|
|
Вязкость (или внутреннее трение) —
свойство вещества оказывать сопротивление при перемещении одной части
вещества относительно другой. Это свойство количественно характеризуется
коэффициентом вязкости т]. Горячее стекло в состоянии размягчения или густой
жидкости называют стекломассой. В первом случае мы имеем дело с высоковязкой
стекломассой, а во втором — с низковязкой. При лепке в горячем состоянии
пластического декора, например на сосуде из высоковязкой стекломассы,
приходится прилагать усилие, которое тем больше, чем больше вязкость. Это усилие
равно преодолеваемой силе F внутреннего трения, возникающей при относительном
смещении со скоростью v па расстояние Ах смежных слоев стекломассы,
соприкасающихся на площади S. Причем эта скорость непостоянна: на отрезке Ах
она изменяется на величину Av. Между указанными величинами наблюдается
соотношение F = x\SAvjAx. Отсюда t] = FAx/SAv, где т]— коэффициент вязкости,
Па-с, который в случае S= 1 и Av/Ax=\ численно равен силе внутреннего трения
F.
Вязкость стекла зависит от температуры: высокой вязкости
T]i соответствует низкая температура 11, а низкой вязкости 1]2 — высокая
температура 12. С целью упрощения пользуются не значениями г), написание
которых слишком громоздко, а десятичными логарифмами этих значений: lgr]i =
7, lgr]2 = 2. Сравним между собой стекло А и стекло Б, характеризующиеся
соответственно величинами lg Лп lg"H г1» ^ и
lgrif, if,
IgTlf, if-( 1). Из графика
видно, что отрезок AtA значительно длиннее, чем AtB. Это значит,
что при одной и той же скорости охлаждения стекло А будет
дольше находиться в рабочем размягченном состоянии, чем стекло Б, поэтому в
производственной практике стекло А называют длинным, а стекло Б — коротким.
Первое предпочтительнее при длительном моделировании пластической формы
изделия, а второе — при автоматической выработке (прокатка листового стекла,
прессование и т. п.). Вязкость стекла можно проектировать, изменяя его
химический состав. Увеличение содержания диоксида кремния повышает вязкость,
а увеличение содержания оксида натрия Na20, оксида калия КгО, оксида свинца
РЬО, оксида цинка ZnO ее понижает. Скорость твердения стекол зависит не
только от их вязкости, но и от теплопрозрачности. Как правило, окрашенные
стекла, сильно поглощающие инфракрасное (тепловое) излучение, охлаждаются и
твердеют с поверхности быстрее, а в толще медленнее. Поверхностное натяжение
— работа, необходимая для сокращения площади поверхности жидкости (на границе
с другой средой) на 1 см2. Поверхностное натяжение (Н/м) численно равно силе,
действующей в плоскости касательной к поверхности жидкости и стремящейся
сократить эту поверхность на единицу длины контура, ограничивающего данную
поверхность. Поверхностное натяжение стекломассы составляет 0,25... 0,38 Н/м;
оно в четыре раза больше, чем у воды, и приблизительно такое же, как у
расплавленного свинца. Поверхностное натяжение имеет большое значение при
варке стекла, когда идут процессы взаиморастворения компонентов, удаления
газовых пузырей и т. п. Поверхностное натяжение стремится сократить свободную
поверхность стекломассы. В состоянии невесомости и при отсутствии других
внешних сил поверхностное натяжение свернуло бы каплю стекломассы в шар.
Гладкость и блеск поверхности изделий, выдутых в деревянных формах, «мягкий»,
оплавленный край гутных изделий, возможность получения зеркального полированного
стекла флоат-спосо- бом — вот неполный перечень положительных эффектов,
обеспечиваемых поверхностным натяжением. Однако в ряде случаев, например
когда желательно получить на прессованных изделиях острые ребра и углы,
обеспечивающие игру света, поверхностное натяжение оказывает отрицательное
влияние: несмотря на четкость рисунка, вырезанного в металлической пресс-
форме, выступы и углы на изделии оказываются оплавлепными, а это смазывает
световую игру.
Кристаллизация — это способность атомной структуры
вещества при переходе из жидкого состояния в твердое образовывать
кристаллическую решетку. При получении обычных стекол это свойство
нежелательно, так как закристаллизованное стекло, как правило, непрозрачно,
камнеподобно. Считают, что в ходе кристаллизации протекают два относительно
самостоятельных процесса: процесс образования центров кристаллизации — со
скоростью иц и процесс роста кристаллов на ранее образовавшихся центрах — со
скоростью vK. На практике кристаллизации удается избежать благодаря тому, что
при высокой температуре стекломассы скорость vK велика, но скорость рц
слишком мала. И, наоборот, при низкой температуре скорость vK возрастает, а
скорость иц снижается. Это приводит к тому, что в обоих случаях
кристаллизация почти не идет.
Помимо выдерживания в течение длительного времени в
интервале температур At благоприятные условия для кристаллизации бывают
обусловлены предрасположенностью стекла к кристаллизации по своему
химическому составу, выбором сырьевых материалов, невысокой вязкостью некоторых
стекол при низких температурах и т. п. Обычно нежелательная кристаллизация
начинается на поверхности контакта стекломассы с огнеупорными деталями при
вязкости до 104 Па-с. Нежелательную кристаллизацию называют девитрификацией,
а в заводской практике — расстекловыванием или за- руханием. В стеклах
обычного состава (оконном, бутылочном) кристаллы рас- стекловывания (рух) в
основном представляют собой следующие минералы: тридимит и кристобалит,
являющиеся разновидностями кристаллического
кварца SiCb; волластонит aCaSiCb, псевдовол-ластонит
pCaSiCh, девитрит Na20-3Ca0-6Si02 и др.
|