Реферат: Стекло: структура, свойства, применение
Управление процессами кристаллизации на основе экспериментальных результатов и теоретических положений позволило создать новый вид материалов - стеклокристаллических, отличающихся повышенной прочностью и рядом других полезных свойств. Эти материалы получили название "ситалл". На основе управления процессами кристаллизации был также создан новый тип материалов "сигран". Он характеризуется гранитоподобной структурой и обладает хорошими декоративными качествами.
С понижением температуры (увеличением вязкости) происходит непрерывное снижение подвижности частиц жидкости. Перестройка структуры жидкости начнет все более отставать от изменений температуры, а затем прекратится почти полностью, то есть структура "заморозится". Таким образом и получается стекло, аморфное вещество, обладающее механическими свойствами твердого тела. Оно характеризуется, как уже указывалось, термодинамической нестабильностью по отношению к кристаллическому состоянию, но из-за "замороженности" структурных перестроек сохраняется сколь угодно долго. Переход охлаждаемой жидкости в стекло происходит в определенном температурном диапазоне, который для разных стекол различен. Сам переход называют стеклованием, а температурную область этого перехода - интервалом стеклования. В интервале стеклования все физико-химические свойства претерпевают характерные изменения. На рис. 4 схематично представлены температурные зависимости некоторых из них (объема V, теплоемкости Cp , вязкости h). Такое поведение физико-химических свойств наблюдается для стекол разной природы и отличает стеклообразное состояние от жидкого и кристаллического. Однако величины изменений указанных свойств при переходе стекла в метастабильный расплав различны для стекол различной природы. Температура Tg , отвечающая примерно середине интервала стеклования, зависит от скорости охлаждения. Чем ниже скорость охлаждения, тем меньше величина Tg . Таким образом, путем варьирования скорости охлаждения из одного и того же расплава можно получить стекла с отличающимися свойствами. К настоящему времени разработана стройная релаксационная теория стеклования, обеспечивающая расчет изменений свойств стеклообразующих веществ в интервале стеклования [7].
Изготовление стеклянных изделий связано с возникновением в них механических напряжений, приводящих к их разрушению. При помощи подбора соответствующих температурно-временных обработок эти напряжения могут быть сняты. Вот такие оптимальные технологические режимы изготовления некоторых стеклянных изделий, листового стекла, отжига спаев стекла с металлом и др. были разработаны на базе релаксационной теории [7].
В настоящем кратком сообщении лишь упоминались оптические и электрические свойства стекол. Теория и практика этих стекол чрезвычайно обширны и являются содержанием сборников трудов и монографий [7, 8].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Несмотря на то что стекло известно с древнейших времен и находит широкое применение практически во всех областях человеческой деятельности, природа стеклообразного состояния, понимание процессов стеклования на атомно-молекулярном уровне далеки от создания теории стеклообразного состояния, аналогичной по своей общности теории кристаллического состояния. Жаркие дискуссии по определению понятия "стеклообразное состояние" отражают сложность решаемой проблемы. По сравнению с началом века к настоящему времени в связи с развитием техники структурно-чувствительных методов исследования стекла, а также некоторых разделов теоретической физики, примененных к интерпретации полученных экспериментальных результатов и созданию новых модельных представлений, произошло существенное углубление взглядов на стекло. Оно выражается в переходе от качественных гипотез (кристаллитная гипотеза и гипотеза беспорядочной сетки) к выработке количественных критериев для описания стеклообразного состояния.
Не вызывает сомнения, что развитие исследований в этой области будет стимулировать дальнейшее совершенствование прогнозирования составов стекол с заданными свойствами, их технологий изготовления, экспериментальных и теоретических методов исследования.