Структура кварцового скла

Структура кварцового скла

Аморфність матеріалу пояснюється його структурою, основу якої становлять кремнієво-кисневі тетраедри. Молекули SiO2 "зв 'язуються" один з одним завдяки взаємному тяжінню атомів кисню.

Разом вони утворюють тривимірні сітки, незважаючи на те, що суворого порядку в розташуванні молекул один відносно одного немає. Саме тому кварцові шибки мають властивості аморфних матеріалів.


Силікатне скло, як і звичайне, отримують шляхом плавлення вихідної сировини. В якості такого може використовуватися чистий кремнезем - гірський кришталь, житловий кварц, кварцевий пісок, а також оксид кремнію, отриманий штучним шляхом.

Залежно від вибраного типу сировини визначають і деякі властивості кінцевого продукту. Так, для отримання кришталево чистого і прозорого матеріалу використовують гірський кришталь.

Основною відмінністю силікатного скла від звичайного є висока температура плавлення - понад 1500 Со. При цьому оксид кремнію починає випускати інтенсивне світлове випромінювання у видимому спектрі, тобто починає світитися.

Зважаючи на аморфну структуру сировини процес плавлення може тривати значний час. Розплавлений склад відрізняється високою в 'язкістю, що не дозволяє його стоплювати або переміщувати. Це ускладнює виробництво кварцового скла з однаковою товщиною стінок.

Особливості виробництва

Зважаючи на всі перелічені особливості виробництво силікатного скла можливе тільки на спеціалізованому обладнанні. У плавильнях повинна підтримуватися висока температура, а для створення скляних виробів необхідно підтримання струменя відкритого полум 'я температурою 1800 Со і вище.

Пред 'являються спеціальні вимоги і до виробничого приміщення - воно має бути стерильним. Незначна кількість чужорідних частинок неминуче призведе до того, що готові кварцеві скла незабаром розтріскаються і втратять свої властивості.


Особливими якостями повинні володіти і співробітники виробництва - склодуви. Їм доводиться мати справу з екстремально високими температурами - одна помилка під час роботи може призвести до серйозних травм, опіків.

Всі основні інструменти склодуву виготовлені з жаропрочних матеріалів - граніту, вольфраму, які, крім іншого, відрізняються великою вагою. Тому співробітники повинні бути фізично сильними і витривалими.

Властивості кварцового скла

Силікатне скло володіє низькими показниками електропровідності, тому воно часто використовується як діелектрик у складних електроприладах. Головні корисні властивості, якими володіють кварцові шибки, можна розділити на три групи:

  1. Термічні. Стійкість до високих температур (1200 Со), високий коефіцієнт температурного розширення (в 15 разів вище, ніж у звичайного скла), чим обумовлюється стійкість до різких і значних температурних коливань (на виробництві продукцію охолоджують струменем крижаної води).
  2. Хімічні. Скло хімічно нейтральне, не вступає в реакцію з усіма лужами і кислотами, крім фосфорної і плавикової кислоти (реакція починається при температурі вище 300 Со).
  3. Оптичні. Показник заломлення кварцового скла в 150 разів нижче, ніж у звичайного (ne = 1,46). Завдяки цьому воно бездоганно пропускає не тільки сонячне і звичайне світло, але і не затримує ні інфрачервоне, ні ультрафіолетове випромінювання.

Всі ці властивості дозволяють використовувати кварцове скло в якості будівельного матеріалу, а також для виробництва лабораторного посуду, оптичних приладів, електрообладнання, термостійких вогнетривких матеріалів. Одна з основних сфер його застосування - виготовлення оптичних волокон.

Оптичне кварцеве скло

Залежно від застосованої при виробництві технології кварцове скло може бути непрозорим і прозорим. У першому випадку в його структурі буде велика кількість бульбашок газу, які інтенсивно розсіюють світло.

Прозоре скло, або скло кварцове оптичне, як його ще називають, абсолютно однорідно, не містить бульбашок. Завдяки цій особливості матеріал використовується при виробництві оптичних кабелів високошвидкісної передачі даних, оптичних лінз і призм.

Марки і серії оптичного скла

Розрізняють кілька марок оптичного скла: КУ-1, КІ, і КВ. Продукція відрізняється між собою здатністю пропускати видиме, ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання. Найпрозорішим є скло марки КІ - воно здатне пропускати світло при довжині хвилі 2600-2800 нм, найменш прозоре - КВ.


Залежно від використовуваної сировини різні світлопропускні здібності може мати оптичне скло кварцеве. ГОСТ 15130-86 містить відомості про три серії:

  • 0 - матеріал, що використовується при звичайних експлуатаційних умовах;
  • 100 - скло, стійке до іонізуючого випромінювання незначної сили;
  • 200 - сировина, яку допускається використовувати в умовах інтенсивного іонізуючого випромінювання.

Марка і серія скла утворюють шифр продукції. Він наноситься на виробництві і визначає конкретний вид скла. У нашій країні немає єдиної системи шифрування, тому кожне підприємство позначає свою продукцію за своїм розумінням.

Область застосування

З силікатного скла виготовляється велика кількість різноманітної продукції. У наукових і виробничих лабораторіях затребувані трубки з кварцового скла, які використовуються для замірів рівня рідини, виготовлення електронагрівальних приладів, проведення хімічних реакцій і зберігання агресивних речовин.

Широке застосування на виробництві отримало і непрозоре скло. Воно використовується там, де необхідний контроль рідких продуктів при високих температурах і, завдяки низькій вартості, застосовується повсюдно.

Оптичне скло застосовується в судо- і ракетобудуванні, головним чином для виробництва освітлювальних приладів. На нафтохімічних підприємствах цей матеріал цінується за високу стійкість до хімічних речовин і використовується для контролю агресивних рідин. У літаках їм засклюють кабіни, а також використовують як теплоізоляцію.


Виробники виготовляють продукцію згідно з вимогами ДСТУ 22291-83. Кварцеве скло, трубки, вікна, призми, лінзи та інші вироби виготовляються як масово, так і в індивідуальному порядку.