Плавленый кварц. Кварцевое стекло

Очарование лабораторного кварца July 5th, 2014

Если вы работали в лаборатории, то скорее всего привыкли к тому, что лабораторное стекло сделано из кварца. Однако, вероятно вы даже не догадывались о причине того, почему это стекло настолько прочное, что делает его не менее сложным для производства. Поэтому взгляните на эти чудесные gif от Global Research, которые демонстрируют очарование кварца.

Немного информации:

данное лабораторное стекло может выдерживать безумную температуру и химические реакции именно потому, что состоит из чистого кварца. Это значит, что оно не содержит всех тех примесей, которые есть в обычном стекле, что делает его легким для формирования при более низких температурах. Вместо этого, лабораторные стекляшки являются чем-то вроде кристалла кварца, которому придали определенную форму. А значит, чтобы сформировать его, требуется температура более 1600 градусов Цельсия.

Стекло кварцевое — однокомпонентное силикатное стекло, изготавливаемое путем плавления горного хрусталя, жильного или оптического кварца, кварцевого песка, а также синтетической двуокиси кремния

Кварцевая стекломасса демонстрирует крайне узкий интервал размягчения и отличается высокой вязкостью, за счет чего и показатели вязкости готового кварцевого стекла даже при температуре порядка 2000º С более чем в 100 раз превышают показатели вязкости многокомпонентных стекол. Помимо вязкости, стекло кварцевое характеризуется:

Высокой пробивной напряженностью и практически не имеет потерь в широком диапазоне частот;
- малой диэлектрической проводимостью;
- высоким уровнем светопропускания в широкой области спектра, начиная с короткой УФ области до середины ИК (от 160 до 3500 мм).

Кварцевое стекло является одним из лучших изоляционных материалов, благодаря чему изделия из кварцевого стекла находят широкое применение в электротехнической, светотехнической, оптической, медицинской и других отраслях. Особого внимания заслуживают превосходные электроизоляционные свойства кварцевого стекла при повышенной температуре, что обуславливает востребованность в радиоэлектронной промышленности такого типа стекла как электровакуумное стекло.

Стекло кварцевое: виды кварцевого стекла и области его применения

Величину электропроводности и другие свойства кварцевого стекла определяют имеющиеся в нам примеси (Na+, К+, Li+)., за счет чего стекло кварцевое делится на следующие виды:

Непрозрачное кварцевое стекло — изготовление ведется из чистого кварцевого или жильного песков. Изделия из непрозрачного кварцевого стекла используются для комплектации термостойкой лабораторной аппаратуры, муфелей для электрических печей, чехлов для термопар и стеклобруса.

Прозрачное техническое стекло получают путем плавления горного хрусталя или синтетического диоксида кремния. Данный вид стекло обладает высокой прозрачностью и минимальным коэффициентом светопреломления, за счет чего прозрачное техническое кварцевое стекло применяется для комплектации лабораторного оборудования, радиоаппаратуры и получения стекловолокна.

Оптическое кварцевое стекло, изготовление которого осуществляется из специального оптического кварца. Оптический кварц обладает высокой степенью химической чистоты, что в свою очередь обеспечивает оптическому стеклу уникально высокую степень светопропускания;

Особо чистое стекло — кварцевое стекло с минимальным содержанием пузырьков, включений и повышенным светопропусканием, включая ИК область спектра. Столь уникальные свойства обуславливают возможность использования особо чистого кварцевого стекла в оптоволоконной технике, микроэлектронике, системах аэрокосмической навигации и высококачественных оптических приборах.

Керамическое стекло, обладающее высокой термической и радиационной стойкостью, кислотоустойчивостью и радиопрозрачностью, используется для производства широкого ассортимента огнеупорных изделий.

Легированное стекло — кварцевое стекло с легирующими добавками в составе.

В нашем мире подавляющее большинство предметов изготавливается из 5-6 основных материалов, которые представляют собой конечный продукт или сырье для дальнейшего производства. К таким веществам, без преувеличения, можно отнести стекло. Оно входит в состав очень многих приборов и предметов, так что его роль трудно переоценить.

Распространенное применение сделало предпосылки для создания разнообразных марок, которые могли бы использоваться в любых сферах. Кварцевое стекло представляет собой материал, получаемый чистым переплавлением горного хрусталя или кремнезема. Таким способом получается изготовить отличное огнеупорное стекло, стойкое не только к температурной среде, но и к воздействию химических реактивов.

Кварцевое стекло по ГОСТу 15130-86 должно обладать определенными характеристиками, которые позволили бы ему выполнять возложенные функции. Все параметры были получены путем тщательных вычислений и лабораторных анализов. В основе каждого государственного стандарта лежит забота о безопасности, так что не стоит пренебрегать этими рекомендациями.

В документе установлены довольно жесткие пределы, в которых может изменяться то или иное значение. При несоответствии хотя бы одного критерия, стекло не может быть допущено к использованию. Поэтому все производители проходят через процедуру контроля качества, в результате которой им выдают сертификат и лицензию, дающую право на ведение коммерческой деятельности в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.

Изготовление кварцевого стекла с технологической точки зрения является довольно простым процессом. Намного сложнее будет найти для него высококачественное сырье, так как итоговый результат будет напрямую зависеть от используемых компонентов.

Здесь это проявляется особенно четко, так как в качестве основного ингредиента применяется лишь одно сырье, а значит, его качество практически полностью перейдет на конечный продукт. Улучшить какие-либо параметры при помощи добавления примесей не получится, так как тогда это уже будет совсем другая марка стекла. Поэтому самые лучшие виды кварцевого стекла можно получить только из наиболее чистого горного хрусталя без примесей.

Производство материала

Процесс производства кварцевого стекла состоит из нескольких технологических этапов:

• 1. Вначале подготавливается сырье. Для этого горный хрусталь, кремнезем, кварцевый песок для стекла, а иногда и битые изделия, тщательно измельчают до порошкового состояния. Делается это при помощи пресса, который под давлением крошит все перечисленные компоненты, которые складываются в общую емкость.
• 2. Далее происходит плавление порошка в специальных печах, с присутствием во внутренней камере графитового тигля. Используются исключительно электрические печи и безвоздушное пространство, чтобы ничего лишнего не опало в состав.
• 3. Далее расплавленная масса проходит процедуры стабилизации и охлаждения под соответствующим давлением. Это позволяет ему набрать необходимые свойства.
• 4. После этого следует процесс контроля качества и отправка изделия на склад. В дополнительной закалке или обработке стекло уже не нуждается.

Несмотря на простоту процесса, требуется тщательное соблюдение всех условий. Нарушение может привести к сбою всего механизма, и тогда придется отправлять полученный продукт на утилизацию. Разнообразные изделия из кварцевого стекла используются в основном в химических лабораториях.

Этому способствует высокая стойкость к агрессивным средам, что дает возможность проводить различные опыты и хранить опасные вещества с минимальным риском их утечки. Также небольшие вставки из стекол данного типа применяют при производстве линзы Френеля. В качестве сырья может входить в состав огнеупорных строительных материалов.

Свойства и применение

Возможность использования материала для той или иной цели определяется его техническими характеристиками. Именно благодаря знанию этих значений можно делать осознанный выбор. В принципе, данный тип материала имеет очень узкую направленность, поэтому многие потребители вообще не знают, что он из себя представляет. В этом нужно разбираться лишь химикам и рабочим, занятым в непосредственном изготовлении продукции.

Свойства кварцевого стекла несколько отличаются от стандартных:

• - обладает минимальным преломлением среди всех стекол на основе оксида кремния, соответственно имеет самое лучшее светопропускание;
• - обладает отличной термической стойкостью, недоступной другим стеклам;
• - проявляет диэлектрические свойства, так что может служить изолятором.

Виды стекла

Существует две разновидности, непрозрачное и прозрачное кварцевое стекло. Этот параметр определяется количеством газовых пузырьков в структуре материала. Чем их будет больше, тем меньше прозрачность. В ходе плавления контролировать процесс их образования невозможно, поэтому конечный результат зависит только от выбора сырья.

Например, оптическое кварцевое стекло получают плавлением исключительно чистого горного хрусталя без добавления другого сырья. На выходе получается однородное стекло вообще без видимых признаков наличия пузырьков газа в своей структуре.

Цена кварцевого стекла зависит от типа изделия. В листовом видео оно не продается по причине отсутствия такой необходимости. Что касается продукции из стекла, то стоит она в районе тысячи рублей.

В число услуг нашей компании входит производство кварцевого стекла . Однокомпонентный силикатный материал, в состав которого входит практически один кремнезем, изготовляется плавлением его природных разновидностей - кварцевых песков, жильного кварца, горного хрусталя, двуокиси кремния синтетической. Высокое качество продукции, доступные цены - с нами удобно работать!

Производство кварцевого стекла

Мы производим кварцевое стекло двух видов - непрозрачное и прозрачное. Непрозрачный вид изготовляется с большим количеством пузырьков в материале (диаметр 0,03 - 0,3 мкм). Такой состав обеспечивает рассеивание света. Непрозрачное стекло - отличное сырье для производства термостойких огнеупорных материалов. Прозрачное стекло - результат плавление горного стекла. У него совершенно однородная структура, без содержания газовых видимых пузырьков.

Используют кварцевое стекло во многих сферах. Главным предназначением является производство таких изделий как:

• лабораторная посуда
• тигели
• оптические приборы
• изоляторы
• изделия, стойкие к колебаниям температуры
• Линза Френеля
• огнеупорные термостойкие материалы

Кварцевое стекло | Свойства

Кварцевое стекло обладает большим количеством свойств, которыми и отличается от обычного стекла. Целый ряд преимуществ, которыми не обладают остальные материалы, делают кварцевое стекло уникальным.

Термические свойства. Стекло нечувствительно к резким изменениям температуры. Все это благодаря низкому (почти не изменяющемуся с температурой) коэффициенту термического расширения. В отличие от КТР обычного стекла, он меньше примерно в 15-20 раз. Резкое изменение температуры кварцевое стекло, поэтому, перенесет без растрескивания.

Химические свойства. Отличает кварцевое стекло кислотоупорность. Реагировать с ним могут лишь фосфорная или плавиковая кислоты. Остальные кислота совершено не действуют на материал. Поэтому он успешно применяется в случаях необходимости кислотоупорного материала. Также отличается высокой щёлочеустойчивостью.

Оптические свойства. Кварцевое стекло - одно из самых прозрачных веществ. Оно показывает очень малое поглощение света в невидимых и видимых частях спектра. Даже в очень толстых слоях практически нет никаких оттенков, поглощение падающего света у стекла очень незначительно. Очень прозрачно в инфракрасной части спектра и для ультрафиолетовых лучей.

Кварцевое стекло | Цена

• Кварцевое стекло диаметром 10-20 мм - 180 руб.
• Кварцевое стекло диаметром 21-30 мм - 300 руб.
• Кварцевое стекло диаметром 31-40 мм - 350 руб.

К Вашим услугам резка стекла - по самым оптимальным ценам!

Стекло стало настолько привычным в нашей жизни, что многие люди даже и не догадываются, сколько разновидностей этого материала существует и как его производят. Еще ацтеки были знакомы с одной из разновидностей этого материала, когда находили обсидиан – вулканическое стекло, которое получалось природным путем при взаимодействии раскаленной лавы с различными горными породами и песком. Прообразом привычного для нас оконного стекла стала слюда – прозрачный материал, по свойствам напоминающий оконное стекло. И лишь в средние века был раскрыт один из секретов изготовления стекла и стали известны основные его составляющие. Существует масса разновидностей этого прозрачного материала, среди которых есть силикатное (наиболее распространенное и широко используемое), органическое и кварцевое стекло. Каждый вид имеет свои отличительные особенности по составу и способу получения и наделен определенными уникальными свойствами.

Основные характеристики кварцевого стекла

Этот материал считается разновидностью силикатного стекла с тем лишь отличием, что основное составляющее вещество не песок, а кремнезем. Диоксид кремния в таком стекле находится в аморфном состоянии и не образует жестких молекулярных связей. Благодаря этому кварцевое стекло без труда переносит резкие колебания температур и обладает большей механической прочностью, чем обыкновенное стекло. В качестве сравнения можно нагреть трубки из обыкновенного и кварцевого стекла на обыкновенной химической горелке, а затем резко опустить оба изделия в холодную воду. Обыкновенное стекло моментально покроется трещинами, а с кварцевым ничего не произойдет.

Основными характеристиками кварцевого стекла являются:

• повышенная механическая прочность;
• вибро- и износостойкость;
• уникальные оптические свойства;
• устойчивость к воздействию кислот, солей и щелочей даже при высоких температурах;
• невосприимчивость к любым видам излучений, включая радиацию.

Разновидности кварцевых стекол

В зависимости от технологии производства различают два основных вида этого стекла:

• оптически прозрачное;
• непрозрачное.

Светопропускная способность напрямую зависит от наличия в стекле микроскопических пузырьков, заполненных газом, которые и поглощают, а затем рассеивают свет. Прозрачное стекло получают способом плавки горного хрусталя. Оно имеет однородную структуру, в которой отсутствуют инородные вкрапления и газовые пузырьки.

Области применения

В зависимости от разновидности стекло из диоксида кремния применяют в различных областях:

• химическая промышленность. Благодаря отсутствию взаимодействия материала с агрессивными химическими веществами из него изготавливают различную лабораторную посуду;
• энергетика. При работе высоковольтных линий широко используются кварцевые изоляторы;
• оптика. Для производства любых оптических высокоточных приборов используются исключительно линзы, изготовленные из кварцевого стекла. В отличие от стандартного силикатного стекла кварцевые линзы обладают практически эталонными характеристиками фокусировки;
• товары народного потребления. В качестве наиболее распространенного применения можно привести хорошие часы, циферблат которых защищен именно кварцевым стеклом, или дорогие мобильные телефоны, дисплеи которых также имеют внешнюю оболочку из этого материала.

Узнать больше о технологии получения кварцевых стекол и областях их применения можно на международной выставке «Мир стекла» , которая будет проходить в ЦВК «Экспоцентр». К услугам посетителей широкие тематические экспозиции, связанные со стеклом: технологии получения, изготовление промышленных и бытовых изделий, методы и способы обработки, современное профессиональное и бытовое оборудование, а также расходные материалы, предметы интерьера и декора из стекла.

В отличие от лабораторного стекла плавленый кварц (кварцевое стекло) размягчается при температуре 1500-1600°С. Кварцевое стекло обладает значительно большей вязкостью, чем обычное. Переход от вязкого, размягченного состояния к хрупкому происходит в очень небольшом интервале температур. Кварцевое стекло наиболее «короткое» из всех видов стекла. Стапливанию и перемещению его препятствует большая вязкость, поэтому кварцевые изделия не имеют одинаковой толщины стенок. Заготовки, трубки из кварцевого стекла также имеют неодинаковую толщину и диаметр.

Для работы с кварцевым стеклом нужна специальная горелка с кислородным дутьем, способная давать температуру пламени 1800-2000°С. Изделие, нагретое на такой горелке, ярко светится. Работать с такой горелкой можно только в темных защитных очках.

Технические трудности по получению широкого высокотемпературного пламени заставляют все работы по изготовлению кварцевых изделий вести на сравнительно узком пламени горелки. Это требует определенных навыков и сноровки. Нагретый свыше 480°С кварц легко реагирует с осевшими на его поверхности пылевидными частицами. Небольшой налет пыли на поверхности кварцевого стекла образует при нагревании стеклянную корочку, которая легко растрескивается и может привести изделие в негодность. Особые требования предъявляют к чистоте стеклодувного инструмента, рабочего места и рук стеклодува. Стеклодувные инструменты (развертки, укатки, плиты и др.) для изготовления кварцевой посуды должны быть изготовлены из графита. Можно пользоваться также инструментами из вольфрама.

Кварцевую посуду готовят так же, как и изделия из обычного стекла. Кварцевое стекло можно резать только холодным способом твердосплавными ножами, напильником или на алмазном круге. Горячим способом кварцевое стекло не режется.

Кварцевые изделия шлифуют так же, как и изделия из обычного стекла, но значительно медленнее из-за большой твердости кварца. Кварцевые изделия не следует обогревать и отжигать. Нагретое до размягчения кварцевое стекло при быстром охлаждении, например водой, не трескается и не разрушается, поэтому неравномерная толщина стенок кварцевых изделий, наплывы на них практически не отражаются на качестве изделий. Спаивание металлов с кварцевым стеклом осуществляется значительно труднее, чем спаивание металлов с соответствующими марками химико-лабораторного стекла. Термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) у кварцевого стекла очень мал α = 5,4·10 -7º С -1 , в то время как ТКЛР лабораторных стекол в десятки раз больше, чем у кварца и колеблется от 8,1· 10-7 у стекла AM -К до 33,5·10 -7º С -1 у стекла «Пирекс» (табл. 10).

Температурный коэффициент металлов, наиболее часто впаиваемых в стекло, соответственно равен 44,4·10 -7 у молибдена и 125,1·10 -7º С -1 у железа. Поэтому непосредственный спай стекла с кварцевым стеклом относится к числу несогласованных спаев и может быть получен при особых условиях. Кроме того, высокая температура размягчения (1400-1500°С) и большая вязкость размягченного кварцевого стекла создают дополнительные трудности получения спаев с металлами. Легче всего удаются спаи кварцевого стекла с вольфрамом и молибденом.

Для получения более или менее прочного спая металл, впаивают в виде ленты овального сечения толщиной в середине 0,1 мм и по краям 0,02 мм; спаивание производится в вакууме или в атмосфере, состоящей из смеси газов водорода и азота, на водородно-кислородной горелке, что предохраняет металл от окисления при температуре 1400-1500°С. Труднее, впаивается платина, температура плавления которой близка к температуре плавления кварца.

Согласованные спаи металлов с кварцевым стеклом можно получить с помощью ряда переходных стекол, обладающих температурным коэффициентом линейного расширения от 15,4·10 -7 до 48·10 -7º С -1 и более.

При впаивании молибдена в кварцевую трубку поступают следующим образом. Конец кварцевой трубки раскаляют до температуры 900°С и наваривают по ее торцовой окружности слой переходного стекла с наименьшим ТКЛР (стекло СП-1), горячий бортик разбортовывают разверткой. К слою наваривают ещё слой с несколько большим ТКЛР (стекло СП-2), затем третий слой (СП-3 или С25-1) и т. д., пока конечный наваренный слой не будет иметь термический коэффициент линейного расширения, близкий к ТКЛР впаиваемого металла. В этот наваренный крайний слой и впаивается металлическая проволочка или деталь (рис.94).

Этот комбинированный слой, хотя и обходится сравнительно дороже, чем «несогласованный», но он более прочен и устойчив.

Таблица 10. Химический состав (%) и термические свойства переходных стекол