Kvarc staklo: karakteristike proizvodnje, GOST. Optičko kvarcno staklo: primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-02 13:51

Staklo je jedan od najstarijih materijala koji se zbog skupa korisnih kvaliteta i svojstava široko koristi u svim sferama ljudske djelatnosti. Tokom svog postojanja (a to je više od 5 hiljada godina), njegova hemijska formula je ostala praktično ista, samo su se njeni kvaliteti promenili.

Kvarc staklo

Dugi niz godina ljudi se trude da staklo stvaraju sve transparentnije i otpornije na razne destruktivne faktore. Kao rezultat ovog svrhovitog poboljšanja, pojavile su se kvarcne naočale - potpuno nova vrsta materijala sa zapanjujućim karakteristikama. Možda će upravo ovo staklo odrediti smjer daljeg razvoja čovječanstva.

Kvarc staklo je proizvod topljenja čistog silicijum oksida (SiO_{2). Za razliku od običnog stakla, ovaj materijal je u amorfnom stanju, odnosno nema tačnu tačku topljenja, a kada se zagrije iz čvrstog stanja dotečnost postepeno prolazi. U velikoj mjeri zahvaljujući ovom svojstvu, kvarcno ili silikatno staklo našlo je tako široku primjenu u industriji.}

struktura kvarcnog stakla

Amorfna priroda materijala objašnjava se njegovom strukturom koja se zasniva na tetraedrima silicijum-kiseonika. SiO_{2 molekuli se "vežu" jedni za druge zbog međusobnog privlačenja atoma kiseonika.}

Zajedno formiraju trodimenzionalne mreže, uprkos činjenici da ne postoji strogi red u rasporedu molekula u odnosu jedan prema drugom. Zato kvarcna stakla imaju svojstva amorfnih materijala.

Silikatno staklo, kao i obično staklo, dobija se topljenjem sirovine. Kao takav, može se koristiti čisti silicijum dioksid - kameni kristal, venski kvarc, kvarcni pesak, kao i veštački dobijen silicijum oksid.

Razlike između kvarcnog stakla i običnog stakla

U zavisnosti od odabrane vrste sirovine određuju se i neka svojstva finalnog proizvoda. Dakle, gorski kristal se koristi za dobijanje kristalno čistog i prozirnog materijala.

Glavna razlika između silikatnog stakla i običnog stakla je njegova visoka tačka topljenja - više od 1500 Co. Istovremeno, silicijum oksid počinje da emituje intenzivno svetlosno zračenje u vidljivom spektru, odnosno počinje da sija.

Usled amorfne strukture sirovina, proces topljenja se može nastaviti dugo vremena. Rastopljeni sastav ima visoku viskoznost, što ne dozvoljava da se slaže ili pomera. tootežava proizvodnju kvarcnog stakla sa istom debljinom zida.

Proizvodne karakteristike

S obzirom na sve gore navedene karakteristike, proizvodnja silikatnog stakla je moguća samo na specijalizovanoj opremi. Topionice moraju održavati visoku temperaturu, a za stvaranje staklenih proizvoda potrebno je održavati mlaz otvorenog plamena na temperaturi od 1800 Co i više.

Postoje posebni zahtjevi za proizvodni pogon - mora biti sterilan. Mala količina stranih čestica će neminovno dovesti do činjenice da će gotovo kvarcno staklo uskoro popucati i izgubiti svojstva.

Posebne kvalitete treba da posjeduju i zaposleni u proizvodnji - staklari. Moraju da se nose sa ekstremno visokim temperaturama - jedna greška tokom rada može dovesti do ozbiljnih povreda, opekotina.

Svi glavni alati duvaljke stakla su napravljeni od materijala otpornih na toplotu - granita, volframa, koji su, između ostalog, veoma teški. Stoga zaposleni moraju biti fizički jaki i otporni.

Svojstva kvarcnog stakla

Silikatno staklo ima nisku električnu provodljivost, pa se često koristi kao dielektrik u složenim električnim uređajima. Glavna korisna svojstva koja posjeduju kvarcne čaše mogu se podijeliti u tri grupe:

1. Thermal. Otpornost na visoke temperature (1200 Co), visok koeficijent termičke ekspanzije (15 putaveći od običnog stakla), što određuje otpornost na oštre i značajne temperaturne fluktuacije (u proizvodnji proizvodi se hlade mlazom ledene vode).
2. Chemical. Staklo je hemijski neutralno, ne reaguje sa svim alkalijama i kiselinama, osim sa fosfornom i fluorovodoničnom kiselinom (reakcija počinje na temperaturama iznad 300 Co).
3. Optički. Indeks prelamanja kvarcnog stakla je 150 puta niži od onog kod običnog stakla (n_{e=1, 46). Zahvaljujući tome, besprekorno prenosi ne samo sunčevu i običnu svetlost, već i ne odlaže ni infracrveno ni ultraljubičasto zračenje.}

Sva ova svojstva omogućavaju upotrebu kvarcnog stakla kao građevinskog materijala, kao i za proizvodnju laboratorijskog staklenog posuđa, optičkih instrumenata, električne opreme, vatrostalnih materijala otpornih na toplinu. Jedna od njegovih glavnih primjena je proizvodnja optičkih vlakana.

Optičko kvarcno staklo

U zavisnosti od tehnologije koja se koristi u proizvodnji, kvarc staklo može biti neprozirno i prozirno. U prvom slučaju u njegovoj strukturi će biti prisutan veliki broj gasnih mehurića koji intenzivno raspršuju svetlost.

Prozirno staklo, ili optičko kvarc staklo, kako ga još nazivaju, apsolutno je homogeno, ne sadrži mehuriće. Zbog ove karakteristike, materijal se koristi u proizvodnji optičkih kablova za brzi prenos podataka, optičkih sočiva i prizmi.

Brendovi i serije optičkog stakla

Postoji nekoliko marki optičkog stakla: KU-1, KI i KV. Proizvodi se međusobno razlikuju po sposobnosti prenošenja vidljivog, ultraljubičastog i infracrvenog zračenja. Najprozirnije je KI staklo - sposobno je da prenosi svjetlost na talasnoj dužini od 2600-2800 nm, najmanje prozirno je KV.

Ovisno o korištenim sirovinama, različita propusnost svjetlosti može imati kvarcno optičko staklo. GOST 15130-86 sadrži informacije o tri serije:

• 0 - materijal koji se koristi u normalnim radnim uslovima;
• 100 - staklo otporno na nisko jonizujuće zračenje;
• 200 - sirovine koje se mogu koristiti u uslovima intenzivnog jonizujućeg zračenja.

Brend i serija stakla čine šifru proizvoda. Primenjuje se u proizvodnji i određuje konkretnu vrstu stakla. U našoj zemlji ne postoji jedinstven sistem šifrovanja, tako da svaka kompanija svoje proizvode označava na svoj način.

Oblast primjene

Silikatno staklo se koristi za izradu širokog spektra proizvoda. U naučnim i industrijskim laboratorijama tražene su kvarcne staklene cijevi koje se koriste za mjerenje nivoa tečnosti, izradu električnih grijača, provođenje hemijskih reakcija i skladištenje agresivnih supstanci.

Neprozirno staklo se takođe široko koristi u proizvodnji. Koristi se tamo gde je potrebna kontrola tečnih proizvoda.visoke temperature i zbog niske cijene koristi se svuda.

Optičko staklo se koristi u brodogradnji i raketnoj industriji, uglavnom za proizvodnju rasvjetnih tijela. U petrohemijskoj industriji ovaj materijal je cijenjen zbog svoje visoke kemijske otpornosti i koristi se za kontrolu agresivnih tekućina. U avionima njome zastakljuju kabine, a koriste se i kao toplotna izolacija.

Proizvođači proizvode proizvode u skladu sa zahtjevima GOST 22291-83. Kvarc staklo, cijevi, prozori, prizme, sočiva i drugi proizvodi se masovno proizvode i po mjeri.