Lasi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 5. helmikuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 23 muokkausta .
Lasi
Tiheys 2200 g/cm³ ja 7500 g/cm³
Youngin moduuli 48 000 MPa ja 12 000 MPa
poissonin luku 0,25
Leikkausmoduuli 26,2 GPa
Ruumiillinen energia 15 megajoulea kiloa kohden
Kierrätyskoodi 70 , 71 ja 72
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Lasi  on aine ja materiaali, yksi vanhimmista ja ominaisuuksiensa moninaisuudesta johtuen universaali ihmiskäytännössä. Rakenteellisesti amorfinen , isotrooppinen ; _ kaikentyyppiset lasit muodostumisen aikana muuttuvat aggregaatiotilassa - nesteen  äärimmäisestä viskositeetista ns lasimaiseksi  - jäähtyessään nopeudella, joka on riittävä estämään sulattamalla raaka -aineita saatujen sulatteiden kiteytymistä ( lataus ) [1] [2] . Lasin sulamislämpötila, +300 - +2500 °C, määräytyy näiden lasia muodostavien sulatteiden komponenttien ( oksidit , fluoridit , fosfaatit ja muut) mukaan [2] . Läpinäkyvyys ( näkyvälle säteilylle ) ei ole yleinen ominaisuus kaikille luonnon- ja keinotekoisille laseille.

Termi

Tämän materiaalin nimellä eri kielillä on erilainen etymologia. Romaaniset kielet ( italia  vetro , ranska  verre , espanja  vidrio , port vidro ) jatkavat latinalaista nimeä ( latinalainen  vitrum ). Poikkeuksena on romanian kieli ( Rom. sticlă ), joka lainasi lasin nimen slaavilaisista. Latinalainen vitrum tulee Proto-I.E. *k'woit- "light" (hänestä ja englanninkielisestä  valkoisesta ) [3] .

Germaaniset kielet perivät sanan lasille ( englanniksi  lasi , saksaksi  Glas , hollanniksi, tanskaksi, ruotsiksi lasi ) Pragermilta. *glasan ~ glazan , johdettu Proto-I.E. *g'hel- "kiiltoa, loistaa" [4] .

Slaaviksi ( " lasi " , Belor . shklo , ukraina sklo ; vanha slaavi .  stklo , Bolg . staklo , Makedonia _ _ _ _ _ _ _ _ goottilainen . stikls ("pikali", "kuppi", "torvi", < Pragerm. * stikkon  - "stick, prick", vrt. englanninkielinen stick , jolla on sama merkitys) [5] [6] [7] [8] [ 9 ] [10] [11] .  

Termin historia

Venäjän kielen sanasta V. I. Dahl sanoo: " Lasi vrt. lasi etelään. sovellus. ja tsrk., seoshiekka ( piipitoinen) kaliumin kanssa; chem. natriumsilikaatti, joskus kalium, lyijyoksidi" [12] . Vanha slaavi - stkle , lasi  - lasi [meri] ( Apocalypse  - Ilmestyskirja; Apoc 15, 2); Vanha venäläinen (1000-luvulta lähtien) - stklo (toisen tyypin deklinaatioiden neutraali substantiivi - N. D. Rusinovin mukaan ) [13] ; " Steka  - Pihkova, Tverin murre" [12] .

Aluksi vain tunnetuin ja yleisin lasinvalmistuksen tuote oli nimeltään lasi , jota on jonkin aikaa tieteellisessä käytössä kutsuttu silikaattilasiksi . Kun lasin rakenteen, koostumuksen ja ominaisuuksien identiteetti monille mineraaleille todettiin, viimeksi mainittu alkoi luokitella sen luonnollisen vastineen lajikkeiksi, jotka nimettiin muodostumisolosuhteiden mukaisesti: nopeasti jäähtyneen laavan kiteytymättömät johdannaiset - vulkaaninen lasi (hohkakivi, obsidiaani, pechstein, basaltit jne.), joka muodostuu maan kivestä kosmisen kappaleen - meteoriitti ( moldaviitti ) - törmäyksen seurauksena; lasimaisten mineraalien erityinen luokka ovat fulguriitit ( klastofulguriitit ), jotka muodostuvat silikaattikerrostumista (SiO 2  - hiekka , kvartsi , piidioksidi  - eli triviaaliset, yleisimmät raaka-aineet tavallisessa lasinvalmistuksessa) voimakkaan salaman seurauksena. lakko, tavataan pääasiassa kalliovuorten huipulla alueilla, joilla ukkosmyrskyjen aktiivisuus on lisääntynyt, ja siellä on myös läpikuultavia näytteitä klastofulguriiteista.

Pääsyy synteettisen korvikkeen - orgaanisen lasin - luomiseen oli ilmailun käyttöön soveltuvien materiaalien puuttuminen sen kehitysvaiheessa (1930-luvulla). Tätä polymeeriä, joka kuuluu vastaavasti orgaanisten aineiden luokkaan , kutsutaan lasiksi vain sen ulkoisen samankaltaisuuden vuoksi: läpinäkyvä, joskus värillinen aine.

Tällä hetkellä lasin korvikkeita, kuten läpinäkyvää puuta, on luotu. Tämä materiaali on kevyempää kuin lasi, lisäksi sillä on suurempi lujuus, eikä se hajoa iskussa [14] .

Lasin historia (tekniikka)

Egypti tunnusti pitkään ensisijaisuuden lasinvalmistuksen löytämisessä, jolle Josser- pyramidin (XXVII vuosisata eKr.) sisäpintojen lasitettuja fajansilaattoja pidettiin kiistattomana todisteena; vielä aikaisempaan aikakauteen (ensimmäinen faaraoiden dynastia) on löydetty fajansikoristeita, eli lasia oli Egyptissä jo 5 tuhatta vuotta sitten. Muinaisen Mesopotamian arkeologia , erityisesti Muinainen Sumer ja Akkad , saa tutkijat uskomaan, että hieman vähemmän muinaista lasinvalmistuksen esimerkkiä tulisi pitää Mesopotamiassa Ashununakin alueelta löydettyä muistomerkkiä – läpinäkyvää lasisylinterin sinettiä , joka on peräisin Akkadi-ajalta. dynastia, eli sen ikä - noin neljä ja puoli tuhatta vuotta. Berliinin museossa säilytettyä vihertävää helmeä, jonka halkaisija on noin 9 mm, pidetään yhtenä lasinvalmistuksen vanhimmista esimerkeistä. Egyptologi Flinders Petrie löysi hänet Thebesta , joidenkin käsitysten mukaan hän on viisi ja puoli tuhatta vuotta vanha. N. N. Kachalov huomauttaa, että Vanhan Babylonian valtakunnan alueelta arkeologit löytävät säännöllisesti paikallista alkuperää olevia suitsukeastioita, jotka on valmistettu samalla tekniikalla kuin egyptiläiset. Tiedemies väittää, että on täysi syy uskoa, että "Egyptissä ja Länsi-Aasian maissa lasinvalmistuksen alkuperät... eroavat meidän päivistämme noin kuuden tuhannen vuoden välein" [15] [16] .

On myös useita legendoja, jotka vaihtelevalla uskottavuudella tulkitsevat tekniikan kehittymisen mahdollisia edellytyksiä. N. N. Kachalov toistaa yhden niistä, jonka kertoi muinainen luonnontieteilijä ja historioitsija Plinius Vanhin (I vuosisata). Tämä mytologinen versio kertoo, että kerran foinikialaiset kauppiaat hiekkarannalla, ilman kiviä, rakensivat tulisijan kuljettamaansa afrikkalaisesta soodasta - aamulla he löysivät tulipalon paikalta lasiharkon [15] .

Ne, jotka tutkivat tämän materiaalin alkuperän historiaa, tulevat jonain päivänä yhteisymmärrykseen paikasta - Egyptistä , Foinikiasta tai muinaisesta Mesopotamiasta , Afrikasta tai itäisestä Välimerestä ja niin edelleen - ja noin ajasta - "noin 6 tuhatta vuotta sitten" , mutta luonnontieteen fenomenologialle ominainen piirre - "löytöjen synkronismi" on tässä tapauksessa havaittavissa joissakin merkeissä, eikä edes satojen vuosien erolla ole suurta merkitystä, varsinkin kun merkittäviä eroja voidaan jäljittää rekonstruoitu lasinsulatusmenetelmä.

Lasinvalmistuksen alkuperästä kertovien legendojen relevanssi ei johdu niinkään historiallisiin ja etnogeografisiin näkökohtiin, jotka ovat tietoteorian kannalta vain välillisesti tärkeitä , vaan tekniikan alkuperään sellaisenaan, ikään kuin erotettu keramiikan "satunnaisista" prosesseista, ja siitä tuli lähtökohta uusien ominaisuuksien omaavalle materiaalille, on ensimmäinen askel kohti niiden hallintaa ja myöhemmin kohti rakenteen ymmärtämistä. On olemassa useita versioita, joista yksi tämän esimerkin avulla yrittää ratkaista kysymyksen: mikä on lasi? - N. N. Kachalov ehdottaa [15] :

...mittaamaan tätä ajanjaksoa lasitetun keramiikan tai yleensä kaikkien lasitettujen silikaattituotteiden esiintymisestä. Mikä tahansa lasite, joka on kiinnitetty savelle tai yleensä silikaattisirpaleelle, on koostumukseltaan lasia, ja todennäköisin versio lasin löytämisestä itsenäisenä materiaalina liittyy ihmisen havainnointiin keramiikkatekniikan prosesseista. Muinaisen fajanssin lasiteella on kuitenkin toissijainen rooli tuotteessa ja se on läpinäkymätön materiaali, eli siltä puuttuu lasin tärkein erottuva piirre, ja siksi sitä voidaan kutsua vain ehdollisesti.

Hieman aikaisemmin ajatuksen kaikkien silikaattimateriaalien "lasimaisesta suhteesta" ilmaisi I. F. Ponomarev , ja tiedemies korostaa, että on tärkeää ymmärtää ei niinkään lasin synty kuin sen rakenteen tutkimisen rooli ominaisuuksien tutkimisessa. muista silikaattimateriaaleista; Samalla hän huomauttaa, että nämä pohdinnat ovat edelleen läsnä M. V. Lomonosovissa [17] :

Lasin rakenteen teoria on tärkeä paitsi puhtaiden lasituotteiden ominaisuuksien ymmärtämiseksi, myös kaikille silikaattituotteille, jotka olivat tuotannon aikana yli +800 °C:n lämpötiloissa. Voidaan olettaa, että kaikki silikaattiteknologian käsittämät silikaattimateriaalit sisältävät lasia. M. V. Lomonosovin sanat, jotka on kirjoitettu "Kirjeessä lasin käytöstä" (1752), ovat merkittäviä: "Posliinissa on osa lasin lujuudesta." Ei vain posliini, vaan myös fajanssi, keramiikka, tulenkestävät materiaalit, sementti - ne kaikki sisältävät yhden tai toisen määrän lasia. Siksi lasin tutkimisen merkitys kasvaa valtavasti, ja lasin rakennetutkimuksesta tehdyt johtopäätökset ovat tärkeitä monien erilaisten teknisten silikaattituotteiden ominaisuuksien ymmärtämisessä.

Englantilainen tutkija A. Lucas saavutti jonkin verran menestystä Egyptin lasinvalmistuksen teknologiaa tutkiessaan. Hänen tiedot antavat seuraavan käsityksen lasituotannon kehityksestä Egyptissä "arkaaisen" ajanjakson aikana, joka päättyy 4. vuosituhannella eKr. e.

Niin kutsuttu "egyptiläinen fajanssi" (helmet, amuletit, riipukset, pienet levyt upotettaviksi) on vihertävän sinisellä lasiteella päällystetty tuote. Niiden liittämistä siihen, mihin "fajanssi" tällä hetkellä liittyy, ei voida pitää oikeana, koska tässä tuoteryhmässä ei ole pääpiirrettä - saven sirpaleita. Egyptiläinen fajanssi, jonka "sirpale" koostuu kolmesta suvusta, tunnetaan: steatiitti , pehmeä kvartsijauho ja kokonainen luonnonkvartsi. On olemassa mielipide, että varhaisimmat näytteet on valmistettu steatiitista. Tämän mineraalin koostumus on magnesiumsilikaatti, sitä esiintyy luonnossa suuria määriä. Steatiitin palasta leikatut tuotteet päällystettiin lasitteen muodostavien raaka-aineiden jauheseoksella ja poltettiin. Tämä lasite, joka kemialliselta koostumukseltaan on natriumsilikaattia, johon on lisätty pientä kalsiumia, ei ole muuta kuin matalassa lämpötilassa sulavaa lasia, joka on maalattu sinisen ja vihertävän sinisen sävyin kuparilla, joskus melkoisella määrällä rautaa [15] [18] [19] .

Egyptiläiset lasintekijät sulattivat lasia keramiikkakulhoissa avoimilla tulisijoilla. Sintratut palaset heitettiin kuumana veteen, missä ne halkesivat, ja nämä palaset, niin sanotut fritit [21] , jauhettiin myllynkivien toimesta pölyksi ja sulaivat uudelleen.

Frittiä käytettiin kauan keskiajan jälkeen, joten vanhoista kaiverruksista ja arkeologisista kaivauksista löytyy aina kaksi uunia - yksi esisulatukseen ja toinen frittien sulatukseen. Vaadittu tunkeutumislämpötila on +1450 °C ja käyttölämpötila +1100 - +1200 °C. Keskiaikainen sulatto (tšekkiksi "gut") oli polttopuilla lämmitetty matala holvi, jossa lasi sulatettiin saviruukuissa. Ainoastaan ​​kivistä ja alumiinioksidista aseteltu, se ei kestänyt sitä pitkään, mutta polttopuuta ei pitkään aikaan ollut tarpeeksi. Siksi, kun gutan ympärillä oleva metsä kaadettiin, se siirrettiin uuteen paikkaan, jossa oli vielä runsaasti metsää.

Toinen uuni, joka yleensä liitettiin sulattoon, oli karkaisuuuni, jossa valmis tuote kuumennettiin lähes lasin pehmenemiseen asti ja jäähdytettiin sitten nopeasti lasin jännitysten kompensoimiseksi (kiteytymisen estämiseksi). Tällaisen mallin muodossa lasiuuni kesti 1600-luvun loppuun asti, mutta polttopuun puute pakotti osan mökkeistä, erityisesti Englannissa, vaihtamaan hiileen jo 1600-luvulla; ja koska hiilestä karkaava rikkidioksidi sävytti lasin keltaiseksi, britit alkoivat sulattaa lasia suljetuissa, niin kutsutuissa peitetyissä kattiloissa. Tämä vaikeutti ja hidasti sulatusprosessia, joten panoksen valmistaminen ei ollut niin kovaa, mutta kuitenkin jo 1700-luvun lopulla hiilitulipesä tuli vallitsevaksi.

Lasinvalmistus on pitkään säilyttänyt "käsityön" luonteen, koska käsinpuhallus pysyi pääasiallisena muotoilumenetelmänä. Esimerkiksi ikkunalasi (pelti) valmistettiin 1900-luvun alkuun saakka pääosin "sylinterimenetelmällä": lasin saamiseksi lasipuhaltimella puhalsi käsin iso sylinteri, joka sitten leikattiin ja suoristettiin. Vasta 1900-luvun alussa belgialainen insinööri Emile Fourko kehitti menetelmän ikkunalasien mekaaniseen tuotantoon vetomenetelmällä [22] .

Mielenkiintoinen tieto liittyy myös lasin historiaan ja siihen, että lasi yleisessä mielessä olemassaolonsa aikana, toisin kuin monet muut materiaalit, ei ole muuttunut käytännössä (varhaisimmat esimerkit siitä, mitä he alkoivat kutsua lasiksi, eivät eronneet tunnettu pullolasi; poikkeuksena ovat tietysti lasityypit, joilla on halutut ominaisuudet), mutta tässä tapauksessa puhutaan mineraaliperäisestä aineesta ja materiaalista, joka on löytänyt käyttöä nykyaikaisessa käytännössä.

Lasitiede

Mihail Vasilyevich Lomonosov loi perustan tieteelliselle lähestymistavalle lasin tutkimisessa ja sulatuksessa . Tiedemiehet suorittivat ensimmäisen yli 4 tuhannen lasin teknisesti systematisoidun sulatuksen. Laboratoriokäytäntö ja hänen soveltamansa metodologiset periaatteet poikkeavat vain vähän nykyisistä perinteisistä klassisista.

Mineraalilasien teknisten ominaisuuksien käyttö

Luonnonlasi, joka on yksi ensimmäisistä luonnonmateriaaleista, jota käytettiin laajalti jokapäiväisessä elämässä sekä työvälineenä että osana erilaisia ​​aseita (veitset, nuolenpäät, keihäät jne.) korujen ja korujen valmistukseen. muut taloustavarat - ja esimerkiksi erilaisina rituaalielementteinä. - Atsteekit ja mayat _ - Rakenteeltaan sillä on myös näennäisen paradoksaalisia ominaisuuksia, jotka eivät ole monien muiden perinteisten materiaalien ulottuvilla, joita käyttivät samat atsteekit, jotka tekivät ainutlaatuisia työkaluja. Juuri lasin ominaisuudet amorfisena aineena, toisaalta antamaan sille haurauden, ovat sen haitat ja soveltumattomuus esimerkiksi lisälujuutta vaativien työkalujen valmistukseen (entinen haitta on nyt useissa tapauksista ja useat teknologiset menetelmät on voitettu) , toisaalta tämä kidehilan puuttuminen antoi sille etua, mikä johtuu siitä, ettei ainuttakaan metalliveitsellä voida verrata ensimmäiseen lääketieteelliseen kirurgiset instrumentit niiden terävyyden ja teroitusominaisuuksien suhteen. Jälkimmäisen työosa (viiste) voidaan teroittaa tiettyyn rajaan - tulevaisuudessa "sahosta" on melkein mahdotonta päästä eroon, kun taas tämä kynnys ei ole esimerkiksi obsidiaaniveitseissä - sahan puuttuminen kidehilan avulla ne voidaan teroittaa molekyylitasolle, mikä antaa kiistattoman edun mikrokirurgiassa, lisäksi ne eivät ole alttiina korroosiolle. Tämä esimerkki, vaikka se liittyy lasimaisiin mineraaleihin, on hyvin ohjeellinen lasin sellaisen rakenteellisen ominaisuuden kuin amorfismin ymmärtämiselle. Mutta nyt näitä ominaisuuksia käytetään myös keinolasista valmistettujen tarkkuusinstrumenttien luomisessa [23] [24] .

Lasin rakenne

Termi "lasirakenne" tarkoittaa kuvausta kahdesta läheisesti liittyvästä, mutta usein itsenäisesti tarkastelusta näkökulmasta - lasin muodostavien atomien ja ionien keskinäisen järjestelyn geometriasta ja sen muodostavien hiukkasten välisten kemiallisten sidosten luonteesta. . Kuten jo todettiin, lasin rakenne vastaa lasittumisalueella olevan nesteen rakennetta. Tämä määrää sen, että lasia muodostavien sulatteiden ja lasien rakenteen ongelmat liittyvät läheisimmin toisiinsa. Kaikki saavutukset nesteiden ja sulatteiden rakenteen tutkimuksessa luovat lisämahdollisuuksia lasin rakenteen teorian kehittämiseen ja päinvastoin [2] .

Lasin rakennetta koskevien ajatusten kehitys kulkee kokeita selittävien hypoteesien kautta - matemaattisesti muotoutuviin teorioihin, jotka sisältävät kvantitatiivisen verifioinnin kokeessa. Näin ollen lasimaisten aineiden (ja osittain nestemäisten) rakenteen ymmärtäminen johtuu tutkimusmenetelmien ja matemaattisten laitteiden täydellisyydestä, teknisistä valmiuksista. Johtopäätökset antavat mahdollisuuden kehittää edelleen metodologiaa parantaen teoriaa lasin ja vastaavien amorfisten aineiden rakenteesta [25] .

Tutkimusmenetelmät

Tarkkaan ottaen kokeelliset menetelmät lasien rakenteen tutkimiseksi ovat alle sata vuotta vanhoja, sillä sellaiseksi voidaan luokitella vain röntgenanalyysi, joka todella antaa todellisen kuvan aineen rakenteesta. lasin rakenteesta. Ensimmäisiä, jotka alkoivat käyttää röntgensirontaa lasien rakenteen analysointiin, olivat akateemikko A. A. Lebedevin opiskelijat , jotka jo vuonna 1921 esittivät niin sanotun "kristalliitti"-hypoteesin lasin rakenteesta, ja 1930-luvun alussa. , tutkimusta varten nimetty menetelmä - ensimmäinen Neuvostoliitossa järjesti laboratorioonsa ryhmän - jota johtivat E. A. Poray-Koshits ja N. N. Valenkov.

Ensisijainen rooli ei kuitenkaan vain kysymyksen teoreettisessa osassa, termodynaamisten ominaisuuksien arvioinnissa, vaan myös kokeen toteutuksessa, sen perustamismetodologian ymmärtämisessä, sen tulosten teorian arvioinnissa ja hyväksymisessä, pelataan niin sanotuilla mallimenetelmillä. Näitä ovat EMF -menetelmä , elektrodimenetelmä, massaspektrometrinen menetelmä ja ydinmagneettinen resonanssimenetelmä . Ja jos ensimmäistä käytettiin jo sähkökemian kehityksen alkuvaiheessa , toinen johtuu alkuperästään lasielektrodista , joka on löytänyt täyden sovelluksen sekä tutkimuskohteena (lasielektrodin materiaalina) että laite, joka antaa tietoa paitsi prosessien kulusta aineessa, josta se koostuu, myös epäsuorasti - sen rakenteesta. M. M. Schultz ehdotti elektrodimenetelmää 1950-luvun alussa . Yksi ensimmäisistä, jotka alkoivat tutkia lasia NMR-menetelmällä, oli amerikkalainen fyysikko F. Bray [2] . Nyt mallinnusmenetelmien arsenaali on täydentynyt konfokaalisen optisen mikroskopian käytön ansiosta, jonka avulla voidaan tarkkailla mikrometrin kokoisten kolloidisten hiukkasten sijaintia tilavuudessa. Lasin muodostavia atomeja jäljitetään kokeessa kolloidisen geelin hiukkasilla, jotka on suspendoitu polymeerimatriisiin. P. Royalin johtamia kokeita käsitellään seuraavassa osiossa [26] .

Klassiset hypoteesit

Yksikiteisten aineiden rakenteen tutkiminen vaatii vielä tälläkin hetkellä kokeellisten menetelmien ja sirontateorian parantamista. M. Lauen teoria , Bragg-Wulfin laki ja ihanteellisten kiteiden röntgendiffraktioanalyysi muuttivat E. S. Fedorovin kristallografian lait lakeiksi , jotka perustuivat yhden ainoan perustan atomien rakenteen ja tarkkojen koordinaattien ymmärtämiseen. kide: kinemaattinen - ihanteellinen epätäydellinen (mosaiikki) kristalli ja dynaaminen - yksikiteinen - tarjoavat integraalisen sirontavoiman arvot, jotka eivät näissä tapauksissa ole todellisten, paljon monimutkaisempien kokeellisten arvojen mukaisia kiteitä. Ja materiaalitieteen kannalta tärkeimmät ovat juuri nämä poikkeamat ideaalisesta rakenteesta, joita tutkitaan röntgensäteiden lisäsironnan avulla, mitä ei tarkoita ideaalikiteiden kinemaattiset tai dynaamiset sirontateoriat [25] .

Lisävaikeuksia syntyy nestemäisten ja lasimaisten aineiden rakenteiden tutkimuksessa, johon ei liity edes samankaltaisten kristallografian, kidekemian ja kiinteän olomuodon fysiikan menetelmien käyttöä - tieteet, jotka tutkivat kiinteitä kidekappaleita.

Edellä mainituista edellytyksistä on tullut perusta lähes tusinan lasin rakenteeseen liittyvän hypoteesin syntymiselle, joista merkittävä osa perustuu vain suhteellisen kapeaan ominaisuuksien ja kuvioiden valikoimaan, joille ei ole suoritettu epistemologista tutkinnon analyysiä. Luotettavuudesta puuttuu ensisijainen perusta teorian muodostamiselle, mutta näyttäviä nimiä julistetaan säännöllisesti. Kristalliitteja, epäjärjestynyttä verkkoa, polymeerirakennetta, polymeeri-kristalliittirakennetta, ionimallia, parakiteitä, rakenteita, vitroideja, glassoneja, mikroheterogeenisyyttä, submikronin heterogeenisyyttä, kemiallisesti epähomogeenista rakennetta, misellirakennetta ja muita nimiä on jo ollut, joiden synty on sanelee tarve tulkita yhden, parhaimmillaankin muutaman yksityisen kokeen tuloksia. Optimistit vaativat tiukkaa yleisteoriaa lasimaisesta tilasta, pessimistit sulkevat yleensä pois mahdollisuuden sen syntymiseen [25] .

Toisin kuin kiteisissä kiinteissä aineissa (kaikki atomit on pakattu kidehilaan ), lasimaisessa tilassa ei ole tällaista pitkän kantaman atomien järjestelyä. Lasia ei voida kutsua superviskoosiseksi nesteeksi , jolla on vain lyhyen kantaman järjestys - vain vierekkäisten molekyylien ja atomien keskinäinen järjestys. Laseille on tunnusomaista ns. keskimääräinen atomien järjestyksen esiintyminen - etäisyyksillä, jotka ylittävät vain vähän atomienväliset [26] .

P. Royalin johdolla tehdyt kokeet on omistettu juuri keskimääräisen järjestyksen, tämänkaltaisen mahdollisen rakenteellisen järjestyksen kysymyksen ratkaisulle, jonka pitäisi vahvistaa Ch. Frankin puoli vuosisataa sitten esittämä hypoteesi. , jonka mukaan atomien lukittuminen lasirakenteessa tapahtuu ikosaedristen ryhmien tunkeutumisprosessissa - 20- sivuiset stereometriset hahmot, joilla on viisinkertainen symmetria. Alustavat tulokset kokeista hyvin yksinkertaistetulla lasimallilla viittaavat tämän hypoteesin pätevyyteen [26] .

Lasin muodostavien sulatteiden ja lasien termodynaamiset ominaisuudet

Ensisijaisen kiteytyslinkin ("keskuksen") muodostuminen sulatteeseen johtaa rajapinnan syntymiseen kiteisen ja nestefaasin välille, mikä lisää järjestelmän vapaata energiaa, joka lämpötilan ollessa likviduslämpötilan alapuolella, eli vastaa nestetilaa, joka on termodynaamisesti vähemmän stabiili kuin kiteinen tila, muuten - metastabiili - energiaa vähemmän kuin saman massaisen nesteen vapaa energia. Rungon koon pienentyessä sen pinnan suhde tilavuuteen kasvaa - kiteytyskeskuksen pienempi säde vastaa vapaan energian lisääntymistä, joka liittyy faasien erottumiseen. Kaikille nesteille, jotka ovat metastabiilissa tilassa kussakin annetussa lämpötilassa, on ominaista kiteytyskeskuksen kriittinen säde, jota pienempi tietyn ainetilavuuden, mukaan lukien tämä keskus, vapaa energia on suurempi kuin aineen tilavuuden vapaa energia sama massa, mutta ilman keskustaa. Säteellä, joka on yhtä suuri kuin kriittinen, nämä energiat ovat yhtä suuret, ja kriittistä suuremmalla säteellä lisäkasvu on termodynaamisesti säännöllistä. Makroobjekteihin pätevän termodynamiikan ristiriidat poistetaan seuraavan ilmiön läsnäololla: jatkuvat energian vaihtelut mikroobjekteissa (atomien lukumäärältään suhteellisen pieni) vaikuttavat niiden tietyn keskiarvon sisäisiin energiavaihteluihin. Kun lämpötila laskee, "alikriittisten" keskusten lukumäärä kasvaa, mihin liittyy niiden keskimääräisen säteen kasvu. Termodynaamisen tekijän lisäksi kineettinen tekijä vaikuttaa keskusten muodostumisnopeuteen: hiukkasten liikkumisvapaus suhteessa toisiinsa määrää kiteiden muodostumis- ja kasvunopeuden [2] .

Glass Properties

Lasi on epäorgaaninen isotrooppinen aine, materiaali, joka on tunnettu ja käytetty muinaisista ajoista lähtien. Se esiintyy myös luonnollisessa muodossa, mineraalien muodossa ( obsidiaani  - vulkaaninen lasi), mutta käytännössä - useimmiten lasinvalmistuksen tuotteena  - yksi materiaalikulttuurin vanhimmista teknologioista . Rakenteellisesti - amorfinen aine, aggregaatti , joka liittyy luokkaan - kiinteä / neste. Käytännössä modifikaatioita on valtava määrä, mikä tarkoittaa monia erilaisia ​​käyttömahdollisuuksia, jotka määräytyvät koostumuksen , rakenteen , kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksien perusteella.

Riippumatta kemiallisesta koostumuksestaan ​​ja jähmettymislämpötila-alueesta lasilla on kiinteän kappaleen ja superviskoosisen nesteen fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet säilyttäen kyvyn palautuvasti siirtyä nestemäisestä tilasta lasimaiseen (tämän määritelmän avulla voimme havaita, että , kuvaannollisesti lasi tarkoittaa laajassa merkityksessä kaikkia aineita muodostumisprosessin analogian ja useiden muodollisten ominaisuuksien mukaan, niin sanottu lasimainen tila - tähän se päättyy, koska, kuten tiedetään, materiaalille ovat ensisijaisesti tunnusomaisia ​​sen käytännölliset ominaisuudet, jotka määräävät lasien tiukemman määrittelyn materiaalitieteessä). Lasin viskositeetti huoneenlämpötilassa on kuitenkin niin korkea, ettei sillä ole käytännön merkitystä - lasin juoksevuus ei ilmene millään havaittavalla tavalla kymmenien ja satojen vuosien aikana [27] .

Tällä hetkellä materiaaleja on kehitetty äärimmäisen laajalle, todella yleismaailmalliselle käyttöalueelle, jotka ovat sekä alun perin luontaisia ​​(esimerkiksi läpinäkyvyys [28] , heijastavuus, kestävyys aggressiivista ympäristöä vastaan , kauneus ja monet muut) että aiemmin lasille epätyypillisiä - sen syntetisoidut ominaisuudet (esimerkiksi - lämmönkestävyys , lujuus , bioaktiivisuus, säädelty sähkönjohtavuus jne.). Erilaisia ​​laseja käytetään kaikilla ihmisen toiminnan aloilla: rakentamisesta, kuvataiteesta, optiikasta, lääketieteestä - mittalaitteisiin , korkeaan teknologiaan ja astronautiikkaan , ilmailu- ja sotilasvarusteisiin . Sitä tutkivat fysikaalinen kemia ja muut siihen liittyvät ja itsenäiset tieteenalat [29] .

Kiinteässä tilassa silikaattilasit kestävät hyvin tavallisia reagensseja (lukuun ottamatta fluorivetyhappoa, sulatteita tai kuumia konsentroituja alkaliliuoksia ja tiettyjen metallien sulatteita) ja ilmakehän tekijöiden vaikutusta. Niiden laajin käyttökohde perustuu tähän ominaisuuteen: taloustavaroiden, ikkunalasien, kuljetuslasien, lasiharkkojen ja monien muiden rakennusmateriaalien valmistukseen, lääketieteellisiin, laboratorio-, tutkimus- ja moniin muihin tarkoituksiin.

Erikoistarkoituksiin valmistetaan kemikaalien kestävää lasia sekä lasia, joka kestää tietyntyyppisiä aggressiivisia vaikutuksia.

Lasin fysikaaliset ominaisuudet

Lasinen tila

Lasit muodostuvat sulatteiden alijäähtymisen seurauksena riittävällä nopeudella estämään kiteytymisen. Tästä johtuen lasit yleensä säilyttävät amorfisen tilan pitkään. Epäorgaaniset sulatteet, jotka pystyvät muodostamaan lasifaasin, siirtyvät lasimaiseen tilaan lasittumislämpötilan T c alapuolella (lämpötiloissa, jotka ovat yli T c, amorfiset aineet käyttäytyvät kuin sulat, eli ne ovat sulassa tilassa).

Lasi voidaan saada jäähdyttämällä sulatteita ilman kiteytymistä. Käytännössä mikä tahansa aine sulasta tilasta voidaan siirtää lasimaiseen tilaan. Jotkut sulatteet (kuten yksittäiset lasia muodostavat aineet) eivät vaadi nopeaa jäähdytystä tätä varten. Jotkut aineet (kuten metallipitoiset sulatteet) vaativat kuitenkin erittäin nopean jäähdytyksen kiteytymisen välttämiseksi . Näin ollen metallilasien saamiseksi tarvitaan jäähdytysnopeuksia 10 5 - 10 6 K/s. Lasi voidaan saada myös amorfoimalla kiteisiä aineita, esimerkiksi ionisuihkupommituksella tai höyrystämällä jäähdytetyille substraateille.

Kun nesteen ominaisuuden (sekä stabiilin että metastabiilin) ​​arvon määrää vain sen koostumus, lämpötila ja paine, epätasapainoisen nesteen tai lasimaisen aineen ominaisuuden arvo riippuu myös rakenteellisesta tilasta. Tässä tapauksessa on houkuttelevaa kuvata mielivaltaisen nesteen rakennetta yhdellä parametrilla. Tuloksena A. Toolin [30] ehdottama menetelmä lasimaisen aineen rakenteellisen tilan kuvaamiseksi karakterisoimalla ns. rakennelämpötila Tf ( fiktiivinen lämpötila), eli se, jossa tutkittava lasi annettu rakenne on tasapainotilassa [2] . Myöhemmin paljastettiin käytännössä mahdottomuus kuvata lasimaista tilaa yhdellä rakenteellisen lämpötilan arvolla ja tarve käyttää koko kirjoa tällaisia ​​lämpötiloja [31] . Tällä hetkellä relaksaatiotulkinnan ohella amorfisten aineiden lasisiirtymä selittyy sillä, että jäähtymisen aikana muodostuu riittävä määrä atomien välisiä sidoksia, jotka antavat aineelle kiinteän olomuodon ominaisuuksia, eikä pelkästään muutoksella Hausdorffin ulottuvuudessa. paljastettiin sidosjärjestelmä fraktaalista kolmiulotteiseen [32] , mutta myös fraktaalirakenteiden muodostuminen lasisiirtymän aikana [33] .

Amorfisten aineiden viskositeetti on jatkuva lämpötilan funktio: mitä korkeampi lämpötila, sitä pienempi on amorfisen aineen viskositeetti. Tyypillisesti lasia muodostavien aineiden sulailla on korkea viskositeetti verrattuna lasia muodostamattomien aineiden sulatteisiin [34] .

Erityisesti polymeerirakenteesta johtuen lasit voivat olla heterogeenisiä . Lasien polymerointi lasimaisessa tilassa antaa niille yksilöllisiä ominaisuuksia, jotka määräävät näiden rakenteellisten muodostumien luonteesta riippuen lasien läpinäkyvyysasteen ja muita ominaisuuksia. Yhden tai toisen kemiallisen alkuaineen , metallioksidin, yhdisteiden läsnäolo lasikoostumuksessa voi vaikuttaa sen väriin, sähkönjohtavuusasteeseen ja muihin fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin.

Lasin koostumus ja tekniikka

Lasia muodostavat aineet

Lasia muodostavia aineita ovat:
Oksidit :

Fluorit :

ja muut.

Lasin pääryhmät kemiallisen koostumuksen mukaan

Pääasiallisesta käytetystä lasia muodostavasta aineesta riippuen lasit ovat oksideja (silikaatti, kvartsi , germanaatti, fosfaatti, boraatti), fluori, sulfidi ja niin edelleen.

Silikaattilasien tyypit

Perusmenetelmä silikaattilasin valmistuksessa on sulattaa kvartsihiekan (SiO 2 ) , soodan (Na 2 CO 3 ) ja kalsiumkarbonaatin (CaCO 3 ) seos. Tuloksena on yhdiste, jonka koostumus on Na2O ·CaO· 6SiO2 .

Lasi sisältää pääkomponenttina 70-75 % piidioksidia (SiO 2 ) , joka on saatu kvartsihiekasta edellyttäen, että se on kunnolla rakeistettu ja puhdas. Venetsialaiset käyttivät tähän puhdasta Po-joen hiekkaa tai jopa toivat sitä Istriasta, kun taas böömilaiset lasinvalmistajat hankkivat hiekkaa puhtaasta kvartsista.

Toinen komponentti, kalsiumoksidi (CaO), tekee lasista kemiallisesti kestävän ja lisää sen kiiltoa. Lasille se menee kalkin muodossa. Muinaiset egyptiläiset saivat kalsiumoksidia simpukoiden murskatusta kivestä, ja keskiajalla sitä valmistettiin puiden tuhkasta tai merilevästä, koska kalkkikiveä ei vielä tunnettu lasinvalmistuksen raaka-aineena. Böömiläiset lasintekijät 1600-luvulla sekoittivat ensimmäisenä liitua lasimassaan .

Seuraava lasin komponentti on alkalimetallien oksidit - natrium (Na 2 O) tai kalium (K 2 O), joita tarvitaan lasin sulattamiseen ja valmistukseen. Niiden osuus on noin 16-17 %. Ne muuttuvat lasiksi soodan (Na 2 CO 3 ) tai potaskan (K 2 CO 3 ) muodossa, jotka hajoavat oksideiksi korkeissa lämpötiloissa. Sodaa saatiin ensin liuottamalla merilevän tuhkaa, ja merestä syrjäisillä alueilla käytettiin kaliumpitoista kaliumia, jota saatiin huuhtomalla pyökin tai havupuiden tuhkista.

Laseja on kolme päätyyppiä:

  • Sodakalkkilasi (1Na 2O : 1CaO : 6SiO 2 )
  • Kaliumkalkkilasi ( 1K2O : 1CaO: 6SiO2 )
  • Kaliumlyijylasi ( 1K2O : 1PbO: 6SiO2 )
Soda-kalkkilasi

"Soodalasi" ("kronglas", "kron") on helppo sulattaa, se on pehmeää ja siksi helppo käsitellä, ja lisäksi se on puhdasta ja kirkasta.

Kalium-kalsiumlasi

Potaskalasi , toisin kuin soodalasi, on tulenkestävämpää, kovempaa eikä yhtä sitkeää ja muovautuvaa, mutta sillä on vahva kiilto. Koska aikaisemmin sitä saatiin suoraan tuhkasta, jossa on paljon rautaa, lasi oli väriltään vihertävää ja 1500-luvulla sen värjäämiseen käytettiin mangaaniperoksidia. Ja koska metsä oli raaka-aineena tämän lasin valmistukseen, sitä kutsuttiin myös metsälasiksi. Potaskakiloa kohden käytettiin tonni puuta.

Lyijylasi

Lyijylasia (kide, "flint glass", "flint") saadaan korvaamalla kalsiumoksidi lyijyoksidilla. Se on melko pehmeä ja sulava, mutta erittäin raskas, sillä on voimakas kiilto ja korkea taitekerroin . Se hajottaa valonsäteet kaikkiin sateenkaaren väreihin ja aiheuttaa valon leikkejä.

Borosilikaattilasi

Boorioksidin sisällyttäminen panoksen alkalisten komponenttien sijaan antaa tälle lasille sulamattomuuden, kestävyyden äkillisille lämpötilanvaihteluille ja aggressiivisille ympäristöille. Koostumuksen ja useiden teknisten ominaisuuksien muuttaminen puolestaan ​​​​vaikuttaa kustannuksiin - se on kalliimpaa kuin tavallinen silikaatti. Käytetään laboratoriolasien valmistukseen.

Kvartsilasi

Puhdasta kvartsilasia saadaan sulattamalla erittäin puhtaita piidioksidiraaka-aineita (yleensä kvartsiittia , vuorikidettä ), sen kemiallinen kaava on SiO 2 . Kvartsilasin ominaisuuksia ovat läpinäkyvyys ultraviolettisäteille, tulenkestävyys ja lämpölaajenemiskerroin lähellä nollaa. Jälkimmäisestä syystä se kestää lämpötilan muutoksia ja epätasaista kuumennusta. Yksi tärkeimmistä nykyaikaisista käyttökohteista on korkeissa lämpötiloissa toimivat halogeenilamppujen polttimot ja ultraviolettikaasupurkauslamppujen polttimot . Sitä käytetään joskus myös tarkkuusmekaniikan osien materiaalina, joiden mitat eivät saa muuttua lämpötilan mukaan. Esimerkkinä on kvartsilasin käyttö tarkkuusheilurikelloissa. Kvartsilasi voi olla myös luonnollista alkuperää (katso yllä - klastofulguriitit), joka muodostuu salaman osuessa kvartsihiekkakertymiin (tämä tosiasia on yhden tekniikan alkuperän historiallisista versioista).

Joidenkin teollisuuslasien koostumus

Kemiallinen koostumus
Lasi SiO2_ _ B 2 O 3 Al2O3 _ _ _ MgO CaO BaO PbO Na2O _ _ K2O _ _ Fe2O3 _ _ _ SO 3
Ikkuna 71.8 — 2 4.1 6.7 — — 14.8 — 0.1 0.5
taara 71.5 — 3.3 3.2 5.2 — — 16 — 0.6 0.2
astiat 74 — 0.5 — 7.45 — — 16 2 0,05 —
Kristalli 56.5 — 0,48 — yksi — 27 6 kymmenen 0,02 —
Kemiallinen laboratorio 68.4 2.7 3.9 — 8.5 — — 9.4 7.1 — —
Optinen 41.4 — — — — — 53.2 — 5.4 — —
kvartsoidi 96 3.5 — — — — — 0.5 — — —
sähköpullo 71.9 — — 3.5 5.5 2 — 16.1 yksi — —
Sähkötyhjiö 66.9 20.3 3.5 — — — — 3.9 5.4 — —
Lääketieteellinen 73 neljä 4.5 yksi 7 — — 8.5 2 — —
Lämmönkestävä 57.6 — 25 kahdeksan 7.4 — — — 2 — —
lämmönkestävä 80.5 12 2 — 0.5 — — neljä yksi — —
lämpömittari 57.1 10.1 20.6 4.6 7.6 — — — — — —
Suojaava 12 — — — — — 86 — 2 — —
säteilyä kestävä 48.2 neljä 0,65 — 0,15 29.5 — yksi 7.5 — —
lasikuitu 71 — 3 3 kahdeksan — — viisitoista — — —

Kirkastettu lasi

Parannetut prosessit värillisten epäpuhtauksien poistamiseksi ja neutraloimiseksi arkkitehtonisten ja sisätilojen tasolasin valmistuksessa ovat antaneet valmistajille mahdollisuuden ilmoittaa eri merkkien "kirkastetun" lasin julkaisusta, jolle on ominaista lasin takana olevien esineiden parempi värintoisto ja parempi valonläpäisy. Merkkilasien käännetyissä kuvauksissa esiintyy termi "valaistut", mutta näissä laseissa ei ole optista valaistusta , vaan ne ovat yksinkertaisesti värjäytyneitä.

Väriaineet, äänenvaimentimet

Lasin valmistuksessa väriaineilla on suuri merkitys, jotka eivät vaikuta vain valmiin tuotteen väriin, vaan myös muuttavat ja nopeuttavat fysikaalisten ja kemiallisten reaktioiden kulkua lasin sulamisen aikana. Äänenvaimentimet ovat lisäaineita, jotka lisäävät valon sirontaa lasissa, kevyestä opaalista täydelliseen maitomaiseen opasiteettiin.

Muinaisista ajoista lähtien lasit on värjätty lisäämällä sulatteeseen metalliyhdisteitä, useimmiten oksideja. Esimerkiksi nykyaikaisessa tuotannossa CrO 3 :a käytetään keltaisen lasin , sinisen - CuO:n, vihreän - FeO:n, Fe 2 O 3 :n, oliivinruskean - V 2 O 3 :n, V 2 O 5 :n , violetin ja lilan - NiO:n ja Mn 2 :n valmistukseen. O3 . _ Lasin väri ei riipu vain oksidin tyypistä, vaan myös sen määrästä. Esimerkiksi koboltti(II)oksidi antaa pieninä määrinä sinistä lasia ja suurina määrinä violetti-sinistä. Kupari(II)oksidi natronkalkkilasissa antaa sinisen värin ja kalium-sinkissä vihreän värin.

Lasituotteiden sisäiset jännitykset

Lasituotteen tai työkappaleen jäähdytyksen aikana epätasainen jäähtyminen, monimutkainen muoto ja sulan epähomogeenisuus johtavat materiaalin massan sisäisten mekaanisten jännitysten muodostumiseen. Jos liian nopeasti jäähtynyt työkappale ei räjähdä itsestään - jatkotyöstö, vahingossa tapahtuva pieni isku, lämpötilan lasku voi tuhota tällaisen lasin, vaikka isku näyttäisikin merkityksettömältä. Jännitysten uudelleen jakautumisen vuoksi amorfisessa lasimassassa tuote saattaa ajan myötä halkeilla ilman näkyvää syytä. Sisäisten jännitysten lieventämiseksi käytetään lasin pitkäkestoista hehkutusta lämpötilassa, jossa tuotteen muodon muutosta voidaan vielä jättää huomiotta, mutta lasi jo saavuttaa riittävän juoksevuuden. Massiiviset valutuotteet jäähtyvät hyvin hitaasti, esimerkiksi ainutlaatuisten teleskooppien peiliaihiot vievät useita kuukausia. Jännitysten esiintyminen lasissa voidaan tarkistaa polariskoopilla : lasin jännittyneet osat pyörittävät läpäisevän valon polarisaatiotasoa eri tavoin ja laite näyttää selkeästi materiaalin sisäisen tilan. Samalla lasia voidaan joissain tapauksissa kovettaa , mikä luo hallitun puristusjännityksen pintakerroksiin.

Lasin mekaanisten ominaisuuksien parantaminen

Ideaalilasin teoreettinen lujuus (murtolujuus) on eri arvioiden mukaan 20-30 kertaa suurempi kuin rakenneterästen lujuus [35] . Oikeiden lasien suurin haittapuoli, hauraus  , johtuu pinta- ja sisäisten mikrovikojen läsnäolosta, joista tulee keskuksia, joista lasiosan tuhoutuminen alkaa. Lujuutta voidaan lisätä joko tasoittamalla näitä vikoja tai pakottamalla lasipinta toimimaan vain puristuksessa kappaleeseen kohdistuvien todellisten kuormitusten alla.

Pintavauriot tasoitetaan kiillottamalla - mekaanisella, kemiallisella tai tulella (pinnan sulatus). Esimerkiksi kemiallinen kiillotus fluorivetyhapossa syövyttämällä voi lisätä lasin lujuutta kymmenistä satoihin 5000 MPa:iin. Jälkimmäinen arvo on lähellä luonnollista rajaa johtuen tosiasiallisesti saavutettavissa olevasta sisäisen rakenteen homogeenisuudesta. Hienoksi kiillotettu lasi on kuitenkin suojattava välittömästi ja luotettavasti uusilta normaalin käsittelyn aiheuttamilta mikrovaurioilta (kosketus pölyisessä ympäristössä jne.). Ilman tätä lasin lujuus laskee nopeasti tasolle, joka on lähellä alkuperäistä.

Toisen menetelmän ydin on luoda lasin pintakerroksiin puristusesijännitys, joka kompensoi sisäkerrosten venymistä työosassa. Tämä saavutetaan kovettamalla, levittämällä lasi-emalipinnoitteita, muuttamalla pinnan kemiallista rakennetta. Amorfisen materiaalin, kuten lasin, kovettuminen eli nopea jäähtyminen johtaa siihen, että kovettuneet ja jäähtyneet pintakerrokset jatkavat kutistumista jäähtyvien ja kovettuvien sisäkerrosten vaikutuksesta, ikään kuin ulkoisen kylmän lineaaristen mittojen ero. ja sisäiset kuumat kerrokset ja niiden aiheuttamat muodonmuutokset "jäätyvät" ja jännitykset. Kuumaemalointi muodostaa pinnalle vastaavan lujuuden lasikerroksen, jolla on ennalta valittu pienempi lineaarilaajenemiskerroin, ja jopa suhteellisen hitaasti osan jäähtyessä normaaliin käyttölämpötilaan tämä kerros puristuu. Pinnan kemiallinen modifiointi on joko alkali-ionien poistamista piidioksidirakenteesta kuumassa tilassa, mikä vähentää pinnan TCLE:tä (lähestyen kvartsilasia), tai natriumionien vaihtoa suurempiin (kalium jne.) klo. alhainen lämpötila, joka aiheuttaa "turpoavan" pintakerroksen (esimerkki on hyvin tunnettu "Gorilla Glass" älypuhelinten näytöille ).

Karkaistu lasi hajoaa törmäyksessä (autokolari, rikkoutunut ovi tai arkkitehtoninen paneeli) pieniksi tylppäkulmaisiksi paloiksi, jotka muistuttavat lantiota eivätkä aiheuta vakavia vammoja. Tästä tulee englanninkielinen termi "turvalasi". Venäjällä tällaista lasia kutsutaan "staliniitiksi", koska se otettiin käyttöön laajalti auto- ja sotilastuotannossa.

Eräs tapa vahvistaa ja suojata valmiita lasirakenteita (talojen ja autojen ikkunoita, puhelimien ja tablettien näyttöjä) on kiinnittää niihin erilaisia ​​polymeerikalvoja, joiden paksuus on noin 0,1–2,0 mm. Suojakalvot ovat riittävän kovia kestämään naarmuja ja joustavia ja tarpeeksi lujia, etteivät ne halkeile osuessaan. Ikkunoiden ja vitriinien paksujen "panssarikalvojen" lujuus, kun ne on kiinnitetty oikein runkoon, sallii jonkin aikaa vastustaa ikkunan lyömistä metallityökalulla [36] . On jopa luotu kalvoja, jotka tekevät lasista luodinkestävän [37] .

Vahvike ("rourteen" tyyppinen rakennuslasi) vastoin yleistä käsitystä heikentää lasia, tekee siitä hauraamman verrattuna samaan monoliittiseen lasiin. Vahvistuslanka arkkitehtonisissa paneeleissa palvelee suuria karkaisemattoman lasin sirpaleita ja matkan varrella koristetarkoituksiin.

Leikkaus, koneistus

Lasin leikkaaminen - sen halkaisu käytetyn riskin mukaan, joka toimii jännityksen keskittäjänä ja määrittää halkeamissuunnan. Jännitystä voidaan luoda sekä perinteisellä taivutuksella että paikallislämmityksellä liekillä tai sähköpatterilla. Leikkauslinjan ei tarvitse olla suora - pistelämmitys mahdollistaa halkeaman ajamisen melko jyrkkiä kaarteita pitkin. Käytetyn riskin tulee olla riittävän syvä, mutta samalla tasaiset, puhtaat reunat ilman lastuja; on suositeltavaa esivoidella lasi öljyllä tai kerosiinilla. Riskin tulee olla tuore - lasin luonnollisen amorfisen juoksevuuden vuoksi käytetty viiva "kelluu", ja muutaman minuutin kuluttua lasin rikkominen on vaikeampaa. Timanttia käytettiin ennen leikkurina, mutta nykyään se on lähes yksinomaan kovia seoksia . Kovametallileikkurit mahdollistavat lasin poraamisen ja tasaisen sorvauksen, mutta pääasiallinen työstömenetelmä on erilaisia ​​hiontatyyppejä yksinkertaisesta sisälasien reunojen muotoilusta ja kaiverruksesta astioihin laboratorioosien ja tarkasti muotoiltujen osien valmistukseen. Erityisistä hioma-aineista voidaan mainita aiemmin käytetty "krokus" ( rauta(III)oksidi ) ja "polyriitti" (seriumdioksidi ) , joka korvasi sen autolasien käsittelyssä, sekä tunnettu " GOI-tahna " " (State Optical Institute), joka perustuu kromioksidiin (III) . Kirjoitusten kiinnittämiseen, diffraktioritiöiden ja vastaavien mikroreliefien tekemiseen lasiin, käytetään fluorivetyhapossa olevaa maskietsausta .

Lasien juotettavuus metallien kanssa

Sähkötyhjiötuotannon, laboratoriolaitteiden, elektroniikan kannalta lasien kyky muodostaa vakaa kaasutiivis tiiviste tiettyjen metallien ja metalliseosten kanssa on tärkeää. Sähkötyhjiötekniikan kynnyksellä platinalankaa käytettiin juotettujen holkkien valmistukseen lasiksi , jonka lämpölaajenemiskerroin on yhtä suuri kuin tavallisten silikaattilasien. Luonnollisesti tällainen risteys ei sovellu massatuotantoon. Sähkölampputeollisuuden tarpeiden kasvaessa työtä tehtiin kolmeen suuntaan - erikoislasien kehittäminen, joiden TEC on yhtä suuri kuin käytetyn metallin TEC, syöttömateriaalin luominen, jonka TEC vastaa tavallista lasia, sekä juotosmateriaalien tekniikan parantaminen erilaisilla TCR:illä. Ensimmäisessä tapauksessa tuloksena syntyi "molybdeeni", "volframi", "titaani" jne. lasit, joiden nimellä ei ole mitään tekemistä kemiallisen koostumuksen kanssa, mutta jotka osoittavat TCR:n yhdenmukaisuutta vastaavien lasien kanssa. metalli; esimerkki on hehkulampun "jalka", jossa on juotetut molybdeenifilamenttikannattimet. Toisessa luotiin "platina", nikkeliteräksestä valmistettu bimetallilanka, joka oli päällystetty kuparilla, jonka määrä on neljäsosa langan kokonaismassasta; Näiden metallien TCR, summattuina sellaiseen suhteeseen, vastaa borosilikaattilasin TCR:ää, ja oksidikalvolla päällystetty kupari muodostaa helposti kaasutiiviin sauman, jolla on tunnusomainen tiilen väri, joka näkyy kaikissa fluoresoivissa valoissa. ja radiolamput. Kolmannessa tapauksessa, toisin kuin kahdessa ensimmäisessä, muodostuu "epäjohdonmukainen" liitos (esimerkiksi borosilikaattilasi kupariosalla), joka on vakaa pääasiassa ohutseinäisen metalliosan elastisuuden vuoksi ja kapealla lämpötila-alueella. .

lasiryhmä TCLE, 10 −7 K −1 Ominaisuudet [38]
kvartsilasi 5.4-5.8 Ei muodosta johdonmukaisia ​​liitoksia minkään metallin kanssa; erittäin korkea mekaaninen lujuus ja lämpöstabiilisuus; käytetään laboratoriolaitteisiin, halogeenilamppuihin ja korkean intensiteetin purkauslamppuihin. Kemiallisen koostumuksen mukaan 98,8-99,9 % koostuu SiO2:sta.
Volframi 33-40 Juotettu volframi; laseja käytetään laboratoriolaitteiden, korkeissa lämpötiloissa ja merkittävässä mekaanisessa rasituksessa toimivien valonlähteiden valmistukseen. Tähän ryhmään kuuluvat myös pyrex-lasit (TKLR n. 33).
molybdeeni 47-49 Juote molybdeeni, salakavala; Käyttöalue on sama kuin volframilasilla, alttiina pienemmälle mekaaniselle rasitukselle ja alhaisemmille lämpötiloille.
titaani 72-76 Titaani on juotettu; Sitä käytetään pääasiassa laboratoriolasien valmistuksessa.
Platiniitti 87-100 Juotettu platina, platina; Suosituimmat valonlähteiden (hehkulamput, loisteputket, kaasulamput) valmistukseen käytettävät lasit erottuvat keskimääräisestä mekaanisesta lujuudesta ja lämpöstabiilisuudesta.
Rauta 100-120 Rauta juotetaan; käytetään laboratoriolasien valmistukseen ja sähkölamppujen valmistukseen tarkoitettujen sokkeloiden kaatamiseen.
siirtymäkauden 54-86 Niitä käytetään siirtymään yhden ryhmän laseista toiseen, yleensä molybdeenilasista platinaan tai kvartsista volframiin.

Erilaisten lasityyppien käyttö

Optinen lasi

Optiselle lasille asetetaan erityisiä teknisiä vaatimuksia. Niiden joukossa on homogeenisuus, joka arvioidaan asiantuntija-analyysin perusteella siinä olevien juovien asteen ja lukumäärän sekä läpinäkyvyyden perusteella tietyllä spektrialueella. Tietyt formulaatiot (esimerkiksi harvinaisten maametallien lisääminen) mahdollistavat lasien optisten ominaisuuksien hienosäädön monimutkaisten optisten järjestelmien luomiseksi, joilla on paras vääristymän kompensointi.

Taitekertoimen ja dispersiokertoimen (tai keskimääräisen dispersion ) arvojen mukaan optiset lasit jaetaan eri tyyppeihin. GOST 3514-94 määrittelee seuraavat värittömät optiset lasit [39] :

  • Vaaleat kruunut (LC)
  • Fosfaattikruunut (FC)
  • Raskaat fosfaattikruunut (HPA)
  • Kruunut (K)
  • Bariittikruunut (eKr.)
  • Raskaat kruunut (TK)
  • Erittäin raskaat kruunut (STK)
  • Erikoiskruunut (OK)
  • Cronflints (KF)
  • Bariittikivet ( BF )
  • Raskaat bariittikivet (TBF)
  • Kevyet piikivet (LF)
  • Kivet (F)
  • Raskaat piikit (TF)
  • Erittäin raskaat piikit (STF)
  • Erikoiskiivet (OP)

Jokainen tyyppi sisältää useita lasimerkkejä, joiden GOST-määritelmä on yhteensä 180.

Optisen lasin käsittely on yhtä tärkeää kuin materiaalin ominaisuudet, ja lisäksi se liittyy läheisesti lasin mekaanisiin ja lämpöominaisuuksiin. Vain ottamalla huomioon koko tekijöiden kokonaisuus (kuumennus hionnan aikana, voimien ja muodonmuutosten jakautuminen työkappaleen kokoonpanon aikana jne.) mahdollistaa optisen elementin, jonka muoto vastaa tarkasti laskettua elementtiä.

Korkealaatuisia optisia laseja käytetään tiedeintensiivisimmillä teollisuudenaloilla - sotilas-, ilmailu-, tieteellisen perustutkimuksen instrumenttien ja huippuluokan kuluttajaoptiikan luomisessa. Siksi saavutettu teknologian taso optisen lasin valmistuksessa ja käsittelyssä heijastaa koko alan kehitystasoa.

Kirkasta ja värillistä lasia

Kirkas lasi

Antiikkilasin valmistus perustui puhdistamattomien luonnonmateriaalien käyttöön - hiekka, tuhka, sooda, huonosti saastuneita mineraaleja. Tämän seurauksena lasi oli usein samea ja täynnä sulkeumia. Läpinäkyvän lasin resepti tunnettiin antiikin aikana, mistä todistavat antiikkipullot ja balsamit , mukaan lukien värilliset - Pompeian freskoilla näemme täysin läpinäkyviä hedelmiä sisältäviä astioita. Mutta keskiajalle asti, jolloin lasimaalaukset yleistyivät, ei tarvinnut tavata lasinvalmistusnäytteitä, joilla olisi selvästi nämä ominaisuudet [40] [41] .

Lasia käytetään aktiivisesti rakentamisessa, erityisesti rakennusten läpikuultavissa rakenteissa.

Värillinen lasi

Tavallisella lasimassalla on jäähdytyksen jälkeen kellertävänvihreä tai sinivihreä sävy. Lasi voidaan värjätä, jos seoksen koostumukseen lisätään esimerkiksi tiettyjen metallien oksideja, jotka kypsennyksen aikana muuttavat sen rakennetta, mikä puolestaan ​​saa lasit jäähdytyksen jälkeen korostamaan tiettyjä värejä niiden läpi kulkeva valospektri. Rautayhdisteet värjäävät lasin väreissä - sinivihreästä ja keltaisesta punaruskeaan, mangaanioksidi - keltaisesta ja ruskeasta purppuraan, kromioksidi - ruohonvihreä, uraanioksidi - kellanvihreä ( uraanilasi ), kobolttioksidi - sinisenä ( kobolttilasi), nikkelioksidi - violetista harmaanruskeaan, antimonioksidi tai natriumsulfidi - keltaisena ( kolloidinen hopea kuitenkin värjää kauneimman keltaisen ), kuparioksidi - punaisena (ns. kuparirubiini toisin kuin kultainen rubiini, joka on saatu lisäämällä kolloidista kultaa). Luulasi saadaan samentamalla lasimassa poltetulla luulla ja maitolasia lisäämällä maasälpän ja fluorisälvän seosta . Samoilla lisäyksillä, kun lasimassa on hämärtynyt hyvin heikosti, saadaan opaalilasia. Sävytettyjä laseja käytetään muun muassa värisuodattimina .

Lasimaalauksen taiteen kehittyminen liittyy tietyn muotoisen läpinäkyvän värillisen lasin tuotantoon . Toinen hyvin tunnettu värillinen lasityyppi on mosaiikkismalti , usein käsintehty, epäsäännöllisen muotoinen, eri sävyjä ja peittävyysasteita. Klassisia esimerkkejä smaltin käytöstä ovat bysanttilaisten temppelien koristelu ja Samarkandin arkkitehtoniset kokonaisuudet .

Taidelasi

Tämä materiaali syntyi alun perin, sen koristeellisten mahdollisuuksiensa moninaisuuden ja ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta, mukaan lukien samankaltaisuus kauneimpien jalokivien kanssa, ja joskus ne jollain tapaa ylittäen, nimenomaan taiteen kautta, siitä hetkestä, kun harkon ensimmäinen ilmestyi mestarin käsiin - miellyttää ja luultavasti aina lumoava, on läsnä jonkun elämässä, joka pystyy arvostamaan sen kauneutta. Olisi hyödyllistä muistaa, että aikoinaan vain lasi pystyi kilpailemaan kullan kanssa hinnallaan. Itse asiassa sen varhaisimmat ihmisen tekemät esimerkit ovat koristeita.

  • Lasinpuhallus on toimenpide, jonka avulla viskoosista sulateesta saadaan erilaisia ​​muotoja - palloja, maljakoita, laseja.

Lasipuhaltimen näkökulmasta lasit jaetaan "lyhyisiin" (tulenkestävät ja lämmönkestävät, esimerkiksi " pyrex "), muoviin erittäin kapealla lämpötila-alueella ja "pitkiin" (sulaviin, esim. lyijy) - jolla tämä väli on paljon leveämpi.

Lasinpuhaltimen tärkein työväline, sen puhallusputki on 1-1,5 m pitkä metalliputki, jonka kolmasosa on puinen ja jonka päässä on messinkinen suukappale. Lasipuhallin kerää putken avulla sulan lasin uunista, puhaltaa sen pallon muotoon ja muotoilee sen. Tätä varten hän tarvitsee metallisakset lasimassan leikkaamiseen ja kiinnittämiseen putkeen, metallista valmistetut pitkät pinsetit lasimassan vetämiseen ja muotoiluun, kohokuvioitujen koristeiden muodostamiseen jne., leikkauksen koko tuotteen leikkaamiseen putkesta ja puinen lusikka (kaulintappi, keilat - puolan muodossa) kirjoitetun lasimassan tasoittamiseksi. Näillä työkaluilla esimuotoiltu lasipuhallin ("purkki") laitetaan puusta tai raudasta valmistettuun muottiin. Poistosta jäljelle jäänyt jälki (suuttimet, korkki) on poistettava jauhamalla.

Valmis tuote kaadetaan putkesta haarukkaan ja viedään hehkutusuuniin. Tuotteen hehkutus suoritetaan useita tunteja noin 500 °C:n lämpötilassa siihen syntyneiden jännitysten poistamiseksi. Hehkuttamaton tuote voi murentua niiden takia pienimmästäkin kosketuksesta ja joskus spontaanisti. Esittelytarkoituksessa tämä ilmiö on jo pitkään osoitettu tehokkaasti Batavian kyyneleillä  - jäätyneillä lasipisaroilla.

  • Lasin hionta ja kiillotus
  • Lasin leikkaus
  • Lasin metallointi ja värjäys

Nykyaikaiset lasitaiteen tyypit ovat sulatus ja lampuntyöstö , pienten korujen ja koriste-esineiden luominen käsitaskulamppulla tai pienellä pöytätasolla olevalla sähköliesillä.

Lasi emali

Hienojakoiseen lasijauheeseen perustuvaa, sulattamalla kiinnitettyä emalia käytetään laajalti kestävänä viimeistelypinnoitteena keraamisiin laattoihin, keraamisiin ja metallisiin astioihin , metalli- ja fajanssikylpytavaroihin, galvanointikylpyihin ja kemiallisiin laitteisiin, keittiön liesien pintoihin, pesukoneiden säiliöihin ja vedenlämmittimet, lääketieteelliset ja elintarvikelaitteet. Taiteellinen "kuuma emali" on materiaali, jolla on suhteellisen rikas paletti, erinomainen kestävyys ja kiilto, jota käytetään laajalti keramiikassa ja laattataiteessa. Termi "emali", jota nyt käytetään polymeeripohjaisiin läpinäkymättömiin maaleihin, liittyy etymologisesti termiin "smalt", joka tulee saksalaisesta sanasta "smalt" "sulaamaan". Emalointi keraamisille tuotteille antaa niille lasille tyypilliset hygieeniset ominaisuudet, tekee niistä sileitä, kiiltäviä ja kovettaa pintaa (fajansikupin ulkonäkö ennen emalointia näkyy sen pohjan karkeasta reunasta tai kuivausuuniin ja uuniin asennettavasta reunasta ). Ennen nykyään halpojen fajanssiastioiden koristeluun käytettyjen kestävien polymeeritarrojen leviämistä keramiikkaan levitettiin värikäs kuvio yksinomaan kuumaemaloinnin avulla. Teräs- ja valurautakylpyjen, kemiallisten, lääketieteellisten, kulinaaristen astioiden ja laitteiden emalointi antaa niille kemiallisen kestävyyden, lasipintojen kovuuden ja kestävyyden yhdistettynä metallin lujuuteen. Emalointi oli erityisen yleistä ennen ruostumattomien terästen ja muovien massakäyttöä näillä alueilla.

Emali levitetään pinnalle lasijauheen ja veden seoksena (liukumäinen), jonka tiheys on nestemäisestä suspensiosta ei-nestemäiseksi massaksi, tai ruiskuttamalla kuivaa jauhetta. Ilmakuivauksen tai kevyen lämmityksen jälkeen tuote kuumennetaan emalilasin sulamispisteeseen (poltto 600–900 °C) ja jäähdytetään hitaasti. Lasi sulautuu läpäisemättömäksi kalvoksi, tarttuu pintaan ja imeytyy osittain siihen, jos se on huokoista tai karkeaa. Jos lasi ja pohja on valittu oikein ja emalikerros on riittävän ohut, tuote kestää hyvin lämpötilan vaihteluita. Suuremman lujuuden saamiseksi levitetään useita kerroksia polttamalla jokainen - esimerkiksi metalliastioiden, kylpyammeiden reunoilla voit nähdä mustan tai sinertävän kerroksen pohjustusemaalia, johon on lisätty kobolttia ja nikkeliä paremman kiinnittymisen metalliin. Valitettavasti lasiemali on hauras, ja metallipohjan mekaanisen iskun, taipumisen tai vääntymisen aikana se muodostaa siruja ja halkeamia, jotka paljastavat metallin. Emalipinnoitteen korjaaminen on vaikeaa eikä aina tarkoituksenmukaista. Paikalliseen korjaukseen tarkoitetut polymeerimateriaalit ovat lyhytikäisiä ja epävakaita verrattuna lasiin, irtoavat erilaisten pinnoitteiden reunoilla, laastari menettää alkuperäisen värinsä, muuttuu ajan myötä keltaiseksi tai imee väriaineita. Vanhojen kotitalousammeiden ja teollisuussäiliöiden kunnostukseen käytetään usein jatkuvaa pinnoitetta, jossa on paksu kerros polymeerimateriaalia (tuttu "kylpyemalointi" -palvelu) tai niiden muotoa toistavaa muoviosaa. Jopa tällainen korjaus antaa kuitenkin harvoin kestävyyttä, jonka samoissa olosuhteissa tarjosi kuuma emalointi.

Taiteellinen emalimaalaus keramiikkaan tai tulenkestävämmälle lasille on teknisesti melko yksinkertaista ja yleistä myös amatööriolosuhteissa (on tunnettu tapa polttaa emalituotteita kotitalouksien mikroaaltouunissa [42] käyttämällä erityistä keraamista upokasta, jossa on resistiivinen sisäkerros). Eri värien saamiseksi joko värilliset lasit hiotaan tai valmiiseen jauheeseen tai liuskaan lisätään pigmenttejä. Käsinmaalauksen, sekä tekijän että "kuljettimen" lisäksi tarjolla on yksinkertaisen sisustuksen levittäminen stensiiliin ja täysvärikonepainatus  - myös levitetyn jauheen myöhemmällä poltolla. Perinteinen kuuma emali on erotettava nykyaikaisista polymeerimaaleista ja tarroista - materiaaleista, jotka vähentävät tekniikan kustannuksia, eivät vaadi korkeita lämpötiloja kiinnitykseen, mutta niillä ei myöskään ole kestävyyttä ja lasin tyypillisiä maalauksellisia ominaisuuksia.

Lasi-emalikoostumuksia käytetään myös pintojen sähköeristykseen (esimerkiksi kondensaattoreissa) ja korkean lämpötilan "liimana" elektronisten ja muiden laitteiden (metalli-)keraamisia koteloita koottaessa.

Fotokromaattiset, termokromiset ja lämpölasit

Valo- ja termokromaattiset lasit pystyvät kääntämään valon absorptiota valon tai lämpötilan vaikutuksesta. Valossa tummuvia fotokromaattisia laseja on käytetty laajalti 1900-luvun puolivälistä lähtien "kameleonttilasien" linsseinä rakennusten lasitukseen kuumassa ilmastossa. Autoissa tällainen lasi ei juurtunut sopimattomien himmennysominaisuuksien vuoksi, mutta usein käytetään lämpölaseja, jotka lähettävät heikosti infrapunasäteitä ja vähentävät matkustamon lämmitystä auringon vaikutuksesta; ne voidaan erottaa niiden ominaisesta, tavallisesti vihertävästä sävystä.

Sähkökrominen lasi

Sovelluksiin, joissa läpinäkyvyyden muutos on hallittu, on luotu sähkökromaattisia materiaaleja - laminoituja laseja ja sävytyskalvoja, jotka ovat paketti läpinäkyviä elektrodeja ja polymeerikalvomatriisi, jossa on nestekiteiden tai epäorgaanisten ionien sulkeumia, jotka on suljettu tavallisen lasin kerrosten väliin tai suojakalvot olemassa olevan lasielementin kiinnittämiseksi. Kun elektrodeihin syötetään jännite, sulkeumien suhteellinen sijainti matriisissa muuttuu, mikä muuttaa pakkauksen optisia ominaisuuksia. Pakkauksessa oleva lasi toimii vain lujina ja suojaavana rakenne-elementtinä, toisin kuin fotokromaattiset lasit, jotka on värjätty irtotavarana.

Smart lasi

Älylasi on moderni yhteisnimitys lasi-, ikkuna- ja sisälasirakenteille, joiden ominaisuudet ja toiminnot ylittävät perinteisiä. Nämä voivat olla laseja, jotka muuttavat optisia ominaisuuksiaan (sumu, läpäisykyky , lämmön absorptiokerroin jne.) valaistuksen, lämpötilan tai sähköjännitteen yhteydessä, sisäpaneelit, joissa on huonelämmitystoiminto, ääntä lähettävät tai vaihtuvat huurreprojektioon näyttö. Arkkitehtuurin "älykkäiden" lasien käsitteen laajin tulkinta voi sisältää jopa esimerkiksi ikkunat, joissa on mekaaninen automaattinen ilmanvaihtojärjestelmä. Automotive smart glass tarkoittaa pääsääntöisesti sähkökromaattista kolmiosaa .

Lasi dielektrisenä

Eristeiden materiaalina lasille on tunnusomaista korkea sähkölujuus, pintamurtumiskestävyys, suhteellisen pienet dielektriset häviöt, lämmönkestävyys, materiaalin ja liitoskohtien kaasunläpäisevyys, inertisyys, suhteellinen lujuus ja korkea mittastabiilius, parametrien muuttumattomuus ajan myötä. sopiva moodivalinta. Lasieristeitä käytetään suurjännitelinjoissa, suurimmassa osassa sähkötyhjiölaitteita, kondensaattoreiden, transistoreiden, mikropiirien koteloissa, indikaattoreissa, releissä ja muissa elektronisissa komponenteissa, erityisesti kriittisissä. Kondensaattorit tunnetaan lasieristetyistä metallilevyistä koostuvan sintratun paketin ja lämmönkestävän lasikuitueristeen johtojen muodossa.

Laserit lasilla

Erikoistyyppistä lasia ( seostettu neodyymillä , ei-silikaatti jne.) käytetään laajalti aktiivisena väliaineena solid-state lasereissa. Lasin avulla voidaan luoda suurikokoisia ja hyvälaatuisia aktiivisia elementtejä sovelluksiin, jotka vaihtelevat kaupallisesta metallintyöstyksestä fuusiokokeisiin satojen terawattien pulssitehoilla .

pH-mittari

1900-luvun alussa tutkittaessa lasin käyttäytymistä elektrolyyttiliuoksissa havaittiin galvaanisen kennon EMF : n lähes lineaarinen riippuvuus, jonka yksi elektrodeista on valmistettu tavallisesta soodalasista (käytännössä ohuen, heikosti sähköä johtavan lasikalvon muoto, joka peittää riittävän sähköä johtavan kappaleen) vetyionien pitoisuudella liuoksessa (pH). Herkän volttimittarin avulla tuli mahdolliseksi mitata suoraan kuinka "hapan" tai "emäksinen" testiliuos on. Työskentely lasielektrodilla on yksinkertaisempaa ja halvempaa kuin platinalla , etuja kemiallisiin indikaattoreihin verrattuna  ovat mittauksen jatkuvuus, tiukka määrällinen arviointi, ei vaikutusta ratkaisuun, mahdollisuus sisällyttää mittari kemiallisten laitteiden automaattiseen ohjauspiiriin. Lasielektrodi on kemiallisesti inertti ja stabiili ajan mittaan. Lasielektrodin teoria kehitettiin yksityiskohtaisesti 1900-luvun puolivälissä tieteen määrätietoisten ponnistelujen seurauksena, jotka liittyivät teollisten teknologioiden luomiseen aselaatuisen uraanin ja plutoniumin tuotantoa varten. Nyt pH-mittarit ovat yleisön saatavilla, ja ionometrian (mitä ei pelkästään pH:ta, vaan myös muiden ionien pitoisuuksia käyttämällä sopivia elektrodeja) laajuus on erittäin laaja.

Huokoinen lasi

Kun tavallista silikaattilasia käsitellään vedellä tai happoliuoksilla, alkalimetalli- ja booriyhdisteet huuhtoutuvat pois sen pinnalta, jolloin jäljelle jää sienimäinen kalvo kiinnittyneistä piidioksidimolekyyleistä. Valitsemalla alkuperäisen lasin koostumuksen ja lämpökäsittelyn, liuotin- ja liuotusolosuhteet on mahdollista saavuttaa Na 2 O:n ja boorianhydridin lähes täydellinen liukeneminen, jolloin saadaan jäykkä piidioksidirakenne, jossa on molekyylikokoisia läpivientihuokosia, jotka säilyttävät ulkonäön. otetusta lasinäytteestä. Tällaiselle materiaalille on tunnusomaista hyvä huokoskoon toistettavuus, sen pieni sironta näytteessä ja sitä voidaan käyttää tehokkaana selektiivisenä adsorbenttina kromatografiassa, kaasujen ja muiden aineiden erottamisessa, biosynteesissä, substraattina mikro-organismien kiinnittämisessä, molekyylisuodattimena, katalyytin kantaja ja monilla muilla tieteen aloilla, teknologiassa ja lääketieteessä.

Vaahtolasi

Vaahtolasia ei pidä sekoittaa huokoiseen lasiin - lämpöä eristävään rakennus- ja rakennemateriaaliin, joka saadaan vaahdottamalla lasimassaa panoksessa olevista lisäaineista, jotka vapauttavat kaasuja korkeassa lämpötilassa. Vaahtolasille on ominaista suhteellisen suuret suljetut huokoset, alhainen ominaispaino (kelluu vedessä), opasiteetti. Sitä käytetään muotoiltuina rakennuspalikoina ja muotoiltuina lämpöeristeen osina, rakeina, kuten paisutettu savi , murskattu lastu, kuten sora onteloiden täyttöön ja kevytbetonin täyttämiseen. Rakentamiseen käytettynä sillä on hyvä lämmön- ja palonkestävyys, riittävä kemiallinen ja biologinen inertisyys, ei ime vettä, ei vapauta hienojakoista ja kuitumaista pölyä.

Lasikuitu ja lasikuitu

Tavallisella lasilla voidaan valmistaa ohuita, erittäin joustavia lankoja, jotka soveltuvat kankaan valmistukseen. Vedämällä sulasta valmistetaan minkä tahansa pituinen monofilamentti ja lyhyiden kuitujen puuvillamainen massa ruiskuttamalla lasisuihkua kuumalla kaasulla.

Lasikuidut ovat erittäin vahvoja ja jäykkiä ( vetolujuus on verrattavissa teräkseen, elastisuus  - kovilla alumiiniseoksilla), halpoja valmistaa, säilyttävät lasin dielektriset ominaisuudet, kemiallisen kestävyyden ja tulenkestävyyden. Kankaita, lineaarisia lankoja ja katkottua (villan kaltaista) lasikuitua käytetään valtavan määrän komposiittimateriaalien ( lasikuitu , lasikuitu , lasitäytteiset valetut muovit), sähköä eristäviä (kudotut lasinauhat, lankapunokset) ja lämpöä eristäviä ( lasi ) valmistukseen. villa , kuitukangas ) materiaalit.

Rakentamisessa betonin lasikuitulujikkeet ovat yleistymässä, samoin kuin betoniseosten tilavuushajotus emäksestä kestävillä lasikuiduilla (roving) ja valssatut bitumikatot lasikuitukankailla. Samanaikaisesti lasivilla ja muut sitomattomat lasikuitumateriaalit vapauttavat huolimattomasti käytettynä hienojakoista pölyä terävistä, kovista kuiduista, jotka voivat vahingoittaa ihoa ja hengityselimiä.

Optinen kuitu

Erikoislasista peräisin olevaa kuitua käytetään laajalti kuituoptiikassa . Tällä hetkellä nämä ovat pääasiassa Internetin, puhelin- ja paikallistelevisioverkkojen sekä optisten signaalien jakelulaitteiden perustan muodostavia viestintälinjoja. Mutta on mahdollista luoda optisten kuitujen nipuista ja "makroskooppisen" optiikan perinteisistä elementeistä, esimerkiksi linsseistä.

Tietoliikennelinjojen optinen kuitu on suhteellisen paksu (noin 0,1 mm) kaksikerroksinen filamentti, jonka ydin ja verhous on valmistettu erityyppisestä lasista ja joilla on erilaiset taitekertoimet; linjassa toimivan lasersäteilyn aallonpituus on yhdenmukainen käytetyn lasin suurimman läpinäkyvyyden "ikkunoiden" kanssa. Tämän paksuinen filamentti on edelleen riittävän joustava asennuksen helpottamiseksi ja se on varustettu jäykällä muovisella suojavaipalla, joka mahdollistaa lasikuitujen käytön myös kotioloissa ( GPON ). Päälinjoilla vain lasikuitujärjestelmät tarjoavat satojen ja tuhansien kilometrien lähetysalueen ilman välivahvistusasemia, ja tällä hetkellä ne ovat korvanneet kokonaan muut tekniikat tältä alueelta. Käytännön työskentely valokuidun parissa vaatii kalliita laitteita lasin tarkkuushitsaukseen, pätevää henkilökuntaa ja syntyviä teräviä, kovia ja "ikuisia" kuidunpalasia pidetään vaarallisena jätteenä.

Radioaktiivisen jätteen lasittaminen

Radioaktiivisen jätteen loppusijoitus edellyttää radioaktiivisten isotooppien yhdisteiden luotettavaa sitoutumista riippumatta niiden leviämisestä, vesiliukoisuudesta, kaasun ja lämmön vapautumisesta sekä tilavuuden muutoksista ajan myötä. Tähän tarkoitukseen käytetään laajasti ydinjätteen sulattamista lasimassaksi. Vastaavat suolat ja oksidit joko liukenevat lasiin kuuluen sen kemialliseen rakenteeseen tai jäävät hienojakoisiksi kiteiksi, joita ympäröi lasimassa ("matriisi"). Tällaisen materiaalin lohko on riittävän vahva, vakaa ja kemiallisesti inertti estääkseen radioaktiivisten aineiden leviämisen ympäristöön veden ja ilman mukana. Lohkot sijoitetaan varastotiloihin, kuten syviin kaivoihin vakaan ja läpäisemättömän kiven paksuuteen, missä ne voivat olla satoja vuosia ennen luonnollista radioaktiivisuuden häviämistä. Samaa menetelmää ehdotetaan käytettäväksi joidenkin myrkyllisten aineiden säilytykseen [43] .

Kulttuurissa

Lasin ominaisuuksista on tullut lukuisia kirjallisia käänteitä. Esimerkiksi on olemassa sellaisia ​​sanontoja: raittiina kuin lasi , ystävyys on kuin lasi: jos rikot sen, et kokoa sitä (vaihtoehto: jos rikot sen, et kerää sitä) [44] .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Luonnossa on nesteitä, jotka eivät normaaleissa koeolosuhteissa voi siirtyä kiteiseen tilaan jäähtyessään. Yksittäisten orgaanisten polymeerien molekyylit ovat niin monimutkaisia, etteivät ne voi muodostaa säännöllistä ja tiivistä hilaa - jäähtyessään ne menevät aina vain lasimaiseen tilaan (katso lisätietoja DiMarzio EA :n lasien tasapainoteoriasta // Ann. New York Acad. Sei. 1981. Voi. 371, s. 1-20). Harvinainen muunnelma nesteen "kiteytymättömyydestä" on siirtyminen lasimaiseen tilaan lämpötiloissa, jotka ovat lähellä likviduslämpötilaa T korkeammissa ...jopataiL Tiettyjen kemiallisten yhdisteiden nesteille ei tarkoiteta T L: ää , vaan kiteiden sulamispistettä, mutta poissaolopisteen ( solidus ) ja kiteytymisen alkamisen yksinkertaistamiseksi T L merkitään tässä riippumatta siitä, mikä homogeenisuus on ainetta. Mahdollisuus siirtyä nesteestä lasimaiseen tilaan johtuu jäähtymisnopeudesta lämpötila-alueella, jossa kiteytymistodennäköisyys on suurin – T L :n ja lasittumisalueen alarajan välillä. Mitä nopeammin aine jäähtyy stabiilin nesteen tilasta, sitä todennäköisemmin se muuttuu kiteisen faasin ohittaen lasimaiseksi. Kaikille aineille, jotka voivat mennä lasimaiseen tilaan, voidaan luonnehtia niin sanottu kriittinen jäähdytysnopeus  - pienin sallittu nopeus, jolla se palautuu jäähtymisen jälkeen lasimaiseen tilaan. - Shults M. M. , Mazurin O. V. Moderni käsitys lasien rakenteesta ja niiden ominaisuuksista. - L .: Tiede. 1988 ISBN 5-02-024564-X
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 Shults M. M. , Mazurin O. V. Nykyaikainen ymmärrys lasien rakenteesta ja niiden ominaisuuksista. - L .: Nauka, 1988. ISBN 5-02-024564-X
  3. ↑ Walde A. Lateinisches etymologisches Wörterbuch. - Carl Winterin Universitätsbuchhandlung. - 1906. - S. 845.
  4. ↑ Orel V. Germaanisen etymologian käsikirja. - Leiden - Boston: Brill, 2003. - s. 135.
  5. ↑ Vasmer M. Venäjän kielen etymologinen sanakirja, osa 3. - M .: Edistyminen. - 1964-1973. - S. 752-753.
  6. ↑ Chernykh P. Ya. Nykyaikaisen venäjän kielen historiallinen ja etymologinen sanakirja, osa 2. - M .: Venäjän kieli. - 1993. - S. 200.
  7. ↑ Preobrazhensky A. G. Venäjän kielen etymologinen sanakirja, osa 2. - M .: G. Lissnerin ja D. Sovkon kirjapaino. - 1910-1914. - S. 549.
  8. ↑ Brückner A. Słownik etymologicny języka polskiego. — Warszawa: Wiedza Powszechna. - 1985. - S. 549.
  9. ↑ Boryś W. Słownik etymologicny języka polskiego. - Wydawnictwo Literackie. - Krakova, 2005. - S. 604. - ISBN 978-83-08-04191-8 .
  10. ↑ Machek V. Etymologický slovník jazyka českého. — Praha: Nakladatelství Československé Akademie Věd. - 1968. - S. 546.
  11. ↑ P. Skok. - 1973. - S. 325.
  12. ↑ 1 2 Dal Vladimir . Elävän suurvenäjän kielen selittävä sanakirja: T. 1-4: T. 4: C-V. - Uusintapainos: M .: A / O Publishing Group "Progress", "Univers", 1994. ISBN 5-01-004162-6
  13. ↑ Rusinov N. D. Vanha venäjän kieli. Oppikirja yliopistojen ja pedagogisten laitosten filologisten ja historiallisten erikoisalojen opiskelijoille. - M .: Korkeakoulu. 1977. S.
  14. ↑ Tutkijat ovat luoneet läpinäkyvän puun, joka on vahvempaa ja kevyempää kuin lasi.  (englanniksi)  ? . Haettu 22. elokuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 22. elokuuta 2021.
  15. ↑ 1 2 3 4 Kachalov N. Lasi. - M . : Neuvostoliiton tiedeakatemian kustantamo, 1959.
  16. ↑ Lasinvalmistuksen syntymä Arkistoitu 21. huhtikuuta 2017 Wayback Machinessa . // Kachalov N. Lasi. - M . : Neuvostoliiton tiedeakatemian kustantamo, 1959.
  17. ↑ Ponomarev I. F. Lasitieteen kehittämiselle! - Teoksia, jotka on omistettu akateemikko Ilja Vasilyevich Grebenshchikovin muistolle. / Päätoimittaja professori K. S. Evstropiev. - Intian viranomaisten menettelyt. - T. XXIV. - Ongelma. 145. - M . : Valtion Puolustusteollisuuden kustantamo, 1956.
  18. ↑ Lucas A. Muinaisen Egyptin materiaalit ja teollisuus. - L. , 1948. - X, [2].
  19. ↑ Lucas A. Lasitetut tavarat Egyptissä, Intiassa ja Mesopotamiassa. // Journal of Egyptian Archaeology. - L. , 1936. - Nro 22. - P. 141-164.
  20. ↑ Kupi löydettiin Kölnistä roomalaisesta hautauksesta. Esitettiin kaupungin puolesta kuningas Ludwig I :lle. Ylhäällä ympyrässä: Bibe multi annis! (  latinasta  -  "Juo vielä monta vuotta!")
  21. ↑ Frit // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 nidettä (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.
  22. ↑ Alex Baerts, Bruno De Corte, Robin Engels, Karel Haustraete, Stephanie van de Voorde & Patrick Viaene. 18. De ingenieur die het lang wist te rekken // Ingenieurs en hun erfgoed. - Leuven : SIWE, 2009. - S. 66-99. -100 s.
  23. ↑ Obsidianin amorfisen rakenteen ominaisuuksien käyttämisestä veitsen tekemiseen (en.): Obsidiaani - Glendale Community Collegen sivustolla (Earth science -kuva-arkisto) (pääsemätön linkki) . Käyttöpäivä: 25. tammikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 23. helmikuuta 2009. 
  24. ↑ "Scalpell atsteekkien patentin mukaan" Arkistokopio 22. syyskuuta 2007 Wayback Machinessa sivustolla Bibliotekar.ru
  25. ↑ 1 2 3 Porai-Koshits E. A. Filosofisia ja dialektisia rinnastuksia lasimaisten aineiden rakenteen teorian kehityksessä. — Tiedon metodologian rooli fysiikan ja kemian erityisongelmien ratkaisemisessa // Institute of Chemistry of Silicates. I. V. Grebenštšikov. L.: Tiede. 1991, s. 51
  26. ↑ 1 2 3 Sanomalehti. Ru: Polyhedrat estävät lasin kovettumisen. // Newspaper.ru. Tiede. 23.6.2008 - On syytä huomata useita artikkeliin tehtyjä epätarkkuuksia: esimerkiksi meripihkaa ei voida missään nimessä kutsua lasiksi - se on orgaaninen aine, luonnollinen polymeeri, vaikkakin amorfinen rakenne; ja lasi taas luokitellaan tarkasti kiinteäksi kappaleeksi ja niin edelleen . Haettu 9. huhtikuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 7. lokakuuta 2008.
  27. ↑ Vuotavatko ikkunalasit? Arkistokopio päivätty 7. marraskuuta 2017 Wayback Machinessa // I. Leenson , Avanta+ Encyclopedia for Children, osa 17 "Chemistry", s. 44
  28. ↑ On olemassa erilaisia ​​​​mineraaleja, joiden luonnollisiin ominaisuuksiin kuuluu niiden läpinäkyvyys (saman obsidiaanilajikkeet, vuorikristalli jne.), mutta korkealaatuisen läpinäkyvän lasin saaminen alhaisella taitekertoimella merkitsee huomattavaa tekniikan monimutkaista.
  29. ↑ Lyhyt kemiallinen tietosanakirja. T. V. M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. 1961
  30. ↑ Tool AQ Lasin joustamattoman muodonmuutoskyvyn ja lämpölaajenemisen välinen suhde sen hehkutusalueella // J. Amer. Ceram. soc. 1946 Voi. 29, nro 9. S. 240−253
  31. ↑ A.K. Varshneya. Epäorgaanisten lasien perusteet. Society of Glass Technology, Sheffield, 682 s. (2006)
  32. ↑ MI Ojovan, W.E. Lee. Liitettävyys ja lasisiirtymä häiriintyneissä oksidijärjestelmissä J. Non-Cryst. Solids, 356, 2534-2540 (2010
  33. ↑ JF Stanzione III, K.E. Strawhecker, R.P. Wool. Tarkkailemalla lasisiirtymän välkkyvää fraktaaliluonnetta. J. Non-Crystalline Solids, 357, 311-319 (2011)
  34. ↑ SiO 2 ja GeO 2 oksidijärjestelmien sidosten topologiset ominaisuudet lasi-neste-siirtymän aikana. ZhETF, 130 (5) 944-956 (2006)
  35. ↑ http://caspiy.net/knigi/prochnost-stekla-ionoobmennoe-uprochnenie.html Arkistokopio päivätty 7. toukokuuta 2016 Wayback Machinessa A. M. Butaev . LASIN VAHVUUS. IONINVAIHTOKOVISTUMINEN. Makhachkala, 1997
  36. ↑ Iskunkestävä kalvo - Vahvistettu - YouTube . Haettu 24. toukokuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 5. lokakuuta 2014.
  37. ↑ Suojaavat, ilkivallan vastaiset ja panssarifilmit - YouTube . Haettu 24. toukokuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 18. toukokuuta 2020.
  38. ↑ Jevgeni Avdonin, Sergei Avdonin. Lasinpuhallustyöt kaasuvalaistusteollisuudessa. Osa 1 . Käyttöpäivä: 4. helmikuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 4. helmikuuta 2016.
  39. ↑ GOST 3514-94. Lasi optisesti väritön. Tekniset tiedot (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 22. heinäkuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 11. syyskuuta 2014. 
  40. ↑ Antiikkilasia Hermitage-kokoelmassa. Kirjoittaja-kääntäjä Nina Kunina. Pietari: ARS. 1997 ISBN 5-900351-15-7
  41. ↑ Ragin V. Ch., Higgins M. K.,. Taide lasimaalauksia. Alkuperistä nykypäivään. Moskova: Valkoinen kaupunki. 2003 ISBN 5-7793-0796-9
  42. ↑ Työskentely kuuman emalin kanssa mikroaaltouunissa - YouTube . Haettu 6. lokakuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 6. lokakuuta 2021.
  43. ↑ FSUE "RADON" > Radioaktiivisen jätteen lasittaminen . Haettu 24. toukokuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 6. toukokuuta 2016.
  44. ↑ Sanontaa lasista  (venäjäksi)  ? . Sanoitukset (3. helmikuuta 2019). Haettu 22. elokuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 22. elokuuta 2021.

Kirjallisuus

  • Lasi - artikkeli Suuresta Neuvostoliitosta Encyclopediasta . 
  • Lyhyt kemiallinen tietosanakirja. T. V. M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. 1961
  • Kachalov N. Lasi. Neuvostoliiton tiedeakatemian kustantamo. Moskova. 1959
  • Appen A. A. Chemistry of lasi, 2. painos, L., 1974
  • Shults M. M. , Mazurin O. V. Moderneja ajatuksia lasien rakenteesta ja niiden ominaisuuksista. L.: Tiede. 1988
  • Mazurin O. V., Poray-Koshits E. A., Shults M. M. Glass: luonto ja rakenne. L: Tietoa. 1985
  • Shults M. M. Lasin luonteesta // "Luonto" nro 9. 1986
  • A.K. Varshneya. Epäorgaanisten lasien perusteet. Society of Glass Technology, Sheffield, 682 s. (2006).
  • Ozhovan MI SiO2- ja GeO2 - oksidijärjestelmien sidosten topologiset ominaisuudet lasi-neste-siirtymän aikana. ZhETF, 130 (5) 944-956 (2006).
  • Mihail Vasilievich Lomonosov . Kirje lasin eduista. - Lomonosov M. V. Valitut teokset. T. 2. Historia. Filologia. Runous. "Tiede". Moskova. 1986. S.234-244
  • Kachalov N. Lasi. Neuvostoliiton tiedeakatemian kustantamo. Moskova. 1959.
  • Paul A. (Amal) . Lasien kemia. – 2. toim. Lontoo - New York. Chapman ja Hall. 1990 ISBN 0-412-27820-0
  • Bezborodov M. A. Muinaisten ja keskiaikaisten lasien kemia ja tekniikka. M., 1969
  • Lucas A. Muinaisen Egyptin materiaalit ja käsityötuotanto. M., 1958
  • Galibin V. A. Lasin koostumus arkeologisena lähteenä. L., 1889
  • Antiikkilasia Hermitage-kokoelmassa. Kirjoittaja-kääntäjä Nina Kunina. Pietari: ARS. 1997 ISBN 5-900351-15-7
  • Mittelalterliche Glasmalerei in der DDR. Katalogi zur Ausstellung im Erfurter Angermuseum. Berliini. 1989
  • Neue Forschungen zur mittelalterliche Glasmalerei in der DDR. Berliini. 1989
  • Ragin V. Ch., Higgins M. K. Lasimaalauksen taide. Alkuperistä nykypäivään. Moskova: Valkoinen kaupunki. 2003 ISBN 5-7793-0796-9
  • Espanjalaista lasia Hermitage-kokoelmassa. Kirjoittaja-kääntäjä O. E. Mikhailova. L: Aurora. 1970
  • Venäjän ja Neuvostoliiton taidelasi. XV kansainväliseen lasikongressiin. Näyttelyn katalogi. Valtion Eremitaaši. Leningrad: Vneshtorgizdat. 1989
  • Amerikkalaisen lasin mestariteoksia. Corningin lasimuseon ja Toledon taidemuseon kokoelmasta. Näyttelyn katalogi. Valtion Eremitaaši. Moskova: Neuvostoliiton taiteilija. 1990 ISBN 5-269-00590-5
  • Venäläinen lasi 1600-1900-luvuilta. Erikoisnäyttely. Corningin lasimuseo. Corning, New York. 1990 ISBN 0-87290-123-8
  • Rozhankovsky VF Lasi ja taiteilija. "Tiede". Moskova. 1971
  • Helmut Ricke . Uusi lasi Euroopassa. 50 taiteilijaa - 50 konseptia. Düsselgorf im Ehrenholf Glasmuseum Hentrich. Düsselgorf. 1991
  • Nordrhein-Westfalen: Spitzenland für Glass. Ministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Technologie des Landes Nordrhein-Westfalen. Düsselgorf. Druck: Duisburg. 1990
  • Kutolin S. A., Neich A. I. Värillisen lasin fysikaalinen kemia. - M . : Stroyizdat, 1988. - ISBN 5-274-00148-3 .
  • Mazurin O. V., Roskova G. P., Averyanov V. I. Kaksivaiheiset lasit: rakenne, ominaisuudet, käyttö. - L. : Nauka, 1991. - ISBN 5-02-024469-4 .

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Temaattiset sivustot
Sanakirjat ja tietosanakirjat