СТЕКЛО́ НЕОРГАНИ́ЧЕСКОЕ

СТЕКЛО́ НЕОРГАНИ́ЧЕСКОЕ, твёр­дый аморф­ный ма­те­ри­ал, по­лу­чае­мый пе­ре­ох­ла­ж­де­ни­ем рас­пла­вов, со­дер­жа­щих склон­ный к пе­ре­ох­ла­ж­де­нию и пе­ре­хо­ду в стек­ло­об­раз­ное со­стоя­ние ком­по­нент (т. н. стек­ло­об­ра­зую­щий) – ок­сид (SiO₂, В₂О₃, Р₂О₅, GeO₂ и др.), га­ло­ге­нид (в осн. BeF₂, ZrF₄ или BaF₂), халь­ко­ге­нид (As₂S₃, As₂Se₃, As₂Te₃, Sb₂Se₃, Tl₂Se и др.). В со­став пром. С. н. вхо­дят так­же до­бав­ки, ре­гу­ли­рую­щие свой­ст­ва или уп­ро­щаю­щие тех­но­ло­гию пе­ре­ра­бот­ки. С. н. по­лу­чи­ли наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние сре­ди стё­кол. Ок­сид­ные С. н. на­зы­ва­ют по ви­ду стек­ло­об­ра­зую­ще­го ок­си­да: си­ли­кат­ные, бо­рат­ные, фос­фат­ные, гер­ма­нат­ные и т. д. Сре­ди од­но­ком­по­нент­ных С. н. наи­боль­шее зна­че­ние име­ет си­ли­кат­ное квар­це­вое стек­ло, из би­нар­ных – щё­лоч­но­си­ли­кат­ное стек­ло рас­тво­ри­мое, сре­ди мно­го­ком­по­нент­ных – щё­лоч­но­си­ли­кат­ное, со­дер­жа­щее ок­си­ды Ca, Al, Mg.

С. н. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся вы­со­кой оп­тич. про­зрач­но­стью в разл. об­лас­тях спек­тра, спо­соб­но к по­гло­ще­нию, пре­лом­ле­нию (по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния 1,27–2,2), рас­сея­нию и от­ра­же­нию из­лу­че­ния ви­ди­мой, УФ-, ИК- и рент­ге­нов­ской об­лас­тей спек­тра, не­ко­то­рым С. н. свой­ст­вен­ны фо­то­чув­ст­ви­тель­ность, фо­то­уп­ру­гость, спо­соб­ность к лю­ми­нес­цен­ции. Не­ок­ра­шен­ные ок­сид­ные С. н. от­ли­ча­ют­ся очень вы­со­ким све­то­про­пус­ка­ни­ем в ви­ди­мой час­ти спек­тра (до 99%), но ма­ло­про­зрач­ны для ИК- и прак­ти­че­ски не про­пус­ка­ют УФ-лу­чи. Наи­бо­лее вы­со­ким све­то­про­пус­ка­ни­ем в ИК-об­лас­ти об­ла­да­ют алю­мо­фос­фат­ные и халь­ко­ге­нид­ные С. н. (по­след­ние не­про­зрач­ны в УФ- и ви­ди­мой об­лас­тях), по­вы­шен­ным – С. н. на ос­но­ве SiO₂. С. н. на ос­но­ве фто­ри­дов Zr и Ва про­зрач­ны в ви­ди­мой и ИК-об­лас­тях спек­тра. УФ-лу­чи ин­тен­сив­но по­гло­ща­ют С. н., со­дер­жа­щие ок­си­ды Pb, Fe, Ti, рент­ге­нов­ские и γ-лу­чи – С. н. с вы­со­ким со­дер­жа­ни­ем ок­си­дов Рb, Ва; те­п­ло­вые ней­тро­ны – С. н. с вы­со­ким со­дер­жа­ни­ем ок­си­дов Cd, B. Га­ло­ге­нид­ные С. н. на ос­но­ве BeF₂ от­ли­ча­ют­ся вы­со­кой ус­той­чи­во­стью к дей­ст­вию жё­ст­ких из­лу­че­ний. Вы­со­кой рент­ге­но­проз­рач­но­стью ха­рак­те­ри­зу­ют­ся бо­рат­ные стёк­ла с вы­со­ким со­дер­жа­ни­ем ок­си­дов Li и Be. По­вы­шен­ной ра­диа­ци­он­но-оп­тич. стой­ко­стью от­ли­ча­ют­ся С. н., со­дер­жа­щие ок­сид Ce. Из­би­рат. све­то­по­гло­ще­ние в ви­ди­мой об­лас­ти име­ют цвет­ные С. н. (жёл­тую ок­ра­ску С. н. при­да­ют до­бав­ки СrО₃, NiO, Fe₂O₃, зе­лё­ную – Сr₂О₃ и СuО, си­нюю – СuО, СоО, фио­ле­то­вую – NiO, Мn₂О₃, ро­зо­вую – СоО, МnО, ко­рич­не­вую – Fe₂O₃, FeS, Ti₂O₃, крас­но-ру­би­но­вую – кол­ло­ид­ные Сu или Аu). Мно­го­ком­по­нент­ные С. н. на си­ли­кат­ной и фос­фат­ной ос­но­ве с до­бав­ка­ми Nd об­ла­да­ют свой­ст­ва­ми ак­тив­но­го ма­те­риа­ла для ла­зе­ров. Вве­де­ние со­еди­не­ний Ag, Au или Cu в не­ко­то­рые С. н. по­зво­ля­ет по­лу­чать све­то­чув­ст­ви­тель­ные ма­те­риа­лы.

Плот­ность пром. С. н. 2200–8000 кг/м³ (низ­кие зна­че­ния плот­но­сти ха­рак­тер­ны для бо­рат­ных и бо­ро­си­ли­кат­ных С. н., вы­со­кие – для С. н., со­дер­жа­щих РbО); вяз­кость в твёр­дом со­стоя­нии 10¹⁸ Па·с, в рас­пла­ве 10–100 Па·с; по­верх­но­ст­ное на­тя­же­ние 0,15–0,47 Н/м при 1000–1400 °С. С. н. – хруп­кий ма­те­ри­ал, не об­ла­даю­щий пла­стич. де­фор­ма­ци­ей, чув­ст­ви­тель­ный к ме­ха­нич. воз­дей­ст­ви­ям, осо­бен­но удар­ным. Мо­дуль уп­ру­го­сти С. н. 44,2–87,2 ГПа (наи­боль­шее зна­че­ние – для ма­ло­ще­лоч­ных алю­мо­си­ли­кат­ных С. н. с вы­со­ким со­дер­жа­ни­ем ок­си­дов Be, Mg и Ca, наи­мень­шее – для бо­ро- и свин­цо­во­си­ли­кат­ных С. н. с вы­со­ким со­дер­жа­ни­ем ок­си­дов В и Рb). Удар­ная вяз­кость си­ли­кат­ных С. н. 1,5–2,0 кН/м, со­про­тив­ле­ние сжа­тию 0,5–2,5 ГПа (та­кое же, как у чу­гу­на), проч­ность на из­гиб 30–120 МПа. Уп­роч­ня­ют С. н. ме­то­да­ми, спо­соб­ст­вую­щи­ми соз­да­нию по­верх­но­ст­ных сжи­маю­щих на­пря­же­ний (от­жиг, тер­мич. за­кал­ка, хи­мич. уп­роч­не­ние), проч­ность за­ка­лён­но­го С. н. в 4–6 раз пре­вы­ша­ет проч­ность ото­жжён­но­го. Хи­мич. спо­со­бы уп­роч­не­ния – об­ра­бот­ка по­верх­но­сти С. н. га­зо­вы­ми реа­ген­та­ми (напр., SO₃), ион­ный об­мен (об­ра­бот­ка по­верх­но­сти в рас­пла­вах со­лей ще­лоч­ных ме­тал­лов), по­верх­но­ст­ная кри­стал­ли­за­ция, на­не­се­ние по­ли­мер­ных и др. по­кры­тий. Воз­мож­но уп­роч­не­ние трав­ле­ни­ем – пу­тём уда­ле­ния де­фек­тов при об­ра­бот­ке по­верх­но­сти С. н. разл. хи­мич. реа­ген­та­ми (напр., пре­дел проч­но­сти при из­ги­бе для пром. лис­то­во­го С. н. по­сле дей­ст­вия фто­ро­во­до­род­ной ки­сло­ты 500–600 МПа).

С. н. ус­той­чи­вы к дей­ст­вию во­ды, кис­лот (кро­ме HF и Н₃РО₄), рас­тво­ров ней­траль­ных и кис­лых со­лей. Кор­ро­ди­рую­щее дей­ст­вие на С. н. ока­зы­ва­ют щё­ло­чи, рас­тво­ры ще­лоч­ных кар­бо­на­тов. Наи­боль­шей хи­мич. стой­ко­стью об­ла­да­ют квар­це­вое, бо­ро­си­ли­кат­ное и алю­мо­си­ли­кат­ное С. н. Хи­мич. стой­кость С. н. су­ще­ст­вен­но воз­рас­та­ет при вве­де­нии в со­став ок­си­дов Ti, Zr, Nb, Та, Sn. Стой­кость С. н. к ще­лоч­ным реа­ген­там по­вы­ша­ют пу­тём спец. об­ра­бот­ки или за­щи­ты по­верх­но­сти плён­ка­ми крем­ний­ор­га­нич. со­еди­не­ний, фто­ри­да­ми Mg, ок­си­да­ми Аl и Zn.

Тер­мо­стой­кость обыч­ных си­ли­кат­ных С. н. 60–100 °C, пи­рек­са (бо­ро­си­ли­кат­ное С. н.) – 280 °C, квар­це­во­го стек­ла – ок. 1000 °C. Для си­ли­кат­ных С. н. ко­эф. те­п­ло­про­вод­но­сти 0,6–1,34 Вт/(м·К), удель­ная те­п­ло­ём­кость при ком­нат­ной темп-ре 0,3–1,05 кДж/(кг·К), ко­эф. ли­ней­но­го тер­мич. рас­ши­ре­ния от 5·10^–7 (квар­це­вое С. н.) до 120·10^–7 К^–1 (сви­нец­со­дер­жа­щее С. н.).

Боль­шая груп­па ок­сид­ных С. н. (си­ли­кат­ные, бо­рат­ные, фос­фат­ные) от­но­сит­ся к клас­су ди­элек­три­ков. Удель­ная элек­тро­про­вод­ность при 20 °C 10^–7– 10^–18 См·м^–1 (элек­тро­про­вод­ность ок­сид­ных С. н., как пра­ви­ло, воз­рас­та­ет с уве­ли­че­ни­ем со­дер­жа­ния ка­тио­нов ще­лоч­ных и щё­лоч­но­зе­мель­ных ме­тал­лов и с по­вы­ше­ни­ем темп-ры). Ди­элек­трич. про­ни­цае­мость пром. С. н. 3,8–16,2 (са­мое низ­кое зна­че­ние у квар­це­во­го С. н. и стек­ло­об­раз­но­го В₂О₃). Халь­ко­ге­нид­ные С. н. об­ла­да­ют элек­трон­ной про­во­ди­мо­стью.

Тех­но­ло­гия пром. про­из-ва С. н. вклю­ча­ет: со­став­ле­ние ших­ты из разл. ок­си­дов и ми­не­ра­лов (квар­це­вый пе­сок или мо­ло­тый кварц; В₂О₃ в ви­де бу­ры или Н₃ВО₃; Р₂О₅ в ви­де фос­фа­тов или Н₃РО₄; Аl₂О₃ в ви­де гли­но­зё­ма, као­ли­на, гли­ны и др.; Na₂O в ви­де Na₂CO₃; K₂О в ви­де K₂СО₃ или KNO₃; СаО в ви­де ме­ла или из­вест­ня­ка; ВаО в ви­де Ва­СО₃, BaSO₄; MgO в ви­де до­ло­ми­та или маг­не­зи­та; Li₂O в ви­де Li₂СО₃, ле­пи­до­ли­та, спо­ду­ме­на; РbО в ви­де су­ри­ка, глё­та или си­ли­ка­та Рb) с до­бав­ле­ни­ем ос­вет­ли­те­лей, кра­си­те­лей, вос­ста­но­ви­те­лей и др.; про­цесс стек­ло­ва­ре­ния (по­лу­че­ния од­но­род­но­го рас­пла­ва), в т. ч. вар­ку при 1100–1200 °C в элек­трич., га­зо­пла­мен­ных, га­зо­пла­мен­ных с до­пол­нит. элек­тро­по­дог­ре­вом пе­чах для об­ра­зо­ва­ния си­ли­ка­тов и др. про­ме­жу­точ­ных со­еди­не­ний, стек­ло­об­ра­зо­ва­ние при 1200–1250 °C, ос­вет­ле­ние при 1500–1600 °C для уда­ле­ния из рас­пла­ва га­зо­вых пу­зы­рей, го­мо­ге­ни­за­цию пу­тём ме­ха­нич. пе­ре­ме­ши­ва­ния стек­ло­мас­сы для ус­ред­не­ния рас­пла­ва по со­ста­ву, ох­ла­ж­де­ние до дос­ти­же­ния не­об­хо­ди­мой вяз­ко­сти; фор­мо­ва­ние из­де­лий про­ка­том, прес­со­ва­ни­ем, вы­ду­ва­ни­ем, вы­тя­ги­ва­ни­ем и др. на спец. стек­ло­фор­мую­щих ма­ши­нах; от­жиг и по­сле­дую­щую ме­ха­нич., тер­мич. или хи­мич. об­ра­бот­ку из­де­лий.

С. н. при­ме­ня­ют для ос­тек­ле­ния зда­ний, разл. ви­дов транс­пор­та, из­го­тов­ления зер­кал и оп­тич. при­бо­ров (вклю­чая ла­зер­ные), ламп разл. ас­сор­ти­мен­та и на­зна­че­ния, ос­ве­тит. ап­па­ра­ту­ры, те­ле­ви­зи­он­ной тех­ни­ки, во­ло­кон­но-оп­тич. ли­ний свя­зи, хи­мич. ап­па­ра­ту­ры, труб, та­ры, жа­ро­проч­ной по­су­ды, мед. и ху­дож. из­де­лий, смот­ро­вых окон элек­трич. пе­чей и ле­тат. ап­па­ра­тов, за­щит­ных окон ядер­ных ре­ак­то­ров и око­шек рент­ге­нов­ских тру­бок, в про­из-ве эма­лей, гла­зу­рей, пе­но­стек­ла, стек­ло­во­лок­на, стек­ло­це­мен­тов и пр.

К С. н. от­но­сят так­же стёк­ла, об­ра­зо­ван­ные про­сты­ми ве­ще­ст­ва­ми, в т. ч. S, Se, C, P, As (т. н. эле­мен­тар­ные стёк­ла, напр. стек­ло­уг­ле­род), не­ко­то­ры­ми ме­тал­ла­ми (стек­ло ме­тал­ли­че­ское).