Стекло представляет собой некристаллическое аморфное твердое вещество , которое часто является прозрачным и имеет широкое практическое, технологичное и декоративное применение, например, в оконных стеклах, посудах и оптоэлектронике . Наиболее знакомыми и исторически самыми старыми типами стекла являются «силикатные стекла» на основе химического соединения диоксида кремния ( двуокиси кремния или кварца ), основного компонента песка . Термин « стекло», в популярном использовании, часто используется для обозначения только этого типа материала, который известен из-за использования в качестве оконного стекла и стеклянных бутылок. Из многих существующих стекол на основе двуокиси кремния обычное остекление и контейнерное стекло образуются из определенного типа, называемого натриево-известковым стеклом , состоящего из приблизительно 75% диоксида кремния (SiO 2 ), оксида натрия (Na 2 O) из карбоната натрия ( Na 2 CO 3 ), оксид кальция, также называемый известью (CaO) и несколькими незначительными добавками.
Многие применения силикатных стекол вытекают из их оптической прозрачности , что приводит к их первичному использованию в качестве оконных стекол и продажа зеркал. Стекло будет передавать , отражать и преломлять свет; эти качества могут быть улучшены путем резки и полировки, чтобы сделать оптические линзы , зеркала, призмы , тонкую стеклянную посуду, стеклопакеты и оптические волокна для высокоскоростной передачи данных светом. Стекло может быть окрашено путем добавления металлических солей, а также может быть окрашено и напечатано стекловидными эмалями . Эти качества привели к широкому использованию стекла при изготовлении предметов искусстваи, в частности, витражей, Хотя хрупкое силикатное стекло чрезвычайно долговечно, и многие примеры стеклянных фрагментов существуют из ранних стеклообразующих культур. Поскольку стекло можно формовать или формовать в любую форму, оно традиционно используется для сосудов: чаши , вазы , зеркала, бутылки , банки и стаканы для питья. В его самых твердых формах он также использовался для бумаги , мрамора и бисера . При экструдировании в виде стекловолокна и матов в качестве стеклянной ваты для улавливания воздуха он становится теплоизоляционным материалом, и когда эти стекловолокна внедряются в органический полимерный пластик, они являются ключевой структурной армирующей частью из стекловолокна композитного материала . Некоторые объекты исторически были так часто сделаны из силикатного стекла, что их просто называют по названию материала, такого как очки для питья и очки.
С научной точки зрения термин «стекло» часто определяется в более широком смысле, охватывая каждое твердое вещество, которое обладает некристаллической (то есть аморфной) структурой в атомном масштабе и которое проявляет переход стекла при нагревании в жидком состоянии. Фарфоровые и многие полимерные термопластики, привычные для повседневного использования, — это очки. Эти виды стекол могут быть изготовлены из совершенно разных видов материалов, чем кремнезем: металлические сплавы , ионные расплавы, водные растворы , молекулярные жидкости и полимеры . Для многих применений, таких как стеклянные бутылки или очки , полимерные стекла ( акриловое стекло ,поликарбонат или полиэтилентерефталат ) являются более легкой альтернативой, чем традиционное стекло.
Оптические свойства
Стекло широко используется во многом благодаря производству композиций из стекла, прозрачных для видимого света. Напротив, поликристаллические материалы обычно не пропускают видимый свет. Отдельные кристаллиты могут быть прозрачными, но их грани ( границы зерен ) отражают или рассеивают свет, что приводит к диффузному отражению . Стекло не содержит внутренних делений, связанных с границами зерен в поликристаллах и, следовательно, не рассеивает свет так же, как поликристаллический материал. Поверхность стекла часто гладкая, так как при образовании стекла молекулы переохлажденной жидкости не вынуждены располагаться в жестких кристаллических геометриях и могут следовать поверхностному натяжению, что накладывает микроскопически гладкую поверхность. Эти свойства, обеспечивающие прозрачность стекла, могут сохраняться, даже если стекло частично поглощает свет, то есть окрашивается.
Стекло обладает способностью преломлять, отражать и передавать свет следующие геометрической оптики , без его рассеяния (из — за отсутствия границ зерен). Используется при изготовлении линз и окон. Общее стекло имеет показатель преломления около 1,5. Это может быть изменено путем добавления материалов с низкой плотностью таких как бор, который снижает показатель преломления (см. Красное стекло ) или увеличивается (до 1,8) с материалами высокой плотности, такими как как (классически) оксид свинца (см. кремневое стекло и свинцовое стекло), или в современных применениях, менее токсичные оксиды циркония , титана или бария . Эти очки с высоким показателем (неточно известные как «кристаллы» при использовании в стеклянных сосудах) вызывают большую хроматическую дисперсию света и ценятся за их алмазоподобные оптические свойства.
В соответствии с уравнениями Френеля , то отражательная из листа стекла составляет около 4% в поверхности (при нормальном падении в воздухе), , а коэффициент пропускания одного элемента (две поверхности) составляет около 90%. Стекло с высоким содержанием оксида германия также находит применение в оптоэлектронике , для светопроводящих оптических волокон .
Другие свойства
В процессе производства силикатное стекло можно вылить, формовать, экструдировать и формовать в формы, начиная от плоских листов и заканчивая очень сложными формами. Готовый продукт является хрупким и будет разрушаться, если не ламинироваться или специально не обрабатываться но чрезвычайно прочен при большинстве условий. Он очень медленно разрушается и может в основном противостоять действию воды. Он в основном устойчив к химическим атакам, не реагирует с пищевыми продуктами и является идеальным материалом для производства контейнеров для пищевых продуктов и большинства химических веществ. Стекло также является довольно инертным веществом.
коррозия
Хотя стекла , как правило , от коррозии резистентными и более устойчив к коррозии , чем другие материалы, он все еще может быть коррозией. Материалы, которые составляют конкретную композицию стекла, влияют на то, как быстро стекло корродирует. Стекло, содержащее большую долю щелочей или щелочных металлов, менее коррозионно-стойкое, чем другие виды стекол.
Стеклянные хлопья имеют применение в качестве антикоррозионного покрытия.
Прочность
Стекло обычно имеет прочность на разрыв 7 мегапаскалей (1000 фунтов на квадратный дюйм) , однако теоретически он может иметь силу 17 гигапаскалей (2500 000 фунтов на квадратный дюйм) из-за сильных химических связей стекла. Несколько факторов, таких как дефекты, такие как царапины и пузырьки и химический состав стекла влияют на прочность на разрыв стекла. Несколько процессов, таких как закалка, могут увеличить прочность стекла.