Оптические свойства кварца. Основные свойства кварцевого стекла
Ква́рцевое стекло́, пла́вленый кварц - однокомпонентное стекло из чистого оксида кремния , получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма - горного хрусталя , жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния.
Виды
Различают два вида промышленного кварцевого стекла: прозрачное (оптическое и техническое) и непрозрачное. Непрозрачность кварцевому стеклу придает большое количество распределённых в нём мелких газовых пузырьков (диаметром от 0,03 до 0,3 мкм), рассеивающих свет. Оптическое прозрачное кварцевое стекло, получаемое плавлением горного хрусталя, совершенно однородно, не содержит видимых газовых пузырьков.
Непрозрачное кварцевое стекло часто служит сырьём для производства термостойкого огнеупорного материала - кварцевой керамики.
Свойства
- Обладает наименьшим среди стёкол на основе SiO 2 показателем преломления (n D = 1,4584) и наибольшим светопропусканием, особенно для ультрафиолетовых лучей.
- Для кварцевого стекла характерна высокая термическая стойкость, коэффициент линейного термического расширения менее 1·10 −6 К −1 (в диапазоне температур от 20 до 1400 °C).
- Кварцевое стекло - хороший диэлектрик , удельная электрическая проводимость при 20 °C - 10 −14 - 10 −16 Ом −1 ·м −1 , тангенс угла диэлектрических потерь при температуре 20 °C и частоте 10 16 Гц - 0,0025-0,0006.
Применение
Оптические свойства
Дисперсия кварцевого стекла приближённо может быть описана формулой Селлмейера:
и длина волны задается в микрометрах.
Примечания
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Кварцевое стекло" в других словарях:
КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО, силикатное однокомпонентное бесщелочное стекло (см. СТЕКЛО НЕОРГАНИЧЕСКОЕ), получаемое плавлением природных разновидностей кремнезема (см. КРЕМНИЯ ДИОКСИД) горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также… … Энциклопедический словарь
КВАРЦЕВОЕ СТЕКЛО - стекло, получаемое плавлением природных разновидностей горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетического кварца. Кварцевое стекло обладает высокой жаростойкостью (1400° С), термической стойкостью (низким… … Металлургический словарь
Кварцевое стекло - стекло, получаемое плавлением природных разновидностей горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетического кварца. Кварцевое обладает высокой жаростойкостью (1400° С), термической стойкостью (низким коэфициентом… … Энциклопедический словарь по металлургии
кварцевое стекло - Ндп. плавленый кварц Продукт охлаждения расплава кремнезема до твердого состояния без кристаллизации. [ГОСТ 16548 80] Недопустимые, нерекомендуемые плавленый кварц Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN silica glass DE Quarzglas FR… … Справочник технического переводчика
кварцевое стекло - kvarcinis stiklas statusas T sritis chemija apibrėžtis Iš gryno kvarcinio smėlio arba susmulkinto kalnų krištolo išlydytas stiklas. atitikmenys: angl. fused glass; fused silica; quartz glass; silica glass; vitreous silica rus. кварцевое стекло … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
кварцевое стекло - kvarco stiklas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quartz glass vok. Quarzglas, n rus. кварцевое стекло, n pranc. verre de quartz, m … Fizikos terminų žodynas
Стекло, получаемое плавлением природных разновидностей горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетич. диоксида кремния. К. с. обладает высокими жаростойкостью, диэлектрич. св вами, хим. устойчивостью. Из К. с. изготовляют … Большой энциклопедический политехнический словарь
Однокомпонентное силикатное стекло, получаемое плавлением природных разновидностей кремнезёма горного хрусталя, жильного кварца и кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния. Различают два вида промышленного К. с.: прозрачное … Большая советская энциклопедия
Легированное кварцевое стекло - – кварцевое стекло с вводимыми легирующими добавками. [ГОСТ 16548 80] Рубрика термина: Виды стекла Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги, Автотехника … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Стекло стало настолько привычным в нашей жизни, что многие люди даже и не догадываются, сколько разновидностей этого материала существует и как его производят. Еще ацтеки были знакомы с одной из разновидностей этого материала, когда находили обсидиан – вулканическое стекло, которое получалось природным путем при взаимодействии раскаленной лавы с различными горными породами и песком. Прообразом привычного для нас оконного стекла стала слюда – прозрачный материал, по свойствам напоминающий оконное стекло. И лишь в средние века был раскрыт один из секретов изготовления стекла и стали известны основные его составляющие. Существует масса разновидностей этого прозрачного материала, среди которых есть силикатное (наиболее распространенное и широко используемое), органическое и кварцевое стекло. Каждый вид имеет свои отличительные особенности по составу и способу получения и наделен определенными уникальными свойствами.
Основные характеристики кварцевого стекла
Этот материал считается разновидностью силикатного стекла с тем лишь отличием, что основное составляющее вещество не песок, а кремнезем. Диоксид кремния в таком стекле находится в аморфном состоянии и не образует жестких молекулярных связей. Благодаря этому кварцевое стекло без труда переносит резкие колебания температур и обладает большей механической прочностью, чем обыкновенное стекло. В качестве сравнения можно нагреть трубки из обыкновенного и кварцевого стекла на обыкновенной химической горелке, а затем резко опустить оба изделия в холодную воду. Обыкновенное стекло моментально покроется трещинами, а с кварцевым ничего не произойдет.
Основными характеристиками кварцевого стекла являются:
- повышенная механическая прочность;
- вибро- и износостойкость;
- уникальные оптические свойства;
- устойчивость к воздействию кислот, солей и щелочей даже при высоких температурах;
- невосприимчивость к любым видам излучений, включая радиацию.
Разновидности кварцевых стекол
В зависимости от технологии производства различают два основных вида этого стекла:
- оптически прозрачное;
- непрозрачное.
Светопропускная способность напрямую зависит от наличия в стекле микроскопических пузырьков, заполненных газом, которые и поглощают, а затем рассеивают свет. Прозрачное стекло получают способом плавки горного хрусталя. Оно имеет однородную структуру, в которой отсутствуют инородные вкрапления и газовые пузырьки.
Области применения
В зависимости от разновидности стекло из диоксида кремния применяют в различных областях:
- химическая промышленность. Благодаря отсутствию взаимодействия материала с агрессивными химическими веществами из него изготавливают различную лабораторную посуду;
- энергетика. При работе высоковольтных линий широко используются кварцевые изоляторы;
- оптика. Для производства любых оптических высокоточных приборов используются исключительно линзы, изготовленные из кварцевого стекла. В отличие от стандартного силикатного стекла кварцевые линзы обладают практически эталонными характеристиками фокусировки;
- товары народного потребления. В качестве наиболее распространенного применения можно привести хорошие часы, циферблат которых защищен именно кварцевым стеклом, или дорогие мобильные телефоны, дисплеи которых также имеют внешнюю оболочку из этого материала.
Узнать больше о технологии получения кварцевых стекол и областях их применения можно на международной выставке «Мир стекла» , которая будет проходить в ЦВК «Экспоцентр». К услугам посетителей широкие тематические экспозиции, связанные со стеклом: технологии получения, изготовление промышленных и бытовых изделий, методы и способы обработки, современное профессиональное и бытовое оборудование, а также расходные материалы, предметы интерьера и декора из стекла.
На нашем сайте Вы можете купить кварцевое стекло в Москве выгодно в материальном плане и с экономией времени. Цена на кварцевое стекло лояльная, поскольку мы является непосредственными производителями продукции.
Представленное в этом разделе кварцевое стекло обладает уникальнейшими свойствами, чем и обусловлен широчайший спектр применения этого материала. Плавленый горный хрусталь – лишь один из вариантов материала для изготовления такого типа стекла. В печку, нагретую до высокой температуры (примерно 1700 0С) мы помещаем «сырье». После определенного периода мы получаем густую массу, которая отлично поддается формованию. Это означает, что изготовление изделий различных форм и размеров – не проблема для нас.
Наше кварцевое стекло обладает свойствами:
- Хорошая прочность: не трескается и сложно разбивается. Если даже разрушается, то остается совершенно безопасным для человека, поскольку разделяется на закругленные осколки.
- Устойчивость к высоким температурам и существенной разнице этого параметра в помещении и на улице.
- Большинство агрессивных сред – не страшно.
- Не поглощает свет, а пропускает практически 99%.
- Светопропускание от УФ спектра до ИК диапазона.
Области применения
Этот материал на сегодня входит в список лучших изоляторов, поэтому вполне обоснованным считается желание многих наших клиентов купить кварцевое стекло для применения в светотехнической, оптической и даже электротехнической отрасли. Также наше кварцевое стекло используется для изготовления различных предметов интерьера. В том числе журнальных и компьютерных столиков, ваз, подставок и полок, дверей шкафов, душевых кабинок и т.д. И даже в современном искусстве материал этот активно используют для создания настоящих шедевров. (Немного больше информации о свойствах и видах кварцевого стекла Вы можете получить ⟶ )
Доступная цена на кварцевое стекло позволяет приобрести на нашем сайте продукцию для различных сфер применения. Потратив на оформление заказа всего несколько минут, Вы получите «продукт», который прослужит долгие годы, независимо от того, где Вы будете его использовать.
Cтраница 1
Свойства кварцевого стекла при высоких температурах значительно изменяются. При температуре 1200 С кварцевое стекло начинает размягчаться, становится пластичным и вязкость его понижается.
Изменение свойств кварцевого стекла при температуре около 1000 объясняется его превращением в а-кристобалит. Из этого обычно делается вывод, что кварцевые оболочки нельзя применять при болер высоких температурах, по крайней мере при длительных измерениях. Однако опыт показывает, что при температурах 1300 - 1500 оболочки сохраняют свою прочность после полного превращения в а-кристобалит и могут хорошо служить в этих условиях.
Исследование физико-химических и спектрально-люминесцентных свойств кварцевого стекла / Е. И. Талант, Ю. Н. Кондратьев, Л у н-тер и др. - В кн.: Тезисы докладов на III Всесоюз.
Строение и свойства кварцевого стекла в значительной мере зависят от чистоты исходного сырья, а также от способа и условий производства, что недостаточно учитывается при исследовании его структуры. В наиболее чистом сырьз (природном горном хрустале) имеется 0.03 - 0.0 i % примесей (ионов калия, натрия и кальция), которые существенно влияют на кремнеземистый каркас и при определенных термических условиях могут привести к кристаллизации стекла с образованием кристобалита.
Состояние и свойства кварцевого стекла изменяются при нагреве свыше 1000 С, а при температуре более 1200 С оно начинает размягчаться; при этих температурах некоторые газы легко диффундируют через слой кварцевого стекла. Наиболее легко диффундируют газы с малым атомным весом (водород); они начинают проникать уже при 500 С. Такие газы, как хлористый водород, кислород, углекислый газ и азот, диффундируют при температуре 800 - 1200 С. Поэтому кварцевые трубы не рекомендуется применять для транспортировки нагретых газов.
Способ основан на свойстве кварцевого стекла выдерживать резкие изменения температуры.
Де Кудр28 и Уотсон29 на опыте убедились в том, сколько затруднений причиняют свойства кварцевого стекла и его проницаемость для водорода при высоких температурах и давлениях. Сильная кристаллизация кварцевого стекла обусловлена минерализующим действием горячего водяного пара, чему сильно способствует наличие даже следов железа и ржавчины, действующих как типичные катализаторы. Кроме того, внутри стальной бомбы, использовавшейся де Кудром, в жидкости всегда образуются пузырьки вследствие диффузии водорода через тонкостенный сосуд из кварцевого стекла.
Тонкая нить из кварцевого стекла, будучи закручена, возвращается в исходное положение; поэтому такие нити употребляют в измерительных приборах. Свойство кварцевых стекол пропускать ультрафиолетовые лучи используется в специальных электролампах, применяемых для лечения некоторых заболеваний.
| Зависимость ег титаната бария от температуры при различной напряженности электрического поля [ 32J.| Зависимость ъг титаната бария от напряженности электрического поля при температуре 22 С. |
Стекла - неорганические аморфные вещества, представляющие собой обычно системы различных окислов. В табл. 23.21 указаны свойства кварцевых стекол, а в табл. 23.22 - ряда других электроизоляционных стекол.
Стекло викор (96 % SiO2) получают из боросиликатного стекла, из которого после изготовления соответствующего изделия горячей кислотой выщелачивают борат щелочного металла. Остающийся тонкопористый материал в дальнейшем подвергают спеканию, после чего он частично приобретает свойства кварцевого стекла.
Основным недостатком кварцевого стекла как диэлектрика является трудность его переработки. Плавление кварца ввиду его высокой точки размягчения ведется в специальных электрических печах, причем при плавлении необходимо получить продукт, не содержащий воздушных пузырей, сильно ухудшающих свойства кварцевого стекла, что представляет большие трудности. Кварцевое стекло практически не поддается обработке, кроме шлифования.
Исправление цветности излучения ртутного разряда высокого давления горелки в этих лампах достигается за счет излучения вводимых в горелку элементов. В области разряда сначала происходит диссоциация иодидов на составляющие, затем возбуждение и излучение светящихся элементов - натрия, таллия и др. По мере выхода из области разряда элементы Соединяются с иодом, поэтому их вредное влияние на свойства кварцевого стекла горелки ослабляется.
Стекло - один из самых древних материалов, который широко применяется во всех сферах практической деятельности человека благодаря набору полезных качеств и свойств. За время существования (а это более 5 тыс. лет) его химическая формула осталась практически той же, изменились лишь его качества.
Кварцевое стекло
В течение долгих лет человек стремился создать стекло все более прозрачным и устойчивым к различным разрушающим факторам. В результате такого целенаправленного совершенствования появились кварцевые стекла - совершенно новый тип материала с поражающими сознание характеристиками. Возможно, именно это стекло определит направление дальнейшего развития человечества.
Кварцевое стекло - это продукт плавления чистого оксида кремния (SiO 2). В отличие от обычного стекла, этот материал находится в аморфном состоянии, то есть не имеет точной температуры плавления и при нагревании из твердого состояния в жидкое переходит постепенно. Во многом благодаря именно этому свойству кварцевое, или силикатное, стекло нашло столь широкое применение в промышленности.
Структура кварцевого стекла
Аморфность материала объясняется его структурой, основу которой составляют кремниево-кислородные тетраэдры. Молекулы SiO 2 «связываются» друг с другом благодаря взаимному притяжению атомов кислорода.
Вместе они образуют трехмерные сетки, несмотря на то, что строгого порядка в расположении молекул друг относительно друга нет. Именно поэтому кварцевые стекла обладают свойствами аморфных материалов.
Как и обычное, получают путем плавления исходного сырья. В качестве такого может использоваться чистый кремнезем - горный хрусталь, жильный песок, а также оксид кремния, полученный искусственным путем.
Отличия кварцевого стекла от обычного
В зависимости от выбранного типа сырья определяют и некоторые свойства конечного продукта. Так, для получения кристально чистого и прозрачного материала используют горный хрусталь.
Основным отличием силикатного стекла от обычного является высокая температура плавления - более 1500 С о. При этом оксид кремния начинает испускать интенсивное световое излучение в видимом спектре, то есть начинает светиться.
Ввиду аморфной структуры сырья процесс плавления может продолжаться значительное время. Расплавленный состав отличается высокой вязкостью, что не позволяет его стапливать или перемещать. Это затрудняет производство кварцевого стекла с одинаковой толщиной стенок.
Особенности производства
Ввиду всех перечисленных особенностей производство силикатного стекла возможно только на специализированном оборудовании. В плавильнях должна поддерживаться высокая температура, а для создания стеклянных изделий необходимо поддержание струи открытого пламени температурой 1800 С о и выше.
Предъявляются специальные требования и к производственному помещению - оно должно быть стерильным. Незначительное количество чужеродных частиц неминуемо приведет к тому, что готовые кварцевые стекла в скором времени растрескаются и потеряют свои свойства.
Особыми качествами должны обладать и сотрудники производства - стеклодувы. Им приходится иметь дело с экстремально высокими температурами - одна ошибка во время работы может привести к серьезным травмам, ожогам.
Все основные инструменты стеклодува изготовлены из жаропрочных материалов - гранита, вольфрама, которые, помимо прочего, отличаются большим весом. Поэтому сотрудники должны быть физически сильными и выносливыми.
Свойства кварцевого стекла
Силикатное стекло обладает низкими показателями электропроводности, поэтому оно часто используется как диэлектрик в сложных электроприборах. Главные полезные свойства, коими обладают кварцевые стекла, можно разделить на три группы:
- Термические. Устойчивость к высоким температурам (1200 С о), высокий коэффициент температурного расширения (в 15 раз выше, чем у обычного стекла), чем обуславливается стойкость к резким и значительным температурным колебаниям (на производстве продукцию охлаждают струей ледяной воды).
- Химические. Стекло химически нейтрально, не вступает в реакцию со всеми щелочами и кислотами, кроме фосфорной и плавиковой кислоты (реакция начинается при температуре выше 300 С о).
- Оптические. Показатель преломления кварцевого стекла в 150 раз ниже, чем у обычного (n e =1,46). Благодаря этому оно безупречно пропускает не только солнечный и обычный свет, но и не задерживает ни инфракрасное, ни ультрафиолетовое излучение.
Все эти свойства позволяют использовать кварцевое стекло в качестве строительного материала, а также для производства лабораторной посуды, оптических приборов, электрооборудования, термостойких огнеупорных материалов. Одна из основных сфер его применения - изготовление оптических волокон.
Оптическое кварцевое стекло
В зависимости от примененной при производстве технологии кварцевое стекло может быть непрозрачным и прозрачным. В первом случае в его структуре будет присутствовать большое количество пузырьков газа, которые интенсивно рассеивают свет.
Прозрачное стекло, или стекло кварцевое оптическое, как его еще называют, абсолютно однородно, не содержит пузырьков. Благодаря этой особенности материал используется при производстве высокоскоростной передачи данных, оптических линз и призм.
Марки и серии оптического стекла
Различают несколько марок КУ-1, КИ, и КВ. Продукция отличается между собой способностью пропускать видимое, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Самым прозрачным является стекло марки КИ - оно способно пропускать свет при длине волны 2600-2800 нм, наименее прозрачное - КВ.
В зависимости от используемого сырья различные светопропускные способности может иметь оптическое стекло кварцевое. ГОСТ 15130-86 содержит сведения о трех сериях:
- 0 - материал, используемый при обычных эксплуатационных условиях;
- 100 - стекло, устойчивое к ионизирующему излучению незначительной силы;
- 200 - сырье, которое допускается использовать в условиях интенсивного ионизирующего излучения.
Марка и серия стекла образуют шифр продукции. Он наносится на производстве и определяет конкретный вид стекла. В нашей стране нет единой системы шифрования, поэтому каждое предприятие обозначает свою продукцию по своему разумению.
Область применения
Из силикатного стекла изготавливается большое количество разнообразной продукции. В научных и производственных лабораториях востребованы трубки из кварцевого стекла, которые используются для замеров уровня жидкости, изготовления электронагревательных приборов, проведения химических реакций и хранения агрессивных веществ.
Широкое применение на производстве получило и непрозрачное стекло. Оно используется там, где необходим контроль жидких продуктов при высоких температурах и, благодаря низкой стоимости, применяется повсеместно.
Оптическое стекло применяется в судо- и ракетостроении, главным образом для производства осветительных приборов. На нефтехимических предприятиях этот материал ценится за высокую устойчивость к химическим веществам и используется для контроля агрессивных жидкостей. В самолетах им остекляют кабины, а также используют в качестве теплоизоляции.
Производители изготавливают продукцию согласно требованиям ГОСТ 22291-83. Кварцевое стекло, трубки, окна, призмы, линзы и другие изделия изготавливаются как массово, так и в индивидуальном порядке.