|
|
Теплоемкость — это свойство стекла
поглощать определенное количество тепловой энергии при нагревании 1 кг стекла на 1°С. Теплоемкость определяют по формуле: Ci=C0 (1 + 0,00078 t), где Ct — теплоемкость
стекла при температуре t\ С о — теплоемкость при 0°С. В зависимости от
химического состава стекла его теплоемкость равняется 0,336...1,05 кДж/
(кг-°С). Теплоемкость является важным параметром в теплотехнических расчетах
технологических процессов, требующих нагревания стекла или стекломассы.
Теплопроводность — способность стекла пропускать через свою толщу поток
тепла, обусловленный перепадом температур. Количество тепловой энергии Q,
прошедшей сквозь толщину I стекла за время т при перепаде температур At и при
площади поперечного сечения S теплового потока, выражается формулой: Ql =
KS-Atx, где к — коэффициент теплопроводности. Обычно X составляет около 0,9
Вт/(м-К). Однако даже в случае кварцевого стекла, отличающегося наибольшей
теплопроводностью, равной 1,34 Вт/(м-К), оказывается, что стекло проводит
тепло в 400 раз хуже, чем, например, медь.
Термическое расширение. Свойство стекла увеличиваться в
объеме при нагревании и уменьшаться при охлаждении называется объемным
термическим расширением. Однако обычно имеют дело с линейным термическим
расширением, т. е. с изменением линейных размеров: lt = lo (1 + aAi), где
It—длипа образца при температуре t; lo — длина образца при £о = 20°С;
At— температурный интервал нагревания (охлаждения), равный At = t—to. Отсюда
линейный коэффициент термического расширения (КТР)
a--=(lt—lo)/loAt=(Al/lo)/At, где Al = lt—lo означает абсолютное удлинение
(сокращение) образца, a Al/lo — относительное удлинение (сокращение).
КТР означает, на какую долю от своей первоначальной длины
удлинится (сократится) образец при нагревании (охлаждении) на 1°С. Наименьшим
КТР обладает кварцевое стекло: 5-Ю-7 град-1. КТР обычных стекол в среднем
составляет 100... 120- Ю-7 град"1.
Коэффициент объемного термического расширения р = 3а.
При сваривании и спекании различных стекол необходимо
убедиться в том,что их КТР совпадают. То же справедливо и для горячего
соединения стекла с металлом.
Термостойкость — способность стекла выдерживать, не
растрескиваясь, резкое нагревание или резкое охлаждение. Если в толстостенный
стакан из стекла быстро налить кипяток, то при этом относительно тонкий слой
стекла вблизи внутренней стенки довольно быстро нагреется и будет стремиться
расширяться. Однако остальная толща стекла вплоть до наружпой поверхности
стенки не успеет прогреться и расшириться. Поэтому эта толща не позволит
расшириться тонкому нагретому слою ион останется в сжатом состоянии. При этом
остальная толща сравнительно холодного стекла подвергнется некоторому растяжению.
Поскольку в данном случае решающее значение имеет состояние тонкого
внутреннего слоя, а он испытывает сжатие, которое стекло, как указано ниже,
выдерживает хорошо, то чаще всего стеклянный стакан, заполняемый кипятком, не
растрескивается. Напротив, при резком охлаждении, например, когда в горячий
стакан наливают холодную воду, наблюдается обратная картина: вероятность
растрескивания стакана гораздо больше, потому что тонкий слой стекла вблизи
внутренней поверхности стенки, быстро охлаждаясь, стремится сжаться, по не
может этого сделать, будучи связанным с остальной толщей более теплого
стекла, и оказывается в опасном для стекла растянутом состоянии.
Термостойкость измеряется предельным интервалом температур At между наружным
поверхностным слоем стекла и его внутренней толщей, который стекло еще может
выдержать без разрушения.
При нагреве At = tHav—fBн, а при охлаждении At =
tBH—£Нар. Различие термостойкости стекла в этих двух случаях
разительно: один и тот же образец при нагревании выдерживает мгновенный
температурный перепад до 450°С, но, будучи резко охлажден, растрескивается
при температурном перепаде всего 60°С.
Тонкостенное изделие, например тот же стакан, лучше
выдерживает резкие изменения температуры, чем изделие с толстыми стенками,
так как тонкая стенка прогревается насквозь и во всех своих участках
расширяется более или менее одинаково.
Наиболее термостойким является кварцевое стекло, способное
выдержать перепад температур до 1000°С. Термостойкость стекол тем выше, чем
ниже их RTP (практически этот критерий считают основным), чем выше модуль
упругости Е и прочность при растяжении /?р. С другой стороны, термостойкость
тем ниже, чем сильнее повреждена поверхность стекла царапинами, шлифованием и
т. п., чем больше включений содержит стекло и чем хуже оно отожжено.
|