Кварцові скло

1. Властивості кварцового скла
2. Застосування кварцового скла
3. Виробництво (виготовлення) кварцового скла

Кварцові скло - вид скла на основі оксиду кремнію. Двоокис кремнію знаходиться в аморфному стані. Це не призводить до руйнування скла при температурних перепадах, чим не може похвалитися кристалічний кварц.

Силікатне скло виробляється шляхом плавки кремнезему (двоокис кремнію), який може бути представлений у вигляді кварцового піску, синтетичної сировини, гірського кришталю або жилавого кварцу.

Силікатне скло відноситься до групи неорганічних стекол. Кварц може утворюватися в природних умовах. Наприклад, удар блискавки в кварцовий пісок призводить до створення кварцового скла.

У виробництві силікатне скло часто називається скорочено - кварц. Даний вид оптичного матеріалу має найбільший показник світлопропускання. Так, скло з оксиду кремнію товщиною в 100м пропускає стільки ж світла, як і звичайне віконне скло.

В основі структури матеріалу лежать кремній-кисневі тетраедри, які взаємодіють і зв'язуються між собою завдяки іонів кисню. Строгого порядку в розміщенні тетраедрів немає, хоча вони створюють тривимірні сітки. Така властивість говорить про аморфності силікатного скла.

Властивості кварцового скла

Матеріалу властивий цілий ряд унікальних характеристик:

• Висока однорідність, що використовується в оптиці;
• Низьке поглинання світла;
• Стійкість до високих і низьких температур, а також амплітудам;
• Гарне опір лазерним випромінюванням високої сили;
• Стійкість до іонізуючого випромінювання;
• Скло з двоокису кремнію хімічно інертно до величезної кількості кислот (виняток - фтористоводнева і ортофосфатної при температурі 300 градусів Цельсія).

Завдяки тому, що кварцове скло не взаємодіє з кислотами та іншими реактивами, воно широко застосовується в процесі виробництва чистих матеріалів (реактори, ампули та ін.)

Одним з основних властивостей кварцового скла вважається стійкість до будь-яких температурних перепадам.Так, силікатні труби легко справляються з різким нагріванням до 900ᵒ С і охолодженням у воді.

А бруси з матеріалу, що охолоджуються частково, зберігають з іншого боку температуру нагрівання. Це дає повне право використовувати їх в якості вогнетривкого матеріалу. А тонкі вироби з кварцу застосовуються в оптичних системах, що працюють з інтенсивними джерелами теплового випромінювання.

Кварцові скло, властивості якого цінуються практично в будь-якому виробництві, вважається одним з кращих традиційних матеріалів. Особливу любов до силікатної склу живлять напівпровідникова промисловість і виробництво оптичних приладів.

Прийнято вважати, що силікатне скло - прекрасний діелектрик. Кварц практично не проводить електричний струм, що також широко використовується в промисловості. Скло з кварцу може застосовуватися у виготовленні сонячних і бактерицидних ламп, спеціальних електротехнічних апаратах.

Застосування кварцового скла

Область застосування кварцового скла настільки широка, що, здається, немає галузі, в якій би воно не використовувалося. Все лабораторне обладнання для досліджень виготовлено з силікатного скла. Оптичні прилади, ізолятори, космічні обладнання - все це теж виробляється з кварцу.

У видимій інфрачервоної області спектра кварцове скло повністю прозоре. Це робить з нього цінний оптичний матеріал.

З кварцу виробляють:

• лінзи;
• призми;
• Оптичні вікна.

У сучасному виробництві оптичних лінз силікатне скло вважається незамінним матеріалом у виготовленні продукції різної складності. Широкий діапазон прозорості сприяв застосуванню скла в сегменті телекомунікацій (оптоволокно).

Варто розрізняти прозоре і непрозоре кварцове скло. Непрозоре містить у своїй структурі невеликі пухирці газу. Ними визначається колір скла. Прозоре скло ділиться на технічне і оптичне. Силікатне скло, яке використовується в оптиці, володіє гомогенність.

Однорідність (гомогенність) - один з головних показників для оптичних матеріалів. Саме цей параметр визначає характеристики майбутнього продукту. Так, якщо в ньому будуть бульбашки газу або інші включення, складно гарантувати прозорість і високу переломлення.

Безбарвне силікатне скло для оптичних цілей проводиться в трьох серіях:

• 0 - скло, що використовується в агрегатах при звичайних умовах;


• 100 - маркування означає, що скло застосовується у виготовленні деталей, придатних для роботи в області незначно іонізуючого випромінювання;


• 200 - скло придатне для виробництва апаратів, основне застосування яких - робота в агресивних умовах інтенсивного іонізуючого випромінювання.

Незважаючи на серію, склад кварцового скла може бути різним. Для позначення кожного виду скла на виробництві було запропоновано використовувати свій шифр, який значиться як маркування. Найменування продукції складається з букв і цифр, що спрощує поділ матеріалів на типи оптичного скла.

Склад кварцового скла багато в чому визначає властивості матеріалу. Залежно від складу скло відноситься або до технічного, або до оптичного (загального призначення).

Існує також силікатне скло прозоре в інфрачервоній області, скло з кремнію, які не темніють від радіоактивних випромінювань, і особливо чистий матеріал. На виробництві є ще і увіолеве скло - спеціальний матеріал, який залишається прозорим при впливі коротких ультрафіолетових променів.

Кварц знайшов застосування у виробництві трубок для рівня рідин. Такі змійовики і трубочки використовуються в металургії, котельних установках, іншому промисловому обладнанні. Труби з кварцу використовуються в електронагріваючих агрегатах, хімічних установках, напівпровідникових системах і світлотехнічної індустрії.

Вироби з кварцового скла можуть виконуватися з прозорого і непрозорого силікатного скла.

Так, прозорі колби з кварцу характеризуються:

• Гарну стійкість до високих температур;
• Інертністю до хімічних сполук;
• Чудової оптичної прозорістю.

Непрозорі трубки з кварцового скла володіють наступними характеристиками:

• Висока теплопровідність в порівнянні з прозорим склом;
• Низька собівартість;
• Висока стійкість до високих температур;
• Стійкість до реактивів.

Силікатне скло використовується в суднобудуванні (морському і космічному), при виробництві оглядових ліхтарів, пристроїв, що забезпечують візуальний контроль процесу виробництва, у хімічній та нафтопереробної промисловості.

В авіаційному будові кварцове скло також знайшло своє застосування. Силікатне скло в кілька шарів грає роль скління кабін авіаційного транспорту. У літальних апаратах крім скління кабін з силікатного скла облаштовуються системи обігріву цього ж скління.

Крім прозорого і непрозорого кварцу існує і кольорове скло. Колір йому надається в процесі варіння з додаванням оксидів кольорових металів (золота, міді та ін.) При додаванні оксиду заліза виходить скло синього кольору, а при додаванні свинцю - кришталь. Він відноситься до унікального підвиду декоративного силікатного скла. За радянських часів наявність кришталевого посуду свідчило про високий статус господаря.

У наш час посуд з кришталю втратила своє значення, а матеріал став використовуватися у виготовленні люстр, бра, настінних і настільних світильників.

Виробники виготовляють кварцове скло по ГОСТ. Нормативний документ спрощує виробничі процеси шляхом їх врегулювання. Так, загальні технічні умови знаходяться в ГОСТ 15130-86. Оптичне кварцове скло по ГОСТу призначене для виробів, які працюють в умовах проходження односпрямованого світла. Нормативний документ передбачає випуск продукції і заготовок в діаметрі до 1200 мм.

Сучасний ринок диктує свої правила виробникам кварцового скла, не залишаючи їм вибору. Нинішнє виробництво має більше уваги приділяти високотехнологічного обладнання, новим методам обробки сировини і постійно підвищувати вимоги до якості виробів з силікатного скла. Тому якість продукції, що випускається заводами, постійно поліпшується з модернізацією обладнання.

Виробництво (виготовлення) кварцового скла

Оптичні скла грають важливу роль на сучасному етапі розвитку людства. Кварц - один з різновидів оптичного скла. Силікатне скло виробляється на основі двоокису кремнію шляхом плавлення. Оксид може бути представлений у вигляді синтетичного кварцу, кварцового піску або жильного кварцу.

Плавиться сировина для скла при температурі 1700 градусів Цельсія. Виготовлення кварцового скла - поширений в наш час бізнес. Це вигідний напрямок виробництва, оскільки даний матеріал застосовується в різних сферах побутового та спеціалізованого виробництва.

Основна відмінність силікатного скла від інших видів в тому, що воно не піддається різанню в процесі приготування і експлуатації. В цей же час поширена практика обробки скла з двоокису кремнію за допомогою алмазних дисків. При обробці також застосовується карборунд. Також варто відзначити, що кварцове скло добре свердлиться, відмінно піддається шліфовці і поліровці.

При поліруванні і шліфуванні не повинно бути ніяких биття. Це загрожує растрескиванием скла або неякісної обробкою. При обробці для подальшого охолодження матеріал обробляється сильним напором води. Це забезпечує максимально ефективну обробку матеріалу, що найбільше влаштовує замовника і кінцевого споживача.

Виробництво кварцового скла досить затребуване, тому що це один з кращих матеріалів для ізоляції. Силікатне скло широко використовується в електротехнічної галузі, оптиці, світлотехніку і медицині.

В силу того, що кварц - чудовий діелектрик, виробництво кварцового скла високо цінується в електротехніці і радіоелектронної промисловості. У цих сферах широко використовується і підвид силікатного скла - електровакуумне скло.

Короткий опис виробництва кварцового скла в залежності від його виду:

• Непрозоре силікатне скло. Проводиться такий вид з чистого піску. Продукція застосовується для виготовлення лабораторного обладнання. Такі прилади характеризуються термостійкістю. Серед виробів з непрозорого скла найбільшим попитом користуються чохли для термопар, лабораторне обладнання, муфелі;


• Прозоре скло для технічних цілей. Виготовлення кварцового скла технічного використовується гірський кришталь. В якості альтернативи може застосовуватися синтетична двоокис кремнію. Такий вид скла характеризується високою прозорістю. За рахунок своїх характеристик технічне силікатне скло застосовується у виробництві радіоапаратури, световолокна;


• Оптичне прозоре силікатне скло. Для його виробництва використовується спеціальний оптичний чистий кварц. Така сировина має високу ступінь хімічної чистоти. Така властивість забезпечило оптичному склу з кремнію високий показник світлопропускання;


• Леговане скло - силікатне скло, при виробництві якого в його склад були включені легирующие добавки;


• Особливо чисте скло з двоокису кремнію. Це особливий вид кварцу. У ньому знаходиться мінімум газових бульбашок і інших домішок. Для особливо чистого скла характерна підвищена здатність до світлопропускання. Ця властивість використовується для виготовлення оптоволокна. Широке застосування такий вид кварцового скла знайшов в космічному устаткуванні, мікроелектроніці. Першокласні оптичні прилади також не обходяться без особливо чистого силікатного скла;


• Керамічне скло. Виготовляється з кварцового піску. Знайшло застосування у виробництві вогнетривких елементів і деталей. Для керамічного скла властивий високий ступінь захисту від радіоактивних випромінювань і особлива кислотоустойчивость. Керамічне скло також славиться своєю термостійкістю.

Крім масового виробництва, багато заводів беруться за індивідуальні невеликі замовлення. У такому випадку замовник призводить індивідуальні параметри, які йому потрібні від виробів з силікатного скла.

Заготовки з кварцового скла можуть бути в формі плит, дисків (круглої або овальної форми) і пластин. Заводи випускають тільки якісний продукт, якість якого відповідає всім вимогам ГОСТ та іншої нормативної літератури.