Kvarc staklo: proizvodne značajke, GOST. Optičko kvarcno staklo: primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-02 13:56

Staklo je jedan od najstarijih materijala koji se zbog skupa korisnih kvaliteta i svojstava široko koristi u svim sferama ljudske djelatnosti. Tijekom svog postojanja (a to je više od 5 tisuća godina), njegova kemijska formula ostala je praktički ista, samo su se njegove kvalitete promijenile.

kvarcno staklo

Dugi niz godina ljudi su nastojali stvoriti staklo sve transparentnije i otpornije na razne destruktivne čimbenike. Kao rezultat ovog svrhovitog poboljšanja, pojavile su se kvarcne naočale - potpuno nova vrsta materijala zapanjujućih karakteristika. Možda će upravo to staklo odrediti smjer daljnjeg razvoja čovječanstva.

Quartz staklo je proizvod taljenja čistog silicij oksida (SiO_{2). Za razliku od običnog stakla, ovaj materijal je u amorfnom stanju, odnosno nema točnu točku taljenja, a kada se zagrije iz čvrstog stanja dotekućina postupno prolazi. Uvelike je zahvaljujući ovom svojstvu kvarcno ili silikatno staklo našlo tako široku primjenu u industriji.}

struktura kvarcnog stakla

Amorfna priroda materijala objašnjava se njegovom strukturom koja se temelji na tetraedrima silicij-kisik. SiO_{2 molekule se "vežu" jedna za drugu zbog međusobnog privlačenja atoma kisika.}

Zajedno tvore trodimenzionalne mreže, unatoč činjenici da ne postoji strogi red u rasporedu molekula u odnosu jedna na drugu. Zato kvarcna stakla imaju svojstva amorfnih materijala.

Silikatno staklo, kao i obično staklo, dobiva se topljenjem sirovine. Kao takav, može se koristiti čisti silicij - gorski kristal, venski kvarc, kvarcni pijesak, kao i umjetno dobiveni silicij oksid.

Razlike između kvarcnog stakla i običnog stakla

Ovisno o odabranoj vrsti sirovine određuju se i neka svojstva konačnog proizvoda. Dakle, gorski kristal se koristi za dobivanje kristalno čistog i prozirnog materijala.

Glavna razlika između silikatnog stakla i običnog stakla je njegova visoka točka taljenja - više od 1500 Co. Istovremeno, silicij oksid počinje emitirati intenzivno svjetlosno zračenje u vidljivom spektru, odnosno počinje svijetliti.

Zbog amorfne strukture sirovina, proces taljenja može se nastaviti dugo vremena. Otopljeni sastav ima visoku viskoznost, što ne dopušta njegovo slaganje ili pomicanje. tootežava proizvodnju kvarcnog stakla s istom debljinom stijenke.

Proizvodne značajke

S obzirom na sve gore navedene karakteristike, proizvodnja silikatnog stakla moguća je samo na specijaliziranoj 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 neizbježno će dovesti do činjenice da će gotovo kvarcno staklo uskoro popucati i izgubiti svojstva.

Posebne kvalitete trebaju posjedovati i djelatnici proizvodnje - puhači stakla. Moraju se nositi s ekstremno visokim temperaturama - jedna pogreška tijekom rada može dovesti do ozbiljnih ozljeda, opeklina.

Svi glavni alati puhala stakla izrađeni su od materijala otpornih na toplinu - granita, volframa, koji su, između ostalog, vrlo teški. Stoga zaposlenici moraju biti fizički jaki i otporni.

Svojstva kvarcnog stakla

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

1. Termički. Otpornost na visoke temperature (1200 Co), visok koeficijent toplinskog širenja (15 putaviši od običnog stakla), što određuje otpornost na oštre i značajne temperaturne fluktuacije (u proizvodnji se proizvodi hlade mlazom ledene vode).
2. Kemijska. Staklo je kemijski neutralno, ne reagira sa svim lužinama i kiselinama, osim s fosfornom i fluorovodoničnom kiselinom (reakcija počinje na temperaturama iznad 300 Co).
3. Optički. Indeks loma kvarcnog stakla je 150 puta niži od onog kod običnog stakla (n_{e=1, 46). Zahvaljujući tome, besprijekorno prenosi ne samo sunčevu i običnu svjetlost, već ne odgađa ni infracrveno ni ultraljubičasto zračenje.}

Sva ova svojstva omogućuju korištenje 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

Ovisno o tehnologiji koja se koristi u proizvodnji, kvarcno staklo može biti neprozirno i prozirno. U prvom slučaju u njegovoj strukturi bit će prisutan veliki broj plinskih mjehurića koji intenzivno raspršuju svjetlost.

Prozirno staklo, odnosno optičko kvarcno staklo, kako ga još nazivaju, apsolutno je homogeno, ne sadrži mjehuriće. Zbog ove značajke, materijal se koristi u proizvodnji optičkih kabela za prijenos podataka velikom brzinom, optičkih leća i prizmi.

Marke i serije optičkog stakla

Postoji nekoliko marki optičkog stakla: KU-1, KI i KV. Proizvodi se međusobno razlikuju po sposobnosti prijenosa vidljivog, ultraljubičastog i infracrvenog zračenja. Najprozirnije je KI staklo - sposobno je prenijeti svjetlost na valnoj duljini 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 korišten u normalnim radnim uvjetima;
• 100 - staklo otporno na nisko ionizirajuće zračenje;
• 200 - sirovine koje se mogu koristiti u uvjetima intenzivnog ionizirajućeg zračenja.

Marka i serija stakla čine šifru proizvoda. Primjenjuje se u proizvodnji i određuje specifičnu vrstu stakla. U našoj zemlji ne postoji jedinstveni sustav šifriranja, pa svaka tvrtka označava svoje proizvode na svoj način.

Opseg primjene

Silikatno staklo se koristi za izradu širokog spektra proizvoda. U znanstvenim i industrijskim laboratorijima tražene su kvarcne staklene cijevi koje se koriste za mjerenje razine tekućine, izradu električnih grijača, provođenje kemijskih reakcija i skladištenje agresivnih tvari.

Neprozirno staklo također se široko koristi u proizvodnji. Koristi se tamo gdje je potrebna kontrola tekućih proizvoda.visoke temperature i, zbog niske cijene, koristi se posvuda.

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

Proizvođači proizvode proizvode u skladu sa zahtjevima GOST 22291-83. Kvarcno staklo, cijevi, prozori, prizme, leće i drugi proizvodi masovno se proizvode i izrađuju po narudžbi.