 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
158
приводит к ежегодному приросту производства бумаги примерно на 5%. А это означает, что
потребность в древесине – важнейшем природном сырье – постоянно возрастает.
Стекло
Еще в V тысячелетии до н. э. в древнем Египте выплавлялись первые стеклоподобные
материалы. Стеклянная посуда в том виде, как она представляется нам сегодня, изготавливалась в
XV в. до н. э. Однако вместе с тем стекло долгое время не находило широкого применения,
поскольку ни броню, ни каску, ни даже ручную дубинку из столь хрупкого материала изготовить
нельзя.
Первые гипотезы о структуре стекла появились в 20–30-е годы XX в., хотя с древних времен
выплавлялись стекла более 800 различных составов, из которых производилось около 43 тыс.
разновидностей изделий. Как и прежде, стекло обладает одним существенным недостатком –
хрупкостью. Создать стекло нехрупким – одна из труднейших задач даже с учетом современных
технологий.
Стекло состоит преимущественно из силикатной массы (до 75% SiO2). Результаты электронно-
микроскопических исследований структуры стекла показали, что при охлаждении расплава стекла
возникают каплеобразные области, отличающиеся от окружающей их массы расплава химическим
составом и стойкостью к химическим воздействиям. Размеры таких областей от 2 до 60 нм.
Изменяя величину, число и состав данных областей, можно изготовить стеклянную посуду с очень
высокой химической стойкостью. При разделении каплеобразных областей происходит
кристаллизация – образуются кристаллы (размером около 1 мкм) со структурой
стеклокерамического вещества –
ситалла. Таким образом можно изготовить прозрачный или
похожий на фарфор материал, коэффициент теплового расширения которого варьируется в таких
широких пределах, что его можно прочно соединять с многими металлами. Некоторые
стеклокерамические материалы выдерживают высокотемпературный перепад, т.е. не
растрескиваются при резком охлаждении от 1000° С до комнатной температуры.
В начале 70-х годов разработана новая разновидность ситалла, который можно обрабатывать,
как обычный металл, т. е. его можно обтачивать, фрезеровать, сверлить, а на деталях из него
можно даже наносить винтовую резьбу. Область применения ситаллов – автомобилестроение,
электротехника, химическое машиностроение, домашнее хозяйство.
Стекло, охлажденное при обычной температуре, имеет прочность на изгиб около 50 Н/мм², а
термически закаленное стекло – примерно 140 Н/мм². При дополнительной химической обработке
получается сверхпрочное стекло с прочностью на изгиб от 700 до 2000 Н/мм². Химическая
обработка заключается в том, что на поверхности стекла небольшие по размеру ионы натрия
путем ионного обмена заменяются более крупными ионами калия. Химически упрочненное стекло
не разбивается даже при сильном ударе и поддается механической обработке в отличие от
термически закаленного стекла.
Высокой прочностью обладают композиционные материалы, включающие химически
обработанные стекла со слоями пластика. Такой материал в некоторых конструкциях может
заменить металл. Бронестекло толщиной 20–40 мм, состоящее из нескольких склеенных
искусственной смолой стекол, не пробивается пулей при выстреле из пистолета.
Иногда для облицовки зданий применяются цветные стекла, та или иная окраска которого
достигается введением оксидов металлов. Цветные стекла поглощают инфракрасное излучение.
Таким же свойством обладают стекла с напыленным на их поверхность тонким слоем металла или
сплава. Данные стекла способствуют поддержанию нормального микроклимата в помещении:
летом они задерживают лучи палящего солнца, а зимой сохраняют тепло.
Широко применяются стекловолокнистые материалы. Ими можно армировать, отделывать,
склеивать, декорировать, изолировать, фильтровать и т. п. Объем их выпуска огромен – в 1980г.
он составлял около 1 млн т/год. Стеклонити для текстильной промышленности имеют диаметр
около 7 мкм (из 10 г стекла можно вытянуть нить длинной 160 км). Стеклонить обладает
прочностью до 40 Н/мм², что гораздо прочнее стальной нити. Ткань из стекловолокна не
смачивается и устойчива к деформации, на нее можно наносить разноцветные рисунки.
Применение стекловолокна в качестве светопровода породило новую отрасль естествознания –
волоконную оптику. Стекловолокна – весьма перспективные средства передачи информации.
Хорошо известны изоляционные свойства стекла. Однако в последнее время все чаще говорят о