Стекло. Общие сведения

Стекло — твердотельное состояние аморфных веществ. Термин также используется в названиях оптических материалов, имеющих свойства, характерные для стекла — светопропускание (прозрачность), светопреломление, анизотропность и др.

Стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым.

Общие сведения

Аморфные вещества, в том числе оптические материалы, переходят в стеклообразное состояние при температурах ниже температуры стеклования Tg (при температурах свыше Tg аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии). Стекло может быть получено путём охлаждения расплавов, так чтобы избежать кристаллизации. Практически любое вещество из расплавленного состояния может быть переведено в стеклообразное состояние. Некоторые расплавы (такие как стеклообразующих веществ) не требуют для этого быстрого охлаждения. Однако некоторые вещества (такие как расплавы металлов) требуют очень быстрого охлаждения, чтобы избежать кристаллизации. Так, для получения металлических стёкол необходимы скорости охлаждения 100000 — 1000000 К/с. Стекло может быть получено также путём аморфизации кристаллических веществ, например бомбардировкой пучком ионов, или при осаждении паров на охлаждаемые подложки. Как правило стекло получают из переохлаждённого расплава. К стеклообразующим относят неорганические вещества, которые при охлаждении расплава не кристаллизуются, а затвердевают, сохраняя аморфное строение. Вязкость аморфных веществ — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества. Обычно расплавы стеклообразующих веществ имеют высокую вязкость по сравнению с расплавами нестеклообразующих веществ. Прозрачное стекло появилось в период Средневековья.

Виды стекол

• В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными (силикатные, кварцевое, германатные, фосфатные, боратные), фторидными, сульфидными и т. д.
• Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO2), соды (Na2CO3) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na2O*CaO*6SiO2.
• Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула — SiO2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения, образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка.
• Органическое стекло (оргстекло) — пластмасса, получившая своё название за прозрачность, на самом деле отношения к стеклу не имеет.
• Оптическое стекло — применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.
• Химико-лабораторное стекло — стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью.