Тепловое расширение.

Теплопроводность.

Единица измерения теплопроводности Вт/(м.°С). Теплопроводность промышленных стекол составляет 0,72-0,9 Вт/(м.°С).

Увеличение в стекле количеств SiO2, Аl2О3, В2О3,Fе2О3 повышает теплопроводность, а ВаО и РbО снижают ее.

При высоких температурах передача тепла теплопроводностью характерна только для тонких (до 0,1 см) слоев стекла. При увеличении толщины слоя увеличивается интенсивность передачи тепла излучением.

С повышением содержания в стекле этих оксидов роль теплопередачи излучением уменьшается и возрастает роль теплопроводности.

Способность материала проводить тепло, т. е. его теплопроводность, оценивается коэффициентом теплопроводности, который численно равен количеству тепла, переносимому на определенное расстояние через единицу поверхности сечения за единицу времени при разности температур в 1 К.

Теплопроводность различных видов стекла мало зависит от их состава.

Стекло плохо проводит тепло, теплопроводность стекла весьма незначительна, его коэффициент теплопроводности равен 0,5-1 Вт/(м*K). У оконных стекол эта цифра равна 0,82-0,96 Вт/(м*K), что почти в 10 раз ниже, чем у аналогичных кристаллических минералов. Например, теплопроводность кристалла кварца — 7,2 Вт/(м * К).

Малой теплопроводностью обладают стекла, содержащие большое количество щелочных оксидов.

Наибольшую теплопроводность имеют кварцевые стекла. С уменьшением доли оксида кремния в общей массе стекла или при замене его на любое другое вещество уровень теплопроводности понижается.

Нагретые стекла очень медленно остывают, о чем следует помнить при обработке стекла. Кроме того, вследствие малой теплопроводности стекла при формовке из него деталей и пайке на довольно небольших участках стеклянных изделий создается большой перепад температуры, а следовательно, в стекле возникают внутренние напряжения и хрупкость его значительно увеличивается.

Все твердые тела при нагревании расширяются, т. е. увеличиваются в объеме. Стекло является изотропным материалом - при нагревании оно изменяется в объеме во всех направлениях одинаково.

Тепловое расширение обычно характеризуют коэффициентами линейного α и объемного β расширения.

Коэффициент теплового расширения стекол прямо зависит от химического состава исходной массы.

Наименьшим температурным коэффициентом линейного расширения обладает кварцевое стекло (SiO2). Ввод остальных компонентов увеличивает ТКЛР. Чем больше в стекломассе щелочных оксидов Na2О, К2О, СаО и ВаО, РbО тем выше коэффициент температурного расширения. Присутствие в стекле оксидов кремния, алюминия и бора снижает эту величину.

Температурный коэффициент линейного расширения различных стекол находится в пределах (5-120) ∙10^–7 1/°С – небольшой. Обычное стекло 8,5∙10^-6 1/К. как у гранита. у алмаза 0,91∙10^-6 1/К.

Это важнейшая технологическая характеристика. Подбирая разные по составу стекла, можно изготавливать сложные изделия. Телевизионная трубка состоит из 3х составов стекла, в одно из них впаивают металлические детали. Если разница между коэффициентами теплового расширения пары стекло-стекло или стекло-металл превысит 15%, то изделие взорвется от возникших напряжений. Особенно важно правильно подбирать стекло, если его надо спаять с металлом.

По тем же причинам разрушаются художественные изделия, в которых сочетаются различные стекла (цветные и бесцветные).

Коэффициент линейного температурного расширения стекла относительно невелик, но из-за высокого модуля упругости и низкой теплопроводности напряжения, развивающиеся в стекле при термических деформациях, могут достигать опасных величин, приводящих к растрескиванию.

При выполнении стеклодувных работ это свойство стекла следует учитывать. Например, нельзя спаивать стекла, значительно различающиеся коэффициентами термического расширения, так как спай при охлаждении обязательно треснет.

Дата добавления: 2014-01-07