![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Стекло: структура, свойства, применение |
ВВЕДЕНИЕ Стекло является самым широко применяемым материалом в быту, строительстве, на транспорте благодаря своим уникальным качествам: прозрачности, твердости, химической устойчивости к активным химическим реагентам, относительной дешевизне производства. Без него невозможно изготовить оптические приборы, телевизоры, космические корабли и др. Несмотря на успехи в создании новых материалов широкого назначения, неорганические стекла после камня, бетона, металла прочно занимают одно из главных мест среди используемых в практике. Человеку с древнейших времен известны природные стекла (янтарь, стекла вулканического происхождения), а вырабатывать стекла он научился несколько тысяч лет назад. Производство стекла совершенствовалось на протяжении веков, но долгое время этот процесс определяло искусство мастеров, опыт которых передавался из поколения в поколение. В настоящее время наряду с ручным трудом в стеклоделии применяются механизированные методы формования стеклоизделий, которые обеспечивают массовый выпуск продукции. В народном хозяйстве ориентировочно можно выделить следующие основные области применения стекла: строительная промышленность, производство стеклотары, стеклоаппаратов, химической посуды; электровакуумная промышленность, использование стекла в качестве декоративного материала, оптическая промышленность и приборостроение. Больше половины всего выплавляемого стекла перерабатывается на листы для остекления зданий. Широкое применение в строительстве нашли изделия из стекловолокнистых материалов (стеклянная вата, маты, жгуты и др.), которые используются в качестве тепло- и звукоизоляторов. Они не гниют и не плесневеют, обладают малым объемным весом, огнестойкостью и вибростойкостью . Около трети всей стекольной продукции - сосуды самого разнообразного типа, фасона и назначения. Замечательные декоративные свойства стекла (способность воспринимать различные окраски, передавать игру света, разнообразие в переходах от кристальной прозрачности через все степени замутнения до полной непрозрачности) обусловили существование особой группы изделий, объединяемых общим названием &quo ;художественное стекло&quo ;. Сюда относится художественная столовая посуда, монументальные стеклянные изделия (барельефы, торшеры, вазы, люстры и др.) и разнообразные отделочные материалы (плитки и листы для облицовки стен, полов зданий, карнизы, фризы и др., использование стекла в витражах). Одной из важных отраслей художественного стеклоделия является производство смальт (непрозрачных стекол) широкого ассортимента. Эти стекла используются при создании монументальных стенных панно в технике мозаичной живописи, родственной технике витража . В виде стеклоэмалей, непрозрачных тонких стекловидных слоев различных цветов, стекло используется как защитное покрытие, предохраняющее металлические изделия от разрушения и придающее им внешний вид, удовлетворяющий эксплуатационным и эстетическим требованиям. Стеклоэмали применяются при изготовлении химической и пищевой аппаратуры, посуды, изделий санитарной техники, труб, вывесок, облицовочных плиток, ювелирных изделий .
Оптическая промышленность и оптическое стекло позволили создать современные точнейшие оптические приборы во всем разнообразии их типов и назначений (обычные очки, микроскопы, телескопы, фото- и киноаппараты и др.). Особо чистое кварцевое стекло используется для изготовления волоконных световодов при создании волоконно-оптических линий связи, позволяющих передавать большие объемы информации. Отдельный класс стекол образуют так называемые лазерные стекла. Это многокомпонентные стекла различной природы (силикатные, фосфатные, фторбериллатные, боратные, теллуритные и др.), активированные неодимом. Лазеры могут быть миниатюрными, как, например, используемые в медицине, и могут представлять собой мощные системы, применяемые в термоядерном синтезе. Лазеры применяются также в научных исследованиях, геодезии, при точной обработке металлов . В ходе дальнейшего изложения будут дополнительно приведены еще некоторые примеры применения стекла как материала. Из краткого обзора областей применения стекла очевидно, что необходимо изготавливать стекла, разные по свойствам: особо химически стойкие, особо прочные механически, обладающие определенными коэффициентами термического расширения, заданными оптическими и электрическими константами и др. Поэтому неудивительно, что исследователи прилагают много усилий для постижения природы стекла, выяснения влияния разнообразных факторов на его различные свойства. В России становление науки о стекле и промышленного стеклоделия связано с именами выдающихся ученых М.В. Ломоносова и Д.И. Менделеева. М.В. Ломоносов первым в мировой практике стеклоделия обратил серьезное внимание на взаимосвязь свойств стекол и их химического состава. По его инициативе в 1754 году была отстроена первая стекольная фабрика. Заслугой Д.И. Менделеева являются предвидение полимерного строения SiO2 и развиваемые им представления о химической природе стекла, которое он рассматривал в общем контексте разработки таких фундаментальных понятий химической науки, как определенное-неопределенное соединение, раствор, сплав и т.д. СТЕКЛООБРАЗНОЕ И КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЯ Обычно понятие &quo ;стекло&quo ; определяется не просто как материал, а как некоторое особое состояние твердого тела, стеклообразное состояние, противопоставляемое кристаллическому. Известно, что одно и то же вещество может быть газообразным, жидким и кристаллическим. Для каждого такого состояния характерна своя группа специфических признаков. Стекло же не может быть полностью отнесено по совокупности признаков ни к одному из них. Рассмотрим вещества, находящиеся в указанных агрегатных состояниях, с точки зрения взаимного расположения частиц (атомов, ионов, молекул), образующих вещество, и их взаимодействия между собой. При очень высоких температурах многие неорганические вещества существуют в виде газа. В газе частицы вещества располагаются и движутся хаотически. При низком давлении, например атмосферном, взаимодействия между частицами чрезвычайно слабы. При понижении температуры газ конденсируется в жидкость, которая при дальнейшем снижении температуры кристаллизуется.
В жидкостях и кристаллах частицы располагаются несравненно более компактно, между ними действуют значительные по величине силы, которые создают известную упорядоченность в расположении атомов или молекул: в кристаллах почти идеальную, в жидкостях - существенно менее полную. Основной особенностью кристаллов является то, что их можно получить путем повторения элементарной ячейки во всех трех направлениях. Элементарная ячейка состоит из некоторого числа атомов (ионов, молекул), строго определенным образом расположенных друг относительно друга. Такое повторение элементарной ячейки называют дальним порядком. В жидкостях нельзя выделить такой элементарной ячейки. Для жидкости можно с уверенностью говорить о существовании ближнего порядка, то есть о ближайших соседних частицах, окружающих центральную. Таким образом, для жидкости характерен ближний порядок, но нет дальнего. Мы воспользуемся здесь широко применяемым определением стекла: стекло - это такое состояние аморфного вещества, которое получается при затвердевании переохлажденной жидкости. Стекло неравновесно по отношению к кристаллическому состоянию, которое может реализовываться при том же составе и при тех же внешних условиях. Отличие стекла от кристаллов состоит в отсутствии периодичности строения, в отсутствии дальнего порядка в структуре. Кроме традиционного пути получения стекол - охлаждения расплава, стали широко применяться и другие способы получения стекол. Сюда относятся стеклообразные пленки, получаемые напылением из газовой фазы; &quo ;метамиктные стекла&quo ;, образующиеся под воздействием ударных давлений и при бомбардировке кристаллов нейтронами; стекла, получаемые по зольгель-технологии. В этой связи неудивительно, что разные исследователи дают различные определения стекла, отличные от приведенного нами. При этом они руководствуются выборочными признаками стеклообразного состояния. За основу принимаются, например, структурные признаки, способ получения стекла, тип химической связи и т.д. Терминологическая дискуссия по этому вопросу ведется уже давно, и она далека от завершения, что, безусловно, свидетельствует о сложности объекта исследования . СТРУКТУРА СТЕКОЛ Приведенное выше определение стекла, связанное с традиционным способом его производства и с общими сведениями о его структуре, привело к двум различным направлениям в развитии теории стеклообразного состояния. А.А. Лебедев предположил, что структуру стекла образуют субмикроскопические кристаллы - кристаллиты, расположенные друг относительно друг друга хаотическим образом . Согласно кристаллитной гипотезе стекло является химически однородным. Исследование стекол методом рентгеноструктурного анализа явилось качественным скачком в понимании природы стеклообразного состояния . Согласно полученным данным было показано следующее: 1) кристаллиты содержат 1 - 2 элементарных ячейки, да и то искаженных, то есть терялся смысл самого понятия &quo ;кристаллит&quo ;, 2) высказано предположение о химически неоднородном строении стекла. Исторически кристаллитная гипотеза сыграла большую роль в понимании природы стеклообразного состояния, но ее пригодность для описания большинства стеклообразных веществ оказалась невелика.
Анализ и Синтез Модель Познавательная и Прагматическая (управляющая) Согласование со средой Подобие и Ограниченность Адекватность Система Чёрный ящик Положительная и Отрицательная обратная связь Модель состава Модель структуры Свойство объекта Функция Граф Основы ТРИЗТеория Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ) была разработана в СССР, начиная с конца 1940-х годов, советским инженером Г.С.Альтшуллером и школой его последователей. ТРИЗ не была признана официальной наукой, исследования проводились в основном на общественных началах. В настоящее время несколько компаний и учебных заведений в странах Запада и Азии коммерчески используют ТРИЗ. С материалами и ссылками по ТРИЗ можно подробно ознакомиться в Интернет [28]. Основные методы исследований в ТРИЗ (1) анализ мирового патентного фонда и развития техники и (2) анализ процесса поиска изобретательских идей. Многоэкранная схема сильного мышления Каждая техническая система входит в надсистему, являясь одной из ее частей и взаимодействуя с другими ее частями; но и сами системы тоже состоят из взаимодействующих частей подсистем
2. Стекло и строительные материалы на основе органических вяжущих
3. Полиметилметакрилат. Органическое стекло
4. Стекло
5. стекло
9. История происхождение муранского (венецианского) стекла
10. Стекло и стеклянные изделия
11. Фасадное стекло
14. Витамины: строение, свойства, использование, значение для растений
19. БАД к пище и их использование в бодибилдинге
20. Биоэтические аспекты использования животных в биомедицине
21. Великобритания (расширенный вариант реферата 9490)
25. Экономическая сказка-реферат "НДС - вражья морда" или просто "Сказка про НДС"
26. Банковские операции с использованием векселей
27. Авторский договор как основание правомерного использования произведения
29. Порядок формирования и использования средств Фонда социального страхования РФ
30. Земля как объект использования и охраны в Республике Молдова
31. Использование интегрированных курсов при изучении иностранного языка
33. Художественные средства и их использование в творчестве живописцев авангарда начала XX века
34. Система философско-эстетических взглядов А. Камю
35. Нравственная и эстетическая культура
41. Реферат по научной монографии А.Н. Троицкого «Александр I и Наполеон» Москва, «Высшая школа»1994 г.
42. Эстетическое и художественное сознание Древней Греции
43. Использование информационных технологий в туризме
45. Дидактические свойства глобальной информационно-коммуникационной сети Интернет
46. Использование Интернет-технологий для обеспечения информативности населения
48. Использование компьютеров в управлении предприятием
49. Возможности средств мультимедиа и перспективы их использования
50. Представление и использование знаний об объектах
51. Различные классы баз данных по предметным областям использования
52. Формирование и использование информационных ресурсов
53. Программа сложной структуры с использованием меню
57. Графы. решение практических задач с использованием графов (С++)
58. Использование СУБД ACCESS 7.0
60. Общие свойства приложений Office Pro 2000
62. Корень n-ой степени и его свойства. Иррациональные уравнения. Степень с рациональными показателем
64. Использование дифференциальных уравнений в частных производных для моделирования реальных процессов
65. Свойства усредненной функции с сильной осцилляцией
66. Графы. решение практических задач с использованием графов (С++)
67. Строение, свойства опухолей
73. Использование криминалистических средств и методов в установлении лица совершившего преступление
74. Использование механизма следообразования при раскрытии преступлений
75. Осмотр места происшествия с использованием огнестрельного оружия
76. Субъект преступления ("подновлённая" версия реферата 6762)
77. Рациональное использование водных ресурсов
78. Обеззараживание и обезвреживание с использованием окислителей природных, сточных вод и их осадклв
79. Использование солнечной энергии
80. Почвы, их происхождение, свойства и их роль в жизни
81. Долгосрочная стратегия охраны ОС и рационального использования природных ресурсов на Земле
82. Глобальные проблемы человечества. Использование Мирового океана
83. Использование аэрокосмического мониторинга в экологических исследованиях
84. Рациональное использование и охрана животных
85. Использование алгоритмов при изучении орфографии в начальных классах
89. Эстетическое воспитание младших школьников средствами искусства
90. Проблемы эстетического воспитания
91. Работа педагога - музыканта с родителями по эстетическому воспитанию
93. Дидактические свойства глобальной информационно-коммуникационной сети Интернет
94. Использование кабинета для внеклассной работы по иностранному языку
95. Использование элементов проблемного обучения в преподавании экологии
96. Использование художественной литературы на уроках истории и во внеклассной работе
97. Особенности использования дидактических игр при обучении в начальной школе
98. Реферат по технологии приготовления пищи "Венгерская кухня"
99. Проблемы использования и пути развития интернет-компьютерных технологий в России