История стекла. От стеклянного оружия до стекол иллюминаторов космических кораблей

Сапфировое стекло формально стеклом не является (оно не аморфное, как стекла, а кристаллическое), но, в силу внешнего сходства, так именуется. Сапфировое стекло – это тонкие пластинки лейкосапфира (чистый оксид алюминия). Лейкосапфир тверже обычных стекол, поэтому используется для защиты оптики от абразивного истирания песчинками пыли в военной технике, в дорогих устройствах бытового назначения. Стекло наручных часов из сапфира дольше останется нецарапанным. При этом получение сапфировых стекол большого размера по вменяемой цене затруднительно, поэтому планшеты с сапфировым стеклом мы увидим нескоро.

Закаленное стекло. Стекло хорошо сопротивляется сжатию и плохо – растяжению. Повысить механическую прочность стекла можно его закалкой – стекло разогревают до высоких температур и резко и равномерно охлаждают. В результате в стекле образуются механические напряжения, которые увеличивают механическую прочность. Чаще всего закалку стекла делают для безопасности. Обычное стекло, если в него кинуть камнем, разбивается на несколько довольно крупных осколков, которые могут нанести серьезную травму. Закаленное стекло при разрушении дает много мелких осколков, которые значительно безопаснее. Поэтому все (кроме лобового, иначе оно разрушалось от первого прилетевшего из под колес камушка. Лобовое стекло для безопасности трехслойное – средний слой из полимерной пленки с клеем. При ударе все осколки оказываются приклеенными к пленке) стекла в автомобиле, в торговых центрах, стеклянные полки мебели – закалены. Изделие из закаленного стекла обработке не подлежит, если попытаетесь стеклянную полочку для ванной подрезать, она с хлопком рассыпется в крошку, поэтому закалка производится после обработки. Классической демонстрацией свойств закаленного стекла являются батавские слёзки.

Химически закаленное стекло. Для тонких пластинок стекла термический способ закалки не подходит, поэтому пластинки стекла обрабатывают в растворе, который, к примеру, замещает ион натрия на ион калия. Так как ион калия крупнее, то поверхностные слои стекла как бы «распирает» более крупными атомами в решетке, создавая как раз требуемые механические напряжения. Как итог – такое стекло прочнее, лучше сопротивляется царапинам.

Термостойкое стекло. Обычное оконное стекло при нагревании сильно расширяется. Если нагрев неравномерный, то части стекла из-за разного расширения создадут механические напряжения, что может привести к растрескиванию. Введением добавок коэффициент теплового расширения стекла уменьшают, получая термостойкие сорта. Такие стекла при неравномерном нагреве не образуют трещин. Наиболее крутое в этом отношении кварцевое стекло, поэтому из него делают корпуса нагревателей в электрогрилях.

Изоляторное стекло. Для производства изоляторов используется бесщелочное или малощелочное стекло. После варки стекломасса подается в пресс-формы. Продолжительность прессования составляет 90—100 секунд. Готовый изолятор помещают в специальную печь для выравнивания температуры, где он в течение нескольких минут равномерно прогревается до 700–780 °C.

После этого производится закалка. Изолятор помещают в закалочную установку, куда через сопла подается сжатый воздух. Конфигурация установки и расположение сопел приближены к форме изолятора для равномерного охлаждения всех участков его поверхности. Процесс закалки продолжается в среднем 7—10 минут.

Закаленные изоляторы подвергаются испытанию на тепловой удар (проверяются на термостойкость). Для этого их нагревают до температуры 120–150 °C, а затем погружают в ванну с проточной водой температурой 20–25 °C и выдерживают в ней некоторое время. При недоброкачественной закалке или каких-либо других дефектах изолятор в процессе этого испытания разрушается, его отбраковывают и дальнейшие электрические или механические испытания не проводят.

После испытания на термостойкость изоляторы армируют и выдерживают на складе в течение трех месяцев, так как возможны самопроизвольные растрескивания изделия в результате дефектов, не выявленных при термических испытаниях.

Из изоляторного стекла, кроме высоковольтных штыревых и подвесных изоляторов, изготавливаются проходные изоляторы в виде трубок и бус, которые используются в радиоэлектронной технике. Такие изолирующие детали изготавливают из капилляров, нарезанных в виде трубочек и колец.

Поверхность изолирующих стекол подвергается воздействию внешней среды: адсорбированной влаги, химических соединений, загрязнения и пр. Для диэлектриков высокого качества применяют стекла с повышенной химической стойкостью или на поверхность стекла наносят защитные гидрофобные покрытия (кремнийорганический лак и др.).

Стекловолокно

Освоение промышленного производства непрерывного стекловолокна позволило создать широкий спектр различных материалов и изделий из стекла, обладающих исключительными свойствами.