Osnovne lastnosti kremenčevega stekla. Taljeni kremen

To je material, ki se pridobiva z izpostavitvijo silicijevega oksida visokim temperaturam. Od klasičnega stekla se razlikuje po amorfnem stanju (ni natančnega tališča), ki določa osnovne lastnosti izdelka. Nemogoče je najti določeno tališče, prehod iz trdnega v tekoče v kremenčevem steklu pa poteka gladko in postopoma pod vplivom visokih temperatur. Druga razlika je v tem, da ne prepušča le svetlobe, temveč tudi ultravijolične in infrardeče žarke. Znanost to pojasnjuje s posebnostjo prostorske zgradbe molekul SiO 2 in kisikove vezi med njimi.

Kako ga dobiš?

Izhodni materiali so:

• kremen kamnitega izvora;
• nosorogovo;
• kremenčev pesek;
• SiO 2 (silicijev oksid) iz umetne proizvodnje.

Za proizvodnjo se uporablja posebna oprema, ki lahko vzdržuje temperaturo taljenja nad 1500 stopinj. In za ustvarjanje izdelkov iz kremenčevega stekla potrebujete usmerjen plamen 1800°C ali več. Delavnica mora biti popolnoma čista in poleg tega sterilna. Kajti že minimalna količina prahu ali drugih delcev zagotovo povzroči, da izdelek izgubi svoje najboljše lastnosti. Delo smejo opravljati le posebej usposobljene in pooblaščene osebe. Vsa orodja za pihanje stekla so izdelana iz toplotno odpornih materialov. Običajno se uporabljata granit in volfram.

Proizvodni proces mora biti organiziran tako, da je rezultat dosežen v skladu z zahtevami GOST 22291-83. Na končni rezultat ne vpliva toliko proizvodna metoda kot uporaba visokokakovostnih surovin. Izdelek je lahko popolnoma prozoren, če je bil za izdelavo uporabljen čisti kameni kristal. Druge surovine proizvajajo steklo, ki je motno ali vsebuje veliko število plinskih mehurčkov.

Poleg prozornega in mat stekla izdelujejo tudi barvno steklo. Ko se glavna surovina med proizvodnim procesom stopi, se ji doda oksid neke neželezne kovine. Derivat železa daje modro barvo, dodatek svinca pa ga spremeni v kristal.

Koristne lastnosti materiala

Glavne prednosti lahko razdelimo v tri kategorije:

1. Toplotna. Material je zelo odporen na temperature okoli 1200 stopinj. Koeficient toplotnega raztezanja silikatnega stekla je 13-15-krat večji kot pri običajnem steklu. To pojasnjuje njegovo stabilnost pri nenadnih temperaturnih spremembah.
2. Kemični. Kvarčno steklo nikakor ne reagira na kisline in alkalije. Izjema sta fosforjeva in fluorovodikova kislina. Vendar začnejo delovati šele pri temperaturah nad 300 stopinj.
3. Optični. Izdelek ima prenizek lomni količnik. Ta indikator za preprosto steklo je 150-krat višji kot pri silikatnem steklu. Skozenj torej brezhibno prehajajo ne le navadna svetloba, temveč tudi ultravijolični in infrardeči žarki.

Označevanje optičnega stekla

GOST 15130-86 predlaga ločevanje silikatnih stekel na naslednji način:

• Serija 0 je namenjena uporabi v normalnih pogojih.
• Serija 100 - oznaka za material, ki lahko deluje pod ionskim sevanjem nizke intenzivnosti;
• Serija 200 - to steklo ima lastnosti, ki lahko prenesejo intenzivno ionizirajoče sevanje.

Poleg tega je predlagano označevanje na podlagi sposobnosti prepuščanja ultravijoličnega in infrardečega sevanja. Torej:

• blagovna znamka KU-1 označuje prozorne izdelke, odporne na sevanje;
• KU-2 - prozorno steklo v vidnem delu ultravijoličnega, ima šibko absorpcijo valov 170 -250 Nm;
• KV - optično steklo te blagovne znamke odlikuje visoka enotnost in preglednost;
• KUVI - nesvetleči, zelo odporen na sevanje.

Področje uporabe

Silikatno steklo je zaradi svojih lastnosti našlo uporabo v gradbeništvu, iz njega izdelujejo laboratorijsko steklovino, optične instrumente in dele električne opreme. Material se uporablja pri izdelavi ognjevzdržnih izdelkov. Prav tako so surovine nepogrešljive za izdelavo kremenčevega stekla. Potreben je za spremljanje kompleksnih tehnoloških procesov v napravah, ki delujejo pod visokimi temperaturami in tlakom.

Vendar pa se glavno področje uporabe šteje za proizvodnjo optičnih vlaken. Za njegovo izdelavo se uporablja samo visokokakovosten material, tako imenovano optično kvarčno steklo. Homogen in popolnoma prozoren, prepušča ultravijolično svetlobo. Danes se ta material uporablja skoraj povsod. Uporablja se za izdelavo vzdržljivih optičnih kablov za prenos podatkov pri visokih hitrostih, optičnih leč in prizm.

Povpraševanje je tudi po matiranem kremenčevem steklu. Zaradi svojih lastnosti in dokaj nizke cene je material še posebej uporaben na številnih področjih človeške dejavnosti. To so svetila in okna za ladje, letala in rakete. V petrokemiji in visokotemperaturni proizvodnji je material cenjen zaradi odpornosti na agresivna okolja.

Znanstveni in industrijski laboratoriji ne morejo pravilno delovati brez prozornega kremenčevega stekla. Potreben je za izvajanje kemičnih poskusov z različnimi reagenti, vključno z agresivnimi. Epruvete so še posebej iskane za merjenje nivojev različnih tekočin ter shranjevanje kislin in alkalij. Uporabljajo se v električnih grelnih napravah. V vseh primerih so lastnosti silikatnega materiala, da prenese visoke temperature in odpornost na agresijo številnih zdravil, ter sposobnost prepuščanja ultravijoličnih in infrardečih žarkov velikega pomena. Proizvodne značilnosti nam omogočajo proizvodnjo ne le industrijskih in gospodinjskih izdelkov za praktične namene, temveč tudi dekorativne predmete.

Za razliko od laboratorijskega stekla se taljeni kremen (kremenčevo steklo) zmehča pri temperaturi 1500-1600°C. Kremenčevo steklo ima bistveno višjo viskoznost kot običajno steklo. Prehod iz viskoznega, zmehčanega stanja v krhko stanje se zgodi v zelo majhnem temperaturnem območju. Kremenčevo steklo je najkrajše od vseh vrst stekla. Njegova visoka viskoznost preprečuje njegovo zlaganje in premikanje, zato izdelki iz kremena nimajo enake debeline stene. Tudi surovci in cevi iz kremenčevega stekla imajo neenako debelino in premer.

Za delo s kremenčevim steklom potrebujete poseben gorilnik s kisikovim pihanjem, ki lahko proizvede temperaturo plamena 1800-2000°C. Izdelek, segret na takem gorilniku, močno sveti. S takim gorilnikom lahko delate samo v temnih zaščitnih očalih.

Zaradi tehničnih težav pri pridobivanju širokega visokotemperaturnega plamena je treba vsa dela pri izdelavi kremenčevih izdelkov izvajati z relativno ozkim plamenom gorilnika. To zahteva določene spretnosti in spretnosti. Kremen, segret nad 480 °C, zlahka reagira s prašnimi delci, ki se nanesejo na njegovo površino. Majhna usedlina prahu na površini kremenčevega stekla pri segrevanju tvori stekleno skorjo, ki hitro poči in izdelek lahko naredi neuporaben. Posebne zahteve veljajo za čistočo steklopihaškega orodja, delovnega mesta in rok steklopihača. Orodja za pihanje stekla (povrtala, valjarja, plošče itd.) za izdelavo kremenčevega stekla morajo biti iz grafita. Uporabite lahko tudi orodja iz volframa.

Posode iz kremena pripravljamo na enak način kot izdelke iz navadnega stekla. Kremenčevo steklo je mogoče hladno rezati samo z noži iz karbidne trdine, pilo ali diamantnim kolutom. Kremenčevega stekla ni mogoče rezati z vročo metodo.

Izdelki iz kremena se polirajo enako kot izdelki iz navadnega stekla, vendar zaradi visoke trdote kremena precej počasneje. Izdelkov iz kremena ne smete segrevati ali žariti. Kvarčno steklo, segreto do mehčanja, pri hitrem ohlajanju, na primer z vodo, ne poči ali se zruši, zato neenakomerna debelina sten kremenčevih izdelkov in povešanje na njih praktično ne vplivata na kakovost izdelkov. Spajkanje kovin na kremenčevo steklo je veliko težje kot spajkanje kovin na ustrezne stopnje kemijskega laboratorijskega stekla. Toplotni koeficient linearne razteznosti (TCLE) kremenčevega stekla je zelo majhen α = 5,4 10 -7º C -1, medtem ko je TCLE laboratorijskih stekel desetkrat večji kot pri kremenu in se giblje od 8,1 10-7 za AM- K steklo do 33,5·10 -7º C -1 za steklo Pyrex (tabela 10).

Temperaturni koeficient najpogosteje spajkanih kovin v steklo je 44,4·10 -7 za molibden in 125,1·10 -7º C -1 za železo. Zato je neposreden spoj stekla s kremenčevim steklom eden izmed neprimerljivih stikov in ga je mogoče dobiti pod posebnimi pogoji. Poleg tega visoka temperatura mehčanja (1400-1500 °C) in visoka viskoznost zmehčanega kremenčevega stekla povzročata dodatne težave pri pridobivanju spojev s kovinami. Najlažji način za varjenje kremenčevega stekla z volframom in molibdenom.

Za bolj ali manj trpežen zvar je kovina spajkana v obliki traku ovalnega prereza z debelino 0,1 mm na sredini in 0,02 mm na robovih; Spajkanje se izvaja v vakuumu ali v atmosferi, sestavljeni iz mešanice vodikovih in dušikovih plinov na vodikovo-kisikovem gorilniku, ki ščiti kovino pred oksidacijo pri temperaturi 1400-1500°C. Težje je spajkati platino, katere tališče je blizu tališča kremena.

Ujemajoče stike kovin s kremenčevim steklom je mogoče doseči z uporabo številnih prehodnih stekel s temperaturnim koeficientom linearne razteznosti od 15,4·10 -7 do 48·10 -7° C -1 ali več.

Pri spajkanju molibdena v kvarčno cev postopajte na naslednji način. Konec kremenčeve cevi se segreje na temperaturo 900°C in po njenem končnem obodu privari plast prehodnega stekla z najnižjim koeficientom toplotnega raztezanja (steklo SP-1), vroč rob pa se naboli s povrtalom. Na plast se privari še ena plast z nekoliko višjim TCLE (steklo SP-2), nato tretja plast (SP-3 ali S25-1) itd., dokler končna zvarjena plast nima toplotnega koeficienta linearne razteznosti blizu TCLE spajkane kovine V to zvarjeno zunanjo plast je prispajkana kovinska žica ali del (slika 94).

Ta kombinirana plast, čeprav relativno dražja od "neizravnane", je bolj trpežna in stabilna.

Tabela 10. Kemična sestava (%) in toplotne lastnosti prehodnih stekel

Čar laboratorijskega kremena 5. julij 2014

Če ste delali v laboratoriju, ste verjetno navajeni, da je laboratorijsko steklo izdelano iz kremena. Verjetno pa sploh niste vedeli, zakaj je to steklo tako močno, zaradi česar ni nič manj zahtevno za izdelavo. Zato si oglejte te čudovite gife iz Global Research, ki prikazujejo čar kremena.

Malo informacij:

To laboratorijsko steklo zdrži nore temperature in kemične reakcije prav zato, ker je izdelano iz čistega kremena. To pomeni, da ne vsebuje vseh nečistoč kot navadno steklo, zaradi česar je enostavno oblikovano pri nižjih temperaturah. Namesto tega je laboratorijsko steklo nekakšen kristal kremena, ki je bil oblikovan v določeno obliko. To pomeni, da je za njegovo oblikovanje potrebna temperatura več kot 1600 stopinj Celzija.

Kvarčno steklo je enokomponentno silikatno steklo, izdelano s taljenjem kamnitega kristala, žilnega ali optičnega kremena, kremenčevega peska in sintetičnega silicijevega dioksida.

Kremenčevo steklo ima izredno ozko območje mehčanja in ga odlikuje visoka viskoznost, zaradi katere je viskoznost končnega kremenčevega stekla že pri temperaturi okoli 2000º C več kot 100-krat večja od viskoznosti večkomponentnih stekel. Za kremenčevo steklo so poleg viskoznosti značilni še:

Visoka prebojna napetost in skoraj brez izgub v širokem frekvenčnem območju;
- nizka dielektrična prevodnost;
- visoka stopnja prepustnosti svetlobe v širokem spektru, od kratkega UV območja do srednjega IR (od 160 do 3500 mm).

Kremenčevo steklo je eden najboljših izolacijskih materialov, zaradi česar se izdelki iz kremenčevega stekla široko uporabljajo v električni, svetlobni, optični, medicinski in drugih industrijah. Posebno pozornost si zaslužijo odlične elektroizolacijske lastnosti kremenčevega stekla pri povišanih temperaturah, zaradi česar je tovrstno steklo, kot je vakuumsko steklo, zelo iskano v elektronski industriji.

Kvarčno steklo: vrste kremenčevega stekla in področja uporabe

Velikost električne prevodnosti in druge lastnosti kremenčevega stekla določajo v nas prisotne nečistoče (Na+, K+, Li+), zaradi katerih delimo kremenčevo steklo na naslednje vrste:

Motno kremenčevo steklo - izdelano iz čistega kremenčevega ali žilnega peska. Izdelki iz motnega kremenčevega stekla se uporabljajo za dokončanje toplotno odporne laboratorijske opreme, dušilcev za električne peči, pokrovov za termoelemente in steklenih palic.

Prozorno tehnično steklo dobimo s taljenjem gorskega kristala ali sintetičnega silicijevega dioksida. Ta vrsta stekla ima visoko prosojnost in minimalen lomni količnik, zaradi česar se prozorno tehnično kremenčevo steklo uporablja za kompletiranje laboratorijske opreme, radijske opreme in izdelavo steklenih vlaken.

Optično kvarčno steklo, ki je izdelano iz posebnega optičnega kremena. Optični kremen ima visoko stopnjo kemične čistosti, kar optičnemu steklu zagotavlja edinstveno visoko stopnjo prepustnosti svetlobe;

Posebej čisto steklo je kremenčevo steklo z minimalno vsebnostjo mehurčkov, vključkov in povečano prepustnostjo svetlobe, vključno z IR območjem spektra. Takšne edinstvene lastnosti omogočajo uporabo posebej čistega kremenčevega stekla v tehnologiji optičnih vlaken, mikroelektroniki, vesoljskih navigacijskih sistemih in visokokakovostnih optičnih napravah.

Keramično steklo, ki ima visoko toplotno in sevalno odpornost, kislinsko odpornost in radiotransparentnost, se uporablja za izdelavo široke palete ognjevarnih izdelkov.

Legirano steklo je kremenčevo steklo z legirnimi dodatki v svoji sestavi.

Proizvodnja optičnega kremenčevega stekla se bistveno razlikuje od proizvodnje drugih vrst optičnega stekla. To je edino industrijsko steklo najenostavnejše kemične sestave, ki vsebuje samo eno komponento - silicijev dioksid. Njegova visoka ognjevzdržnost in visoka viskoznost v staljenem stanju (pri 1723 °C je viskoznost 1 10 6 Pa) ne omogočata uporabe tehnologije običajnih optičnih stekel na kremenčevem steklu. Kvarčno steklo se proizvaja s taljenjem zrn naravnega ali sintetičnega kremena v električnih pečeh ali v plamenu kisika in vodika. V zadnjem desetletju se je v industriji široko uporabljala metoda taljenja kremenčevega stekla skozi plinsko fazo. Izhodiščni material v tem primeru je poceni kemična spojina - silicijev tetraklorid, ki zlahka izhlapi in hidrolizira, pri čemer nastane amorfni silicijev dioksid in klorovodikova kislina. Kondenzirani silicijev dioksid se zliva v steklo v plamenu kisik-vodik (v zadnjem času se za to uporabljajo plazmatroni, katerih prednost je, da steklo, zlito v plazmi, vsebuje manj hidroksilnih skupin in je bolj pregledno v infrardečem delu spektra). Končni izdelek ima obliko cilindričnih surovcev (blokov).

Proizvodnja stekla skozi plinsko fazo je zaenkrat edini način za boj proti prisotnosti absorbcijskih mikrovključkov v volumnu stekla, ki zmanjšujejo njegovo odpornost na sevanje.

Različne znamke kremenčevega stekla se med seboj razlikujejo ne po osnovni kemični sestavi, temveč po tehnologiji njihove proizvodnje in surovinah, iz katerih je bila izvedena fuzija, kar določa vsebnost nečistoč v steklu. Zlasti steklo iz silicijevega tetraklorida vsebuje manj kot 4 10 -5% nečistoč, vključno z železom manj kot 5 10 -6%, vendar vsebnost hidroksilnih skupin v njem doseže 0,13%, kar zmanjša temperaturo mehčanja stekla na 1060 °C v primerjavi s 1200 °C za steklo KV. Silicijevo tetrakloridno steklo, pridobljeno z direktno oksidacijo v nizkotemperaturnem plazemskem gorilniku, vsebuje le 0,001 % primesi hidroksilnih skupin.

GOST 15130-79 določa pet razredov optičnega kremenčevega stekla:

• KU1 - steklo z visoko preglednostjo v ultravijoličnem območju spektra, brez absorpcijskih pasov v območju 170-250 nm, neluminiscentno;
• KU2 - steklo, prozorno v ultravijoličnem območju spektra, z absorpcijskim pasom v območju 170-250 nm;
• HF - steklo z visoko prepustnostjo v območju valovnih dolžin od 270 do 2700 nm, vendar ne brez absorpcijskih pasov pri 240 in 2720 nm;
• KVR - steklo, ki se od stekla KV razlikuje po majhni spremembi pod vplivom sevanja gama;
• KI je steklo, prozorno v infrardečem območju spektra, brez absorpcijskega pasu pri 2720 nm.

Značilnosti tehnologije optičnega kremenčevega stekla se kažejo v tem, da GOST 15130-79 poleg standardizacije za optično homogenost, dvolomnost, ukrivljenost in mehurčke predvideva standardizacijo indikatorjev kakovosti, ki so značilni samo za kremenčevo steklo - drobnozrnata nehomogenost (valovi). ) in vključki. Drobnozrnata heterogenost je posledica neenake stopnje izpostavljenosti visoki temperaturi, plinski atmosferi in drugim fizikalnim in kemičnim dejavnikom med fuzijo na osrednjih in obrobnih delih vsakega zrna, ki tvori prvotni naboj. Posledično se lomni količnik perifernega območja razlikuje od osrednjega, kar lahko opazimo v obliki sence ali uklonskega vzorca. Steklo iz silicijevega tetraklorida je brez valov, vendar njegova optična enotnost ni višja od kategorije tri. Iz tega stekla je mogoče dobiti surovce ne samo za leče, ampak tudi za optiko prizme. Vključki so posledica dejstva, da lahko izvorna zrna vsebujejo primesi, ki se po kemijski sestavi razlikujejo od silicijevega dioksida, ki med procesom fuzije tvorijo prozorne, prosojne, neprozorne ali steklaste vključke. Zrna, pripravljena iz kristalov kremena, umetno pridobljenih s hidrotermalno sintezo, vsebujejo primesi alkalijskih kovin, ki tvorijo steklaste vključke. Steklasti vključki proizvajajo tudi glinenec, muskovit, turmalin in granat.

Kar zadeva optične lastnosti, je kremenčevo steklo navadno kronsko steklo z lomnim količnikom 1,4584 in disperzijskim koeficientom 67,83. Zaradi nizkega razteznega koeficienta (5,5 10 -7 °C -1) so termooptične lastnosti kremenčevega stekla slabe (V = 213 10 -7 °C -1), toplotna odpornost pa je zelo visoka. Kvarčno steklo ima visoko mehansko trdnost v širokem temperaturnem območju; je nehigroskopičen, odporen na vodo in kisline, razen fluorovodikove in fosforne. Le v kombinaciji z visokimi tlaki in temperaturami se lahko kremenčevo steklo raztopi v vodi. Pri obsevanju z gostim tokom hitrih nevtronov kremenčevo steklo poveča svoj lomni količnik na 1,4763. Ko se steklo segreje na 800°C, se povrnejo njegove prvotne lastnosti. Kvarčno steklo je eden najboljših materialov za izdelavo velikih astronomskih ogledal.

Dopiranje kremenčevega stekla s titanovim dioksidom je omogočilo pridobitev materiala s praktično ničelnim koeficientom toplotnega raztezanja. Največji koeficient razteznosti je 0,4 10 -7 °C -1. V fazi pilotne proizvodnje se takšno kremenčevo steklo imenuje KLR in se proizvaja v surovcih s premerom do 200 mm po TU 17-74.

Na naši spletni strani lahko kupite kvarčno steklo v Moskvi po finančni in časovni ceni. Cena za kvarčno steklo je zvesta, saj smo neposredni proizvajalci izdelkov.

Kvarčno steklo, predstavljeno v tem razdelku, ima edinstvene lastnosti, ki določajo najširši spekter uporabe tega materiala. Taljeni kameni kristal je le ena možnost materiala za izdelavo te vrste stekla. “Surovine” postavimo v pečico, ogreto na visoko temperaturo (cca 1700 0C). Po določenem času dobimo gosto maso, ki je odlična za oblikovanje. To pomeni, da nam izdelava izdelkov različnih oblik in velikosti ne predstavlja težav.

Naše kvarčno steklo ima naslednje lastnosti:

• Dobra trdnost: ne poka in se težko zlomi. Tudi če je uničen, ostane popolnoma varen za človeka, saj je razdeljen na zaobljene fragmente.
• Odpornost na visoke temperature in znatne razlike v tem parametru v zaprtih prostorih in na prostem.
• Večina agresivnih okolij ni strašljiva.
• Ne absorbira svetlobe, vendar prepušča skoraj 99%.
• Prepustnost svetlobe od UV spektra do IR območja.

Področja uporabe

Ta material je trenutno uvrščen na seznam najboljših izolatorjev, zato je želja mnogih naših strank po nakupu kremenčevega stekla za uporabo v svetlobni, optični in celo elektro industriji povsem upravičena. Naše kremenčevo steklo se uporablja tudi za izdelavo različnih notranjih predmetov. Vključno s klubskimi in računalniškimi mizicami, vazami, stojali in policami, vrati omaric, tuš kabinami itd. In tudi v sodobni umetnosti se ta material aktivno uporablja za ustvarjanje pravih mojstrovin. (Malo več o lastnostih in vrstah kremenčevega stekla lahko dobite ⟶)

Ugodna cena kvarčnega stekla vam omogoča nakup izdelkov za različne namene na naši spletni strani. Če porabite le nekaj minut za oddajo naročila, boste prejeli "izdelek", ki bo trajal več let, ne glede na to, kje ga uporabljate.