-0,88Вт/м*Со.
Для кварцевого листа этот показатель примерно вдвое выше.

Более низкая плотность легкого оконного стекла обусловлена не использованием особых добавок или технологии, а обычным дефектом – наличием большого количества растворенных в стеклянной массе пузырьков, Из–за малых размеров их практически не видно невооруженным глазом, и определить можно только на специальной аппаратуре или по плотности материала.

Единственным плюсом материала с низким удельным весом является более высокая шумоизоляция, примерно на 10% выше, чем у стекла с обычной плотностью.

Снижение удельного веса — не единственное следствие образования дефектов. Такой материал обладает достаточно низкой механической прочностью и, главное, – обрабатывать его резаньем очень сложно, так как линия реза из-за неоднородности и различной плотности материала «виляет» на разных участках листового стекла. Через 4-5 лет дефектное стекло, уложенное в стекло пакет, может стать причиной выхода из строя целого окна.

Второй проблемой стекол с небольшим удельным весом является снижение светопропускания. Для стандартного оконного материала толщиной в 4 мм коэффициент потерь света составляет всего 8-9%, для премиум марок с плотностью 2,56 г/см3 показатель светопропускания может достигать 95%. У легких стекол с плотностью 2,37-2,4 г/см3 светопропускание на уровне 6-ти миллиметрового материала. По внешнему виду может иметь зеленоватый оттенок, а если смотреть под углом к поверхности, то внутренняя структура начинает опалесцировать подобно опалу.

Специальные виды стекла

Добиться высокого уровня теплоизоляции с помощью стекла с пониженным удельным весом практически очень сложно, мало того, такое стекло в большей части непригодно для изготовления стеклопакетов, считающихся на сегодня наилучшим способом сохранить тепло. Из-за многочисленных дефектов стекла газ, закачанный в полость между листами, быстро набирает стандартную влажность уличного воздуха. В результате стеклопакет из стекла с низким удельным весом оказывается на 30-35% холоднее обычного.

Для повышения эффективности используются стекломатериалы особой структуры. Простейший вариант – теплозащитное стекло с увеличенным содержанием окислов металлов. Такой материал приобретает сероватый оттенок и увеличенную плотность матрицы, что обеспечивает снижение количества тепла, проникающего с солнечными лучами, на 10-15%. Более сложные по структуре и плотности виолевые марки стекла используются для увеличения количества ультрафиолета, проникающего с солнечным светом в помещение.

Современные способы борьбы с потерями тепла заключаются в использовании так называемого I — стекла. Такой материал изготавливается из двух стекол, с разными значениями удельного веса и разной пропускной способностью. Внутренний слой с высокой плотностью выпускает коротковолновое излучение, теплые длинные лучи отражаются внутрь помещения. Наружный дополнительно покрывают полимером с высоким удельным весом. Помимо того, что появляется возможность регулировать степень отражения излучения низкой плотности, уменьшаются теплопотери за счет снижения конвективной теплоотдачи.

Более современная версия теплосберегающего К-стекла изготавливается из двух слоев с пониженным удельным весом, между которыми находится слой металлизированного покрытия. Стекло в большей мере выполняет функцию теплоизолятора, внутреннее напыление отражает тепловые лучи, при этом направленность зависит от температуры воздуха.

При низких температурах наружная поверхность низкой плотности пропускает тепло вовнутрь помещения, второй слой отражает инфракрасное излучение обратно в дом. В жаркое время направление перепуска меняется на противоположное. В этой ситуации главным фильтром работают внутренние слои К-стёкол.

Самыми легкими считаются глухие стекла с минимальным удельным весом с наполнителем из оксида титана. В данном случае плотность снижается не за счет внутренних дефектов, а за счет легкого окисла металла. В результате удается получить хороший уровень затенения без снижения прочности стеклянного листа.

Подведём итоги

Величина удельного веса материала косвенным образом позволяет судить о том, насколько соответствуют заявленные в документах характеристики реальным показателям, таким как светопрозрачная способность и прочность материала. Наличие в стекле 1,1% внутренних дефектов в виде газовых включений и пузырьков снижает прочность и долговечность полотна на 10-15%. Для небольших окон это несущественно, а для огромных витрин или стеклянных дверей всегда критически важно.

Плотность оконного стекла

В сознании большинства людей стекло ассоциируется с чем-то очень стабильным и постоянным. Чаще всего подобное представление основывается на личном впечатлении — за время своего существования ни оптические характеристики, ни плотность стекла практически не меняются. По крайней мере, геометрические характеристики и плотность оконного стекла за десятки лет службы в оконных рамах остаются такими же, как и много лет назад.

Реальная величина плотности стеклянной массы

Кварцевый монолит, плотность стекла 2,2 г/см3;
Для оконного стекла этот показатель равен 2,56 г/см3;
Оптические марки выпускаются как средней плотности, 3-3,5 г/см3, так и тяжелые флинты с удельным весом 4,5 г/см3.

К сведению! Особо малыми партиями изготавливают тяжелое стекло с плотностью до 7000 кг/м3.

Такие стекла практически не пропускают видимый диапазон света, но обладают прекрасным светопропусканием в ультрафиолете и инфракрасном диапазоне. Для обычного человека стекло с высоким удельным весом будет выглядеть, как камень, абсолютно непрозрачный, со стеклянным блеском.

На что указывает удельный вес стекла

Для того чтобы изменить плотность и структуру стеклянного листа, установленного в оконный проем или используемого в биокамине, необходимо два основных условия:

Высокая температура, выше температуры плавления стеклянной массы на 150-200оС. Только в таких условиях стекло начинает существенно менять свои основные свойства, в том числе плотность;
В стеклянную массу должны быть добавлены особого рода присадки, чаще всего это окислы металлов. Чтобы увеличить плотность стекла, добавляют оксиды свинца, магния, бария, железа и тяжелых металлов.

Чем выше плотность стекла, тем больше его светопропускание и оптическая плотность. Оконное стекло со стандартной величиной удельного веса способно выдерживать нагрев без последствий до 90оС, более легкие кварцевые могут нагреваться до 600оС, закаленное тяжелое стекло выдерживает до 250- 300оС.

Плотность – показатель качества

Процесс производства стекла всегда был очень сложным, стекломасса, перед тем как будет залита в форму, варится и перемешивается при большой температуре. Делается это для того, чтобы выдавить максимальное количество пузырьков воздуха и газа, растворенных в лаве.

С одной стороны, казалось бы, более легкий вариант стекла обладает ценными преимуществами:

Ниже нагрузка на оконную раму или стеклопакет;
Меньше теплопроводность стекла, а значит, при пониженном удельном весе меньше потери тепла через стеклянную поверхность.

К сведению! Теплопроводность стекла стандартной плотности находится в пределах 0,86-0,88Вт/м*Со. Для кварцевого листа этот показатель примерно вдвое выше.

Более низкая плотность легкого оконного стекла обусловлена не использованием особых добавок или технологии, а обычным дефектом – наличием большого количества растворенных в стеклянной массе микропузырьков, Из–за малых размеров их практически не видно невооруженным глазом, и определить можно только на специальной аппаратуре или по плотности материала.

Снижение удельного веса — не единственное следствие образования дефектов. Такой материал обладает достаточно низкой механической прочностью и, главное, – обрабатывать его резаньем очень сложно, так как линия реза из-за неоднородности и различной плотности материала «виляет» на разных участках листового стекла. Через 4-5 лет дефектное стекло, уложенное в стеклопакет, может стать причиной выхода из строя целого окна.

Специальные виды стекол

Для повышения энергоэффективности используются стекломатериалы особой структуры. Простейший вариант – теплозащитное стекло с увеличенным содержанием окислов металлов. Такой материал приобретает сероватый оттенок и увеличенную плотность матрицы, что обеспечивает снижение количества тепла, проникающего с солнечными лучами, на 10-15%. Более сложные по структуре и плотности виолевые марки стекла используются для увеличения количества ультрафиолета, проникающего с солнечным светом в помещение.

Заключение

Величина удельного веса стекломатериала косвенным образом позволяет судить о том, насколько соответствуют заявленные в документах характеристики реальным показателям, таким как светопропускная способность и прочность материала. Наличие в стекле 1,1% внутренних дефектов в виде газовых включений и пузырьков снижает прочность и долговечность полотна на 10-15%. Для небольших окон это несущественно, а для огромных витрин или стеклянных дверей всегда критически важно.

Плотность оконного стекла

Реальная величина плотности стеклянной массы

Кварцевый монолит, плотность стекла 2,2 г/см3;
Для оконного стекла этот показатель равен 2,56 г/см3;
Оптические марки выпускаются как средней плотности, 3-3,5 г/см3, так и тяжелые флинты с удельным весом 4,5 г/см3.

К сведению! Особо малыми партиями изготавливают тяжелое стекло с плотностью до 7000 кг/м3.

На что указывает удельный вес стекла

Высокая температура, выше температуры плавления стеклянной массы на 150-200оС. Только в таких условиях стекло начинает существенно менять свои основные свойства, в том числе плотность;
В стеклянную массу должны быть добавлены особого рода присадки, чаще всего это окислы металлов. Чтобы увеличить плотность стекла, добавляют оксиды свинца, магния, бария, железа и тяжелых металлов.

Плотность – показатель качества

С одной стороны, казалось бы, более легкий вариант стекла обладает ценными преимуществами:

Ниже нагрузка на оконную раму или стеклопакет;
Меньше теплопроводность стекла, а значит, при пониженном удельном весе меньше потери тепла через стеклянную поверхность.

Более низкая плотность легкого оконного стекла обусловлена не использованием особых добавок или технологии, а обычным дефектом – наличием большого количества растворенных в стеклянной массе микропузырьков, Из–за малых размеров их практически не видно невооруженным глазом, и определить можно только на специальной аппаратуре или по плотности материала.

Снижение удельного веса — не единственное следствие образования дефектов. Такой материал обладает достаточно низкой механической прочностью и, главное, – обрабатывать его резаньем очень сложно, так как линия реза из-за неоднородности и различной плотности материала «виляет» на разных участках листового стекла. Через 4-5 лет дефектное стекло, уложенное в стеклопакет, может стать причиной выхода из строя целого окна.

Специальные виды стекол

Заключение

Источник

Физические свойства стекла ― Стекольная Компания

Свойства стекла

Силикатные стекла отличаются необычным сочетанием свойств, прозрачностью, абсолютной водонепроницаемостью и универсальной химической стойкостью. Все это объясняется спецификой состава и строения стекла.

Плотность стекла зависит от химического состава и для обычных строительных стекол составляет 2400…2600 кг/м³. Плотность оконного стекла — 2550 кг/м’. Высокой плотностью отличаются стекла, содержащие оксид свинца («богемский хрусталь») — более 3000 кг/м³. Пористость и водопоглощение стекла практически равны 0 %.

Механические свойства. Стекло в строительных конструкциях чаще подвергается изгибу, растяжению и удару и реже сжатию, поэтому главными показателями, определяющими его механические свойства, следует считать прочность при растяжении и хрупкость.

Теоретическая прочность стекла при растяжении — (10…12)•10³ МПа. Практически же эта величина ниже в 200…300 раз и составляет от 30 до 60 МПа. Это объясняется тем, что в стекле имеются ослабленные участки (микронеоднородности, дефекты поверхности, внутренние напряжения). Чем больше размер стеклоизделий, тем вероятнее наличие таких участков. Примером зависимости прочности стекла от размера испытуемого изделия служит стеклянное волокно. У стекловолокна диаметром 1…10 мкм прочность при растяжении 300…500 МПа, т. е. почти в 10 раз выше, чем у листового стекла. Сильно снижают прочность стекла на растяжение царапины; на этом основана резка стекла алмазом.

Прочность стекла при сжатии высока — 900… 1000 МПа, т. е. почти как у стали и чугуна. В диапазоне температур от — 50 до + 70° С прочность стекла практически не изменяется.

Стекло при нормальных температурах отличается тем, что у него отсутствуют пластические деформации. При нагружении оно подчиняется закону Гука вплоть до хрупкого разрушения. Модуль упругости стекла Е= (7…7,5) • 10⁴ МПа.

Хрупкость — главный недостаток стекла. Основной показатель хрупкости — отношение модуля упругости к прочности при растяжении E/R_p. У стекла оно составляет 1300…1500 (у стали 400…460, каучука 0,4…0,6). Кроме того, однородность строения (гомогенность) стекла способствует беспрепятственному развитию трещин, что является необходимым условием для проявления хрупкости.

Твердость стекла, представляющего собой по химическому составу вещество, близкое к полевым шпатам, такая же, как у этих минералов, и в зависимости от химического состава находится в пределах 5…7 по шкале Мооса.

Оптические свойства стекла характеризуются светопропусканием прозрачностью), светопреломлением, отражением, рассеиванием и др. Обычные силикатные стекла, кроме специальных (см. ниже), пропускают всю видимую часть спектра (до 88…92 %) и практически не пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Показатель преломления строительного стекла (п = 1,50…1,52) определяет силу отраженного света и светопропускание стекла при разных углах падения света. При изменении угла падения света с 0 до 75° светопропускание стекла уменьшается с 90 до 50 %.

Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их состава и составляет 0,6…0,8 Вт/(м•К), что почти в 10 раз ниже, чем у аналогичных кристаллических минералов. Например, теплопроводность кристалла кварца — 7,2 Вт/(м•К).

Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) стекла относительно невелик (для обычного стекла 9•10^-6 К^-1). Но из-за низкой теплопроводности и высокого модуля упругости напряжения, развивающиеся в стекле при резком одностороннем нагреве (или охлаждении), могут достигать значений, приводящих к разрушению стекла. Это объясняет относительно малую термостойкость (способность выдерживать резкие перепады температур) обычного стекла. Она составляет 70…90° С.

Звукоизолирующая способность стекла довольно высока. Стекло толщиной 1 см по звукоизоляции приблизительно соответствует кирпичной стене в полкирпича — 12 см.

Химическая стойкость силикатного стекла — одно из самых уникальных его свойств. Стекло хорошо противостоит действию воды, щелочей и кислот (за исключением плавиковой и фосфорной). Объясняется это тем, что при действии воды и водных растворов из наружного слоя стекла вымываются ионы Na⁺ и Са⁺⁺ и образуется химически стойкая пленка, обогащенная SiO₂. Эта пленка защищает стекло от дальнейшего разрушения.

Плотность и механические свойства стекол

Плотность — отношение массы тела к его объему ρ = m/V, кг/м³.

Плотность технических стекол в зависимости от их химического состава колеблется в довольно широких пределах: 220…6300 кг/м³. Плотность стекол, применяемых для изготовления сортовой посуды и декоративных изделий из стекла, кг/м³: бесцветных и цветных натрий-кальций-силикатных — 2490…2520, свинцовых хрусталей — 2400…3200, бариевых хрусталей —2700…2900.

Плотность стекол уменьшается с повышением температуры (например, от 20 до 1300 °С — на 6… 12 %). Плотность отожженных стекол больше, чем закаленных. Это связано с тем, что закаленное стекло имеет более «рыхлую» структуру, так как при закалке в стекле «замораживается» высокотемпературная структура. При отжиге структура «уплотняется». Плотность хорошо и плохо отожженных стекол различается на 20…30 кг/м³.

Плотность стекол изменяется в зависимости от химического состава. Например, значительно повышают плотность оксиды тяжелых металлов PbO, ВаО, ZnO, в меньшей степени — СаО и MgO. Эта зависимость используется для контроля химического состава стекла, особенно при механизированном производстве изделий.

Степень постоянства плотности и, следовательно, химического состава стекла в различных точках образца или изделий характеризует однородность стекла. Однородность определяют чаще всего методом разделения порошка стекла по плотности и оценивают температурным интервалом между началом и концом всплывания частиц стеклянного порошка в жидкости при центрифугировании: чем меньше этот интервал, тем выше однородность стекла. Для сортовых и художественных стекол однородность характеризуется интервалом до 3°С.

Упругость — способность тела возвращаться к своей первоначальной форме после устранения усилий, вызвавших деформацию тела.

Упругость характеризуется модулем упругости. Модуль упругости — величина, равная отношению напряжения к вызванной им упругой относительной деформации. Различают модуль упругости при осевом растяжении — сжатии (модуль Юнга, или модуль нормальной упругости) и модуль сдвига, характеризующий сопротивление тела сдвигу или сколу и равный отношению касательного напряжения к углу сдвига.

В зависимости от химического состава модуль нормальной упругости стекол колеблется в пределах 4,8·10⁴…8,3·10⁴, модуль сдвига —2·10⁴—4,5·10⁴ МПа. Модули упругости и сдвига несколько повышаются при замене SiO₂ на СаО, B₂O₃, Al₂O₃, MgO, ВаО, ZnO, PbO.

Твердость — сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела — наконечника (индентора). В большинстве случаев твердость оценивают по размерам отпечатка, оставшегося на поверхности материала. Твердость различных стекол 400… 1200 МПа.

Твердость стекла зависит от его химического состава: наиболее мягкие — многосвинцовые силикатные стекла, наиболее твердые — кварцевые, а также некоторые боросиликатные стекла с содержанием B₂O₃ до 12 %.

Повышенная твердость стекла затрудняет его механическую обработку. Для снижения твердости в состав стекла вводят щелочные оксиды и оксиды свинца.

Хрупкость — способность твердых тел разрушаться при механических воздействиях без заметной пластической деформации.

Хрупкость материала при ударных нагрузках называется ударной хрупкостью.

Хрупкость зависит от структурного состояния материала и условий испытаний: при увеличении скорости нагружения, понижении температуры, повышении степени концентрации напряжений и запаса упругой энергии хрупкость увеличивается.

Хрупкое разрушение стекла обычно начинается с поверхности вследствие образования и роста микротрещин. Хрупкость стекла зависит от состояния поверхности, толщины образца, степени отжига и химического состава. Из компонентов стекла в наибольшей степени уменьшает хрупкость B₂O₃, увеличение содержания в стекле SiO₂, Al₂O₃, MgO уменьшает хрупкость на 5…20 %, влияние остальных оксидов на хрупкость стекла незначительно.

Прочность — свойство материалов, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, температурные, магнитные, электрические поля, неравномерное протекание физико-химических процессов в разных частях тела и т. п.).

В зависимости от разрушающих усилий различают прочность на разрыв, сжатие, изгиб, удар. Стекло обладает сравнительно высокой прочностью на сжатие и низкой — на удар.

Прочность стекла зависит от состояния его поверхности, химического состава, степени отжига, однородности, размера испытываемых образцов, окружающей среды и температуры.

Предел прочности массивного стекла, МПа: при разрыве или изгибе в зависимости от состава и состояния поверхности —25, сжатии — 500…800, ударном изгибе — 15…20. В то же время теоретическая прочность стекол намного превышает эти значения. Основная причина такого расхождения — трещины, царапины, неоднородности, при этом решающее влияние оказывает состояние поверхности стекла.

Такие оксиды, как SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃, MgO, ВаО, TiO₂, увеличивают прочность, щелочные оксиды, PbO — уменьшают.

Температурная зависимость прочности стекла имеет сложный характер вследствие физико-химического воздействия атмосферной влаги. Минимальная прочность стекла — в интервале 150…200°С. Увеличение прочности стекла при более высоких температурах вызвано уменьшением поверхностного поглощения влаги и уменьшением опасных перенапряжений у микротрещин.

К способам повышения прочности изделий относятся воздушная закалка, ионообменное упрочнение в расплавах солей, нанесение поверхностных покрытий.

Оптическое стекло — Википедия

Опти́ческое стекло́ — прозрачное стекло специального состава, используемое для изготовления различных деталей оптических приборов.

От обычного технического стекла отличается особенно высокой прозрачностью, чистотой, бесцветностью, однородностью, а также строго нормированными преломляющей способностью, дисперсией, в необходимых случаях — цветом. Выполнение всех этих требований значительно усложняет и удорожает производство оптического стекла.

В силу исключительно высоких требований, предъявляемых к качеству изображения в оптических системах, естественно возникла необходимость в изготовлении широкого ассортимента специальных сортов стекла, различных по своим свойствам.

В состав шихты для варки оптического стекла обычно входит чистый кремнезём, сода, борная кислота, нередко — соли бария, оксид свинца, фториды и другие компоненты.

Основные оптические свойства стекла[править | править код]

Основные свойства оптического стекла характеризуются показателем преломления, средней дисперсией и коэффициентом дисперсии. В отдельных случаях для характеристики оптических стёкол используются частные дисперсии и относительные частные дисперсии.

Показатель преломления[править | править код]

С XIX века (со времён Шотта и Аббе) и до недавнего времени для характеристики оптических стёкол использовался показатель преломления nD{\displaystyle n_{D}}, определяемый для жёлтой спектральной D-линии натрия (λ=589,3 нм).

Однако это не одиночная линия, а пара: так называемый «натриевый дублет», что не могло не сказаться на точности измерений. Поэтому сейчас в качестве главного показателя преломления (nλ{\displaystyle n_{\lambda }}) принимают его значение либо для жёлтой d-линии гелия с λ=587,56 нм, либо для жёлто-зелёной e-линии ртути с λ=546,07 нм. Первый (nd{\displaystyle n_{d}}) используется такими производителями как Schott, Hoya, Ohara и др., второй (ne{\displaystyle n_{e}}), в частности, принят в документации российских производителей.

В настоящее время достигнутые пределы значений nd{\displaystyle n_{d}} промышленных оптических стёкол составляют примерно 1,43 — 2,17.

Допустимое отклонение зависит от категории оптического стекла и нормируется величиной ±(3-20)⋅10⁻⁴.

Средняя дисперсия[править | править код]

Средняя дисперсия — определяется как разность показателей преломления n_F для синей линии спектра λ=488,1 нм и n_C для красной линии спектра с λ=656,3 нм; Величина средней дисперсии представляется как (n_F-n_C)⋅10⁵ и лежит в диапазоне 639 — 3178, с допустимым отклонением ±(3-20)⋅10⁻⁵.

Коэффициент дисперсии[править | править код]

Коэффициент дисперсии (число Аббе, νλ{\displaystyle \nu _{\lambda }}) — задаётся отношением разности показателя преломления nλ{\displaystyle n_{\lambda }} без единицы к средней дисперсии.
Ранее определялось выражением, включающим показатель преломления nD{\displaystyle n_{D}} для жёлтой спектральной линии натрия.

νD=nD−1nF−nC{\displaystyle \nu _{D}={\frac {n_{D}-1}{n_{F}-n_{C}}}}

В настоящее время основными вариантами коэффициента дисперсии являются, либо

νd=nd−1nF−nC{\displaystyle \nu _{d}={\frac {n_{d}-1}{n_{F}-n_{C}}}}

либо

νe=ne−1nF′−nC′{\displaystyle \nu _{e}={\frac {n_{e}-1}{n_{F’}-n_{C’}}}}

где средняя дисперсия определяется, как разность показателей преломления для голубой (F’ ) и красной (C’ ) линий кадмия.

В настоящее время значения νd{\displaystyle \nu _{d}} для промышленных оптических стёкол находятся в пределах от 17 до 95.

Частные дисперсии и относительные частные дисперсии[править | править код]

Частные дисперсии — это разности nλ4−nλ5{\displaystyle n_{\lambda _{4}}-n_{\lambda _{5}}} двух значений показателя преломления при некоторых произвольно выбранных длинах волн λ4{\displaystyle \lambda _{4}} и λ5{\displaystyle \lambda _{5}}, не совпадающих с длинами волн λ2{\displaystyle \lambda _{2}} и λ3{\displaystyle \lambda _{3}}, выбранными для расчёта средней дисперсии (и как правило, с более узким спектральным интервалом).

Относительные частные дисперсии Pλ4λ5{\displaystyle P_{{\lambda _{4}}{\lambda _{5}}}} — это отношения частных дисперсий к средней дисперсии.

Pλ4λ5=nλ4−nλ5nλ2−nλ3{\displaystyle P_{{\lambda _{4}}{\lambda _{5}}}={\frac {n_{\lambda _{4}}-n_{\lambda _{5}}}{n_{\lambda _{2}}-n_{\lambda _{3}}}}}

Хотя, для большинства оптических стёкол зависимость относительных частных дисперсий от коэффициента средней дисперсии (числа Аббе) близка к линейной, однако, зависимость показателя преломления оптического материала от длины волны света представляет собой сложную кривую. Форма этой кривой определяется параметрами конкретного материала и будет различной для разных типов оптических стёкол. Таким образом, частные дисперсии и относительные частные дисперсии служат для детализации зависимости изменений показателя преломления стекла от изменений длины волны.

Такая детализация необходима при расчёте высококачественных ахроматических и апохроматических компонентов, поскольку учёт хода относительных дисперсий, на этапе выбора стёкол, позволяет в дальнейшем значительно уменьшить вторичный спектр. Так как, в общем случае, величина вторичного спектра пропорциональна отношению разности частных дисперсий выбранной пары стёкол к разности показателей средних дисперсий этих стёкол.

Δs=f′P1−P2ν1−ν2{\displaystyle \Delta s=f'{\frac {P_{1}-P_{2}}{\nu _{1}-\nu _{2}}}}

где: P1{\displaystyle P_{1}} и P2{\displaystyle P_{2}} — относительные частные дисперсии; ν1{\displaystyle \nu _{1}} и ν2{\displaystyle \nu _{2}} — коэффициенты средней дисперсии; f′{\displaystyle f’} -фокусное расстояние объектива.

Для практики наиболее важны — частная дисперсия для синего участка спектра ng−nF{\displaystyle n_{g}-n_{F}} или ng−nF′{\displaystyle n_{g}-n_{F’}} (где ng{\displaystyle n_{g}} — показатель преломления для фиолетовой g-линии ртути) и соответствующая ей относительная частная дисперсия PgF{\displaystyle P_{gF}} (или PgF′{\displaystyle P_{gF’}}), поскольку в пределах именно этого участка показатель преломления материалов изменяется с длиной волны наиболее значительно.

Показатель ослабления излучения[править | править код]

Интенсивность оптического излучения, проходящего через стекло, уменьшается вследствие поглощения и рассеяния излучения стеклом. Степень уменьшения интенсивности излучения, обусловленного суммарным действием обоих механизмов, характеризуют показателем ослабления стекла.

Различают и используют показатель ослабления монохроматического излучения и показатель ослабления для белого света стандартного источника А^[1]μA{\displaystyle \mu _{A}}.

По величине показателя ослабления для белого света излучения источника А установлены восемь категорий качества, определяемых предельными значениями μA{\displaystyle \mu _{A}}^[2].

К первой, высшей категории, относятся стёкла у которых μA{\displaystyle \mu _{A}} лежит в пределах от 0,0002 до 0,0004 см⁻¹. У таких стёкол коэффициент внутреннего пропускания слоя толщиной 10 см составляет величины от 0,991 до 0,995^[2].

Стёкла, относящиеся к восьмой, низшей категории, имеют μA{\displaystyle \mu _{A}}, располагающийся в пределах от 0,0066 до 0,013 см⁻¹. Этому диапазону значений показателя ослабления соответствует диапазон значений коэффициента внутреннего пропускания слоя стекла толщиной 10 см от 0,741 до 0,859^[2].

В основу исторически сложившейся классификации оптических стёкол легло общее представление о связи между химическим составом и оптическими постоянными. До работ Шотта оптические стёкла состояли почти исключительно из кремнезёма в соединении с окислами натрия, калия, кальция и свинца. Для таких стёкол существует функциональная зависимость между показателями преломления n и коэффициентами средней дисперсии v, что и было отражено в так называемой диаграмме Аббе. На этой диаграмме бесцветные оптические стёкла располагаются в виде широкой области вытянутой от нижнего левого угла диаграммы к её правому верхнему углу. Таким образом, можно было увидеть взаимосвязь изменения двух основных оптических характеристик с химическим составом оптических стёкол. Причём, с возрастанием показателя преломления, коэффициент дисперсии, как правило, уменьшался.

В связи с этим были выделены два основных типа оптических стёкол: кро́ны (стёкла с низким показателем преломления и высоким значениями коэффициента дисперсии) и фли́нты (стёкла с низкими значениям коэффициента дисперсии и высоким показателем преломления). При этом к группе кронов относились натриево-силикатные стекла, а к группе флинтов — стёкла, содержащие свинец.

В дальнейшем, в связи с ростом числа оптических стёкол, потребовалось делить диаграмму Аббе на бо́льшее число участков, соответствующих новым типам. Так, от кронов отделились лёгкие, тяжёлые и сверхтяжёлые кроны (ЛК, ТК, СТК), а от флинтов — лёгкие, тяжёлые и сверхтяжёлые флинты (ЛФ, ТФ, СТФ). К тому же, между лёгкими кронами и лёгкими флинтами появилась группа кронфлинтов.

Появились новые типы стёкол, как на основе несиликатных стеклообразователей (боратные, фосфатные, фторидные и др.), так и включающие новые компоненты (окислы лантана, тантала, титана). Такие типы часто (в каталогах зарубежных производителей — как правило) обозначаются с применением названий химических элементов, окислы которых и придают стёклам специфические свойства.

Использование подобных стёкол, для которых характерны иные сочетания главного показателя преломления и коэффициента дисперсии, существенно расширили область занимаемую оптическими стёклами на диаграмме Аббе. К тому же, связь между уменьшением коэффициента дисперсии и возрастанием показателя преломления стала менее заметной.

«Особые» стёкла[править | править код]

$\mu_A$ Отклонения относительных частных дисперсий некоторых оптических стёкол и кристаллов (CaF₂ и BaF₂) от «нормальной прямой»

Кроме того, существуют так называемые «особые» стёкла, или стёкла с «особым ходом частных дисперсий». Большинство из них относятся к двум типам, объединённым собирательными терминами «ланг-кроны» (кроны с увеличенными относительными частными дисперсиями) и «курц-флинты» (флинты с уменьшенными частными дисперсиями). Эти наименования, происходящие от немецких слов lang (длинный) и kurz (короткий), весьма условны, и для большинства «особых» стёкол не связаны напрямую с особенностями химического состава и/или структуры.

В современных каталогах оптических стёкол для отображения «особых» характеристик используются графики (диаграммы) зависимости относительных частных дисперсий от коэффициента средней дисперсии (например, PgF{\displaystyle P_{gF}} от νd{\displaystyle \nu _{d}} в каталоге Schott). На этих графиках оптические стёкла располагаются вдоль так называемой «нормальной прямой», непосредственно на которой находятся стёкла с линейной зависимостью PgF{\displaystyle P_{gF}} от νd{\displaystyle \nu _{d}}.

При этом, стёкла с незначительным отклонением хода частных дисперсий (Δνλ1≤3{\displaystyle \Delta \nu _{\lambda _{1}}\leq 3}) и находящиеся вблизи нормальной прямой принято называть «нормальными», а расположенные на бо́льшем удалении (имеющие бо́льшее отклонение хода частных дисперсий) — «особыми» («abnormal»).

Диаграмма «относительная частная дисперсия — коэффициент дисперсии» так же была предложена Эрнстом Аббе, однако, во избежание путаницы, её не принято называть именем автора.

Из стёкол, относящихся к первому из типов (ланг-кроны), следует отметить так называемые низкодисперсные стёкла, различные по составу, но отличающиеся как высокими значениями коэффициента средней дисперсии, так и высоким значением относительной частной дисперсии (то есть, значительным отклонением хода частных дисперсий от «нормального»).

Группа «курц-флинтов» так же объединяет различные по составу стёкла. В частности, под это определение подпадают практически все Шоттовские стёкла типов LaK, LaF, LaSF, а также российские СТК и ТБФ с высоким содержанием окиси лантана. Причём отклонения особых флинтов от «нормальной прямой», как правило, невелики.

«Особые» флинты с повышенными значениями относительной частной дисперсии (ланг-флинты) — это, как правило, либо тяжёлые и сверхтяжёлые флинты с максимальным содержанием окиси свинца, либо титановые флинты с высоким содержанием окиси титана.

Для получения цветного стекла в состав бесцветного стекла при варке вводят вещества, содержащие медь, золото, селен и др.

Варка оптического стекла производится из шихты в специальных огнеупорных горшках, помещаемых в стекловаренную печь. В составе шихты может быть до 40 % стеклобоя того же состава, что и варящееся стекло. Процесс варки длится около 24 часов. Нагрев производится, как правило, с помощью водородных горелок, при этом температура в печи достигает 1500 °C. В процессе варки стекломассу непрерывно перемешивают керамической или платиновой мешалкой для достижения однородного состояния и несколько раз берут пробу для контроля качества. Одним из этапов варки является осветление. На этом этапе в стекломассе выделяется большое количество газов из веществ-осветлителей, добавляемых в шихту. Образующиеся крупные пузыри быстро поднимаются к поверхности, захватывая по пути более мелкие, которые в любом случае образуются при варке. По окончании плавки стекла горшок извлекается из печи и подвергается замедленному охлаждению, длящемуся 6-8 дней. При неравномерном остывании массы в ней образуются механические напряжения, которые могут вызывать растрескивание стекла на большое количество кусков.

После остывания куски стекла сортируются по размерам и качеству, затем годные отправляются для дальнейшей обработки. В целях сокращения времени на механическую обработку оптические детали изготавливаются не из обычных кусков стекла, полученных после варки, а из специальных прессованных плиток или заготовок. Во избежание возникновения напряжений, вызываемых неравномерным охлаждением массы, полученные таким способом заготовки нагревают до 500 °C и затем подвергают исключительно медленному охлаждению в электрических печах, так называемому отжигу. Если при этом температура упадет резко, в стекле возникнут напряжения, которые приведут к появлению анизотропии, включая анизотропию показателя преломления. Также может образоваться вторичная мошка.

После отжига получившуюся заготовку исследуют с помощью оптических приборов контроля качества и составляют карту дефектов, на которой указывают размеры, местоположение и характер пороков стекла.

К технологическим дефектам оптических стёкол относят камни, пузыри, мошку, дымки, свили и напряжения.

Камни представляют собой мелкие непрозрачные частицы, отделившиеся от горшка во время варки стекла, или нерасплавившиеся частицы шихты. Небольшое количество и малые размеры камней, если они не находятся в фокальной плоскости или вблизи неё, на качество изображения не влияют, так как задерживают лишь незначительную часть проходящего через стекло света.
Пузыри образуются в процессе варки стекла ввиду выделения газов составными частями шихты, вступающими в реакцию. Практически неизбежны при изготовлении стекла. Пузыри вызывают светорассеяние и некоторую потерю яркости изображения, так как лучи света, преломляясь на поверхностях пузырей под значительно бо́льшими углами, чем на остальной площади линзы, почти полностью поглощаются внутренними поверхностями камеры и оправы объектива.
Мо́шка представляет собой большое скопление в массе стекла мельчайших пузырей, занимающих значительную часть его объёма. Мошка вызывает рассеяние большого количества проходящего через стекло света.
Дымки́ имеют вид паутины или легкой волнистой дымки в среде стекла. Происходят в основном от спекания складок, образующихся в процессе прессовки, а также при спекании ранее не замеченных трещин.
Сви́ли наблюдаются в массе стекла в виде прозрачных полосок или нитей вследствие неодинакового показателя преломления массы стекла. Представление о свиле может дать сравнение с каплей насыщенного сахарного раствора, введённой в стакан с водой. При растворении капля раствора будет образовывать в воде хорошо заметный след в виде волнистых полос и нитей.
Напряже́ния возникают вследствие неоднородности стекла, вызываемой, как правило, его неравномерным охлаждением в процессе изготовления. Механически напряжённое состояние стекла вызывает так называемое двойное лучепреломление. В обычных условиях двойное лучепреломление незаметно на глаз, и определяется проверкой стекол при помощи специального прибора — полярископа. Непосредственно в оптических деталях напряжения (и соответствующее двойное лучепреломление) могут возникать под действием собственной массы детали, или давления на стекло при закреплении его в оправах.

Для оптических стёкол установлены категории и классы по качеству (ГОСТ 23136-93). То есть весь спектр дефектов разбит на диапазоны (по их количеству, размеру, форме) в которые должны входить марки стёкол. Для бесцветного оптического стекла существуют нормы ГОСТ 3514-94 (ранее ГОСТ 3514-76). Для цветного оптического стекла — ГОСТ 9411-91 (ранее ГОСТ 9411-76).

Поскольку оптическое стекло изготавливается для конкретных целей, то нормируются не только наличие дефектов, но и отклонения оптических показателей от нормы. Выбирать стекло для своих нужд легче, если заранее определить критерии качества.

Обычно, руководствуясь картой дефектов, заготовку распиливают алмазными пилами на более мелкие прямоугольные или вырезают из неё цилиндры с помощью круговых пил. Получающимся заготовкам стараются придать форму, максимально приближенную к форме будущего оптического изделия с небольшим запасом. Также достаточно часто прямоугольные заготовки нагревают до состояния пластической деформации и прессованием получают из них изделия формы, близкой к требуемой. Затем эти заготовки закрепляют в блоки (как правило, из гипса) и шлифуют. Шлифование включает в себя несколько стадий; на каждой из последующей используют все более мелкие абразивные зерна. После каждой стадии шлифования стекло промывают. После того, как стекло отшлифовано, заготовку полируют и затем контролируют его форму (фигуру). Полирование стекла является длительным физико-химическим процессом, который длится до 3-х суток. После полирования получается готовая рабочая поверхность изделия, готовая к использованию. Эту поверхность защищают, извлекают заготовку из блока и вновь собирают блок, но заготовки крепят другой стороной кверху и аналогично шлифуют и полируют другие рабочие поверхности.

Просветление оптики[править | править код]

После полирования производится контроль качества поверхности стекла и затем для улучшения характеристик изделия может быть произведено просветление оптики путём нанесения тонких прозрачных плёнок, как правило, диэлектрических. Эти плёнки улучшают оптические характеристики и могут улучшать механические, например, защищать стекло от помутнения при длительном нахождении во влажной атмосфере.

Одни из первых серьёзных попыток получения оптического стекла, то есть стекла достаточной химической и физической однородности, и обладающего специфическими оптическими свойствами, можно отнести к XVII веку. Так, в труде немецкого химика Кункеля (Johannes Kunckel) «Ars vitraria experimentalis» (1689 г.) упоминается о борной и фосфорной кислотах, как компонентах стекла, и о боросиликатном кроне, близком по составу к некоторым современным сортам. В 1663 г. в патенте англичанина Тильсона упоминается о введении окиси свинца в «флинт-глас», а в XVIII веке это стекло начинают применять для изготовления ахроматических линз сперва Честер Мур Холл (1729 г.), а затем, и с бо́льшим успехом, Питер Доллонд (1758 г.).

Началом промышленного производства оптического стекла можно считать результат многолетней работы швейцарца Гинана, которому, совместно с Фраунгофером, удалось внедрить на заводе Утцшнайдера в Бенедиктбойерне (Бавария) более или менее надёжный способ получения хорошего оптического стекла в горшках емкостью до 400 кг. Ключом к успеху был изобретённый Гинаном приём механического перемешивания расплава во время варки, круговыми движениями глиняного стержня, вертикально опущенного в стекло. В 1811 году, Гинаном и Фраунгофером, было запущено в производство два сорта оптического стекла: крон (72 % SiO₂, 18 % K₂O, 10 % CaO) и флинт (45 % SiO₂, 12 %K₂O, 43 % PbO)

Разработанный технологический процесс позволял изготавливать вполне удовлетворительные линзы диаметром до 200—250 мм. Однако сортамент оптических стёкол выпускаемых стекольными заводами в первой половине XIX века был практически ограничен двумя его типами.

Во второй половине XIX века немецкий химик Отто Шотт осуществляет, по предложению Эрнста Аббе, фундаментальное исследование влияния на свойства стекла различных компонентов, а в 1884 г. О. Шотт и Э. Аббе и К. Цейсс основывают в Йене завод начавший выпуск разнообразных сортов оптического стекла.

И. Я. Бубис и др., под общ. ред. С. М. Кузнецова и М. А. Окатова, Справочник технолога оптика. Л. Машиностроение. 1983
Д. С. Волосов. Фотографическая оптика. — 2-е изд. — М.: «Искусство», 1978. — 543 с. — 10 000 экз.
Кулагин, С. В. Оптическое стекло // Фотокинотехника: Энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Иофис. — М.: Советская энциклопедия, 1981. — 447 с.
Качалов Н. Стекло. Издательство АН СССР. Москва. 1959
Н. Н. Качалов и В. Г. Воано. Основы производства оптического стекла. Л. ОНТИ-Химтеорет, 1936
Краткий фотографический справочник. Под общей редакцией д.т. н. Пуськова В. В., изд. 2-е, М., Искусство, 1953.
Яштолд-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съемка, формулы, термины, рецепты. Изд. 4-е, сокр. М., «Искусство», 1977.
ГОСТ 23136-93 — Материалы Оптические — Параметры
ГОСТ 3514-94 — Стекло Оптическое Бесцветное — Технические условия
ГОСТ 9411-91 — Стекло Оптическое Цветное — Технические условия

Температура плавления стекла (температура начала размягчения)

Понятие «температура плавления стекла» применяют по аналогии с точкой плавления чистого кристаллического вещества, однако аморфные или стеклообразные материалы, как известно, не имеют точки плавления, а обнаруживают в определенных температурных границах растянутый интервал размягчения, который имеет начальную и конечную температуру.

Начальная точка размягчения стекла характеризуется температурой, при которой его вязкость приобретает значение около 10¹²пуаз. Для обычных промышленных стекол размягчение начинается в интервале температуры 400-600°С.

За конец размягчения стекла принимают температуру, при которой стекло имеет вязкость 2·10⁸ пуаз, что для большинства обыкновенных стекол соответствует температурному диапазону от 700 до 750°С.

На температуру плавления стекла (или начала размягчения) существенно влияет его химический состав. В частности, понижению температуры плавления стекла, так же как и его вязкости, способствуют следующие окислы: B₂O₃, BaO, Na₂O, K₂O, Li₂O, Fe₂O₃, MnO и PbO. Повышают температуру плавления стекол и их вязкость такие оксиды металлов, как Al₂O₃, CaO, MgO, SiO, ZrO₂, TiO₂.

Следует отметить стекла с высокой температурой плавления. К ним относятся: кварцевое стекло различных типов, кремнеземистые стекла, ситаллы и ситалловые стекла. Например, температура плавления кварцевого стекла может достигать 1300°С. В диапазоне температуры от 630 до 730°С начинают плавиться (размягчаться) термостойкие стекла и стекла для медицинского применения. Оконное, лабораторное, посудное стекло и хрусталь имеют температуру начала размягчения от 530 до 600°С.

Температура плавления стекла (температура начала размягчения)
Стекло	t, °С	Стекло	t, °С
Кварцевое I	1300	Термостойкое Т28	645
Кварцевое КИ	1220	Медицинское НС-1	630
Кварцевое КВ, КУ, КВР	1160	Листовое оконное	600
Кварцевое II	1100	Пеностекло	< 600
Пеностекло кремнеземистое	1100	Лабораторное Ц32	590
Стекло для труб ситалловое	1100	Sial	590
Ситаллы СТЛ	980	Медицинское АБ-1	590
Шлакоситаллы	950	Лабораторное N846	582
Ситаллы СТМ, СТБ	930	Лабораторное N23	580
Волоконное бесщелочное	830	N51-A	574
Термостойкое Ц26	730	Симакс	570
Стекло для труб	725	Лабораторное N29	565
Термостойкое Щ23	710	Стекло Пирекс	565
Волоконное натриевое	710	Сортовое (посудное стекло)	560
Термостойкое N13	680	Uninost	530
Термостойкое Т16	680	Хрустальное (свинцовое)	530

Источники:

Стекло: Справочник. Под ред. Н. М. Павлушкина. М.: Стройиздат, 1973.
Сентюрин Г. Г., Павлушкин Н. М. и др. Практикум по технологии стекла и ситаллов — 2-е изд. перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1970.

Плотность оконного стекла — твойдомстройсервис.рф

Величина плотности стеклянной массы

Удельный вес стекла показатели

Плотность – показатель качества

Специальные виды стекла

Подведём итоги

Плотность оконного стекла

Реальная величина плотности стеклянной массы

На что указывает удельный вес стекла

Плотность – показатель качества

Специальные виды стекол

Заключение

Плотность оконного стекла

Реальная величина плотности стеклянной массы

На что указывает удельный вес стекла

Плотность – показатель качества

Специальные виды стекол

Заключение

Физические свойства стекла ― Стекольная Компания

Свойства стекла

Плотность и механические свойства стекол

Оптическое стекло — Википедия

Основные оптические свойства стекла[править | править код]

Показатель преломления[править | править код]

Средняя дисперсия[править | править код]

Коэффициент дисперсии[править | править код]

Частные дисперсии и относительные частные дисперсии[править | править код]

Показатель ослабления излучения[править | править код]

«Особые» стёкла[править | править код]

Просветление оптики[править | править код]

Температура плавления стекла (температура начала размягчения)

Related Articles

Как в домашних условиях обработать камень – Обработка камня: подборки мастер-классов, статей, публикаций о рукоделии и творчестве

Как сделать примыкание к дымовой трубе кровли из шифера: Примыкание трубы на кровле из шифера

Добавить комментарий Отменить ответ