Справочник по электротехническим материалам. Под ред. Ю.В.Корицкого и др. Том 2 (3-е изд., 1987) (1152096), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Удаление дефектного поверхностного слоя (путем травления в НР) прлводит к увеличению прочности — до 500 МПз Физико-х7гмичесние свойства стекол 189 Т а б л и ц а 22.3. Прочность сцепления электротехнических стекол с металлическими материалами в зависимости от степени их окисления Отрыэлнлцее напряженно, МПе, прн цвете переходною слоя Мерно стекла Мета тлнчеення мптергмл норнчне нем еолотне еом лолотнето сером минн~но сером черном новпя 37 26 ЗС-11 №!7 (иоиекс) Вольфрам С40-1 С39-1 ЗС-5К 46 ЗС-8 26 25 !9 25 17 !7 Молибден 184 ЗС-8 17 13 Ковар 17 13 С48-1 д!/! Рис. 22.2.
Кривые термического расширения отожженного (!) и закаленного (2) стекла с указанием положення характеристических то- чек и выше. Другим методом упрочпеиия стекла (в 4 — 5 раз) является его закалка — создание с помощью специальной термообработки напряжений сжатия в поверхностном слое стекла. Этот метод позволяет увеличить прочность стекла до 250 †3 МПа и более. Прочность стекла при сжатии значительно выше, чем при растяжении, — 200— 500 МПа. В отличие от металлов стекла практически не обладают текучестью; разрушение их является хрупким.
Имея высокий модуль упругости (40 — 120 ГПа), они хорошо выдерживают медленное измейение нагрузки, но легко разрушаются при ударе. Ударная вязкость стекол составляет 1 — 3 нДхг/м'. Благодаря влиянию поверхностных дефек. тов прочность стекла зависит от таких факторов, как размер используемых образцов (масштабный фактор), состояние края образца (степень его дефектности), характер окру>кающей среды. Предел прочности стекла при изгибе или растяжении уменьшается с увеличением размеров обравца (особенно толщины), при повышении влажности воздуха (при увеличении относительной влажности от 0 до 100% прочность снижаегся на 15%). Твердость стекол по шкале Мааса находится в пределах 4 — 8.
Микротвердость стеков разлнчных составов составляет 4 — 12 ГПа. Абразивная твердость измеряется объемом стекла, сошлифованным с единицы его поверхности за елиницу времени при стандарных условиях испытания. Выражают ее коэффициентом объемной сошлифовываемости, равным отношению сошлифованных объемов исследуемого материала и эталона (кварцевого стекла). Коэффициент объемной сошлифовываемости стекол в зависимости от октава (сашшовые стекла). Тепловые свойства. Из тепловых свойств для электротехнических стекол наибольшее значение имеют температура размягчения и температурный ноэффициент линейного рас. ширения (ТКР).
Их роль велика при спаивании н спеканни стекол и при эмалнровании. Температура размягчения Тр для стекол различного состава изменяется в пределах 350 †12 С. Наиболее тугоплавким является кварцевое стекло, Существенно снижают вязкость и температуру размягчения стекла онсиды щелочных металлов, щелочно-земельных и РЬО. Температурный крэг)7фигГигнг линейною расширения стекол изменяется от 5,8 10-' (кварцевое стекло) до 150 10 ''С-'. Выше Т, ТКР отожжеиного стекла возрастает, на кривой закаленного стекла имеется участок с более низким ТКР (рис. 22.2).
Обычно для стекол 7н,р7! 7во)н!7 приводят данные по средним значениям ТКР в интервале температур 20 †3 С. Однако они существенно отличаются от значений ТКР, полученных в интервале 20 †500 'С, в котором происходит термообработка стекла иа многих технологических операциях. Поэтому при спаивании стекла с металлом необходимо учитывать весь ход кривой теплового расширения стекла, который лолжен быть близок к кривой металла и обеспечивать возникновение в спас при различных термообработках только заданных напряжений сжатия. Значение ТКР является главным факто.
ром, определяющим стойкость к термоударам, или термостойкость стекла, т. е. разность температур, которую выдерживает без разрушения образец стекла при резкой смене температуры поверхности. Зависимость термосгойкости от других параметров стекла выражается уравнением ДТ=й — ~,7 пр ° Х аЕ 1' с)9 где й — константа; ар — разрушающее нэ.
пряжение при растяжении, МПа; а — ТКР, " Здесь прннят в соотлетегэнн с ГОСТ !097З вЂ” ЗЗ. блекгроизодчциоияые стекла Рззд 22 Стойкость к терно- удлрлн, С тгсрхсп', груп- Соотг» стекле Сосланные конпоненты) 67 — 60 е/е 8!О 12 — 18 с)е йеО Полез»тель' 0 — 0,08 0,08 — 0,12 0,12 — 0,22 0,22 — 0,44 Более 0,44 72 — 76 % 8!Он 6 — Гб" КеО 3 — 8еи ВО 120 — 160 Высококрсмнеземвстые малащслочные бороснликатныс стек. ла 170 — 220 32 — 49 <10 Кварцевое стекло и другие стекла подобного типа (анкор) 'С-'; Š— модуль упругости, МПа; Тà — плотность, кг/м'1 г.
— теплопроводность, Вт/(и.'С) и о — удельная теплаемкость стекаа, кДж/(кг 'С). Чем толще образец, тем ниже его стойкость к термоударам. Стойкость к термоудорои промышленвьж стекол в зависимости от состава ссз»сенястся в шнрокнх пределах (табл. 22.4). Т а б л н ц а 22.4. Термические свойства стекол Химическая стойкость характеризует сопротивляемость стекол разрушающему воздействию различных реагентов — воды, кислот, щелочей. Для электротехнических стекол химическая стойкость в ряде случаев имеет сусдествепное значение как при зксплуатацян (воздействие влаги, воздуха, паров щелочных металлов и т. д.), тан и при изготовлении приборов (нагреваине при обезгажннаннв). По характеру воздействия на стекло реагенты могут быть разделены на две группы: 1) вещества, растворнющие главным образом щелочные и щелочно-земельные катионы и почти не затрагивающие креинекислородного каркаса стенла.
К этой группе относятся вода (влага воздуха) и кислоты (НС!, ННОз и т. д.). Под их воздействием происходит выщелачнвание с поверхности стекла ионов К, Иа, тягкелых металлов и т. д. Образующаяся на поверхности кремнекислота коагуларует в гель, переходя в раствор в незначительных количествах, таь что поверхность стекла оказывается покрытой защитным кремпеземным слоем толщиной в десятки и сотни нм. Скорость вьпцелачивания при этом постепенна падает— происходит есамоторможсние» процесса разрушения стекла; 2) вещества, разрушающие кремпекисло. родный каркас стекла (щелочи, плавиковая и фосфорная кислоты).
В этом случае защитный поверхностный слой ие образуется и происходит непрерывное разрушение стекла, не замедляющееся со временем. Разрушение стекла уснлквается с увеличением температуры я концеотрацпн кислоты в растворе. Химическая стойкость стекол оценнвеется по потерям массы порошка стекла после его кипяченая в соответствующем реагенте нлп путем определения количества ИаеО, перешедшего при этом в раствор (порошковый метод).
По аиачспию водостойкостн стекла разделяют на пять гидролитическкх нлассов (табл. 22.5). Большая часть злектротехни сеских стекол относится к П! и 1у' классам, Т а б л н ц а 22.5. Гидролнтическая классификация стекол при определении их химической стойностн 1 (неизменяемые водой) И (устойчивые) П1 (твердые аппаратные) Пг (мягкие аппаратные) Ъ' (неустойчивые) ' Поклеп»ель еоотзететнует пропесст) реетеоренноя массы стекла после кнпеееннн Е сн зерен стекле е спо сне воды з те гение Ь ч.
Некоторые виды электровакуумных и электротехнических стекол должны обладать повышенной стойкостью к парам щелочных металлов (Иа, Сз), а также ртути. Под воздействием этих паров в стекле протекают процессы восстановления катионов (в том числе и кремния), приводящие к окрашиванию (потемнению) стекла и потере им светопрозрачиостн, прочности и изолирующих свойств. Силикатные стекла неустойчивы к парам щелочных металлов, более высокой стойкостью обладают фосфатцые и особенно боратные стекла с низким содержанием 310з (менее 30 %) и повышенным А!»Оз и оксидов щелочно-земельных металлов (СаО, ВаО).
Такие стекла не полтины содержать легко восстанавливающихся катионов (например, РЬ»+), а также катионов переменной валентности (табл. 22.6). Оптические свойства. Стекла обладают прозрачностью в видимой области спектра Введение в нх состав специальных веществ (глушителей) приводит к образованию глушеных стекол, полностью непрозрачных нли рассеивающих свет. Лучшими глушителями являются фториды (СаРи На»5)ре), а также оксиды ТгО», ЕгОь Р»О». Для окрашивання стекла в его состав вводят небольшие количества оксидов переходных элементов: СоО (синий цвет), Н)О (красный, зеленый), СгзО» (зеленый), СиО (голубой), СеОз (ткелто-коричневый), РйпОе (фиолетовый) и т. д. Примеси оксидов железа делают стекло непрозрачным в ультрафиолетовой области спектра.
Высокой прозрачностью для ультрафиолетовых лучей обладают кварцевое стекчо, а также специальные увиолевые стекла (иа основе ВзО», Р»Оз). Пропускаииее в инфракрасной области спектра большинства силикатных стекол так. * Пропуекенне — отношелне ннтенсннноетн сеете, прошедшего лере» «секле„ к нктеноннностн мдающего свети. 191 с)гизико-типические сволгтал стекол Таблица 22.6. Некоторые составы стекол, устойчивых к парам щелочных металлов Мессе»ос соисрмоиве о«сидов, Пары ысшвве В«О МНО Ы,О М»,О ШО К»О 20 11 с 12 36,5 39 25 16 15 30 57 20 70 70 " 07 з 10' 0 0,30 Ц50 070 (00 сидов на удельную проводимость пенал ! Мвво юиеииюс Сельве увели«овею» Оивыю свежеют Шелл«ныл стекло (молярное содержание свыше 5 — 8 см, К»О) СаО, 5гО, ВаО, РЬО, В Оь Ь(а»О — ) 5гфв ТРОь 3гО ВеО, ЕпО, ) г(л»О — в ннтриевых; в калиевых, ʻΠ— в натриеиых, ~ М60, А1»О» ʻΠ— в калиевых 131»О — в калнево-натриевых Беси)ело«ноге стекла ) 1 РЬО аО,ВО же мало, а у прозрачных стекол (кварпеного, высокосвницавых, кальцнйалюмннатных) не выхошгг за пределы 4 — 5 мкм.
Для пропускания длинноволновой области спектра (15— 20 мкм) применяются халькогенидные нлн фторидные стекла. Стекла, содержащие легкие элементы '(В»О„ВеО, Ы»О), прозрачны для реитгеиоаскйх лучей и используются для «окошек» в рентгеновских трубках; стекла с высоким содержанием таких оксидов, как РЬО, ВаО и др., хорошо поглощают зти лучи и применяготся в качестве защнтных. Показатель преломления в зависимости от состава стекол меняется от 1,30 до 2,0 (и выше), возрастая при увеличении концентрации оксидов РЬО, ВаО, 2гОь К,О.
Показатель преломления электротехннчесюсх стекол лежит в пределах 1,46 — 1,80. Элехгролроводносгь. Прн низких температурах р технических стекол нахолится в пределах 1О' — 10'т Ом.м, но у некоторых стекол 10» Ом.м. Электропронодность стекол осущс. ствляется главным образом попами щелочных ((л+, уса+. К+), а в некоторых случаях ше. лочио-земельных (Мй++) металлов, а также мгионоа (Г-, О~ — ). При наличии в стекле ионов переменной валентности (РЬ, У, Ге) может иметь место и электронная праиодямостьс в этом случае стекла могут быть полупроводниками. Полупроводниковыми являются и халькогенидные стекла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
