Структура поверхностного слоя стекла

Особенностью неорганических стекол является резкое различие в структуре и химическом составе основной массы стекла и поверхностного слоя. Это связано с тем, что поверхность стекла в атмосферных условиях сразу же после ее образования подвергается изменениям, в результате которых возникает тонкий поверхностный слой, отличающийся по химическому составу и физическим свойствам от остальной массы стекла. Некоторые стекла подвержены более глубоко идущим изменениям, которые могут привести к полному перерождению структуры стекла. Особенно большое влияние на изменение структуры поверхности стекла оказывает атмосферная влага, углекислый газ, соединения серы и другие физически и химически активные вещества.

Установлено, что на поверхности силикатных стекол образуется защитная пленка, по свойствам и составу значительно отличающаяся от исходного стекла. Подобные пленки, образованные преимущественно кремнеземом, обладают значительной адсорбционной способностью. Последнее обстоятельство свидетельствует о пористом строении пленок.

При исследовании свойств поверхностных пленок установлено, что при соприкосновении стекла с водой или ее парами на ее поверхности в результате гидролиза щелочных и щелочноземельных силикатов быстро (в течение нескольких минут) образуется тончайшая кремнеземная пленка, прочно связанная с основным стеклом. Эта пленка представляет собой жесткий кремнеземный скелет (каркас) с заполняющей его поры вторичной кремнекислотой, образующейся при выщелачивании поверхностного слоя стекла. Показатель преломления и плотность пленки ниже показателя преломления и плотности структуры в объеме стекла. Толщина пленки для разных стекол колеблется от 10 до 350 Å. Поверхностная пленка редко замедляет дальнейшее разрушение структуры стекла в объеме.

Читать также:  Защита от статического электричества

Структура поверхностного слоя стекла может изменяться также в результате диффузии подвижных ионов и поверхности стекла, улетучивания некоторых компонентов в процессе выработки и термообработки стекла, а также вследствие ионного обмена, применяемого в специальных целях для создания стекол с повышенной прочностью, термостойкостью и так далее.

Структура поверхности стекла может быть изменена при попадании на поверхность частичек пыли с твердостью большей, чем у стекла. Частицы с острыми углами, вступая во взаимодействие с поверхностью стекла, вызывают местные концентрации напряжений и появление поверхностных микротрещин.

На свойства стекла в целом, но главным образом на поверхностный слой, оказывают влияние также дефекты, образованные вследствие случайных и неизбежных механических воздействий, например при шлифовке, полировке и других процессах, связанных с механической обработкой поверхности стекол.

Кроме того, поверхностные микротрещины и другие дефекты возникают в результате действия термоупругих напряжений, которые появляются при охлаждении стекла в различных технологических процессах. Эта причина возникновения микротрещин и поверхностных дефектов является наиболее принципиальной, так как другие причины могут быть в конце концов устранены или их можно практически избежать. При формировании же стекла и в других технологических процессах температурные перепады и, следовательно, термоупругие напряжения, особенно опасные на поверхности стекла, неизбежны. Чем толще стекло и, следовательно, больше возникающие при охлаждении градиенты температуры, тем более опасные дефекты на поверхности стекла возникают при его переходе из вязкого состояния в твердое.

Оцените статью
Информационный блог
Добавить комментарий