> Техника, страница 34 > Вязкость стекла

Вязкость стекла

Вязкость стекла, внутреннее трение стекла. Стекло при обыкновенной темп-ре по теории Г. А. Таммана представляет собою жидкость, молекулы которой, благодаря огромному внутреннему трению, являются практически неподвижными для коротких промежутков времени. Подогревание стекла до 400—500° вызывает увеличение подвижности молекул, и стекло делается пластическим телом, при воздействии на него силы тяжести медленно принимающим форму сосуда, в котором стекло находится, и изменяющим форму, если оно находится в виде бруска. Дальнейшее подогревание стекла до 900° делает его сиропообразным, но еще весьма вязким, а при ί° около 1 500° и выше стекло превращается в жидкость с довольно большой подвижностью частиц. Т. о. внутреннее трение стекла η, или вязкость его, изменяется в интервале от 500 до 1 500° в очень широких пределах, в миллиарды раз. Исследования, произведенные в лаборатории Г. А. Таммана, показали, что В. с. η зависит от удельного объёма и что при равных удельных объёмах В. с. постоянна.

Для практики особенное значение получает изменение В. с. с ί³, т. к. для технич. обработки его важно, чтсбы с изменениями V² В. с. изменялась по возможности меньше. Исследования А. Ле-Шателье показали, что В. с. может быть представлена, как функция t°, следующей эмпирической формулой: lglg ri=A — Bt (1)

или с изменением, введенным работами И. Лазарева,

lglg ±=А-т, (2)

*]о где А, В и η₀—постоянные. Для хороших стекол, с которыми удобно производить различные маниции, выгодно, чтобы В было по возможности невелико.

Как показано А. Ле-Шателье и затем И. Лазаревым, формулы (1) и, в особенности, (2) превосходно подтверждаются на опыте, и отступления не превосходят ошибок наблюдений. Ниже приведены данные, полученные Стоттом (Stott) для стекла, и вычисленные по формуле Ле-Шателье значения:

£°.	526°	575°	625°	675°	746°	900°	1120°	1 312°	1 390°
Ig4 (набл.).	11,54	10,16	8,65	7,51	6,28	4,29	2,85	1,96	1,80
lgij (вычисл.).	11,52	10,06	8,77	7,69	6,37	4,37	2,75	2,01	1,81

Исследования П. Лазарева и его сотрудников показали, что не только стекло, но и всякие вязкие жидкости (растворы желатина в воде, растворы сахара в глицерине, патока и т. д.) показывают при изменении t° зависимость, выражаемую формулой Ле-Шателье. Теоретическая формула Филлипса,

найденная ранее эмпирически А. И. Бачинским, в извести, интервале t° совпадает с данными опыта и с ф-лой Ле-Шателье, однако при более высоких t° наступает расхождение опытн. данных и ф-лы. Пока лишь одна формула Ле-Шателье охватывает все изменения В. с. при различи. t° и является единствен, ф-лой, которой можно пользоваться на практике.

Если в стекле происходят от повышения ί° внутренние молекулярные перегруппировки и химич. реакции и если при определенной темп-ре t₀ стекло приобретает иную аллотропическую модификацию, то получаются следующие соотношения:

нише температуры ί₀ lg lg η=A - Bt; выше » to lg lg η=A, — B,t;

при t=t„ A - Bt₀=A, - B,t₀.

Эти соотношения также указаны Ле-Шателье. Как при темп-pax ниже (₀, так и выше ί₀ между температурой и lglg η существует прямолинейная зависимость, и точка пересечения прямых даст температуру t₀.

Как на пример зависимости А и В от состава и в то же время как на пример аллотропии, укажем на изменение В. с., по наблюдениям Ле-Шателье, в отношении стекла, имеющего состав 3Si0₂, х СаО, (1—a:)Na_sO, где х—число, лежащее между 0 и 1. Как показал Ле-Шателье, это стекло, в зависимости от t°, дает две аллотропические модификации а и β; значения А и В для той и другой выражаются такими чи: ί А=1 78 — 0 1х

Модификация а |_в=0’₀0135 - о,0005ж ί А=1 Я5 — 0 loiC

Модификация β _ о’оо085 - 0,0004ж Это обстоятельство валено для промышленности, т. к. позволяет заранее предвидеть, в каком направлении нужно изменить состав стекла, чтобы получить желаемую В. с.

В настоящее время имеется целый ряд методов определения В. с. Особенно удобными являются два, которые получили широкое распространение и в наших русских лабораториях (Ии-т силикатов и Ин-т физики и биофизики). Первый из этих методов состоит в определении скорости ν движения шарика определенных размеров в вязкой среде, причем, при установившихся равномерных движениях в безграничной среде, вязкость η, в зависимости от радиуса шара г, его уд. в Δ, уд. в жидкости δ и ускорения силы тяжести д, выражается формулой:

Если наблюдается движение шарика в ци-линдрич. сосуде конечных размеров, то требуется, как показал Ладенбург, поправка, пользуясь которой мы можем получить точное значение внутреннего трения жидкости. Для определения В. с. его помещают в не-глазурованный фарфоровый цилиндрик, диаметром 3 сантиметров и высотой около 10—15 см, и в электрич. печи производят расплавление стекла, поддерживая постоянную темп-ру. Платиновый шарик падает внутри расплавленного стекла по оси цилиндра. Определяя при помощи рентгеновских лучей фотографически или визуально положение шарика в разные моменты внутри цилиндра, молено найти скорость падения шарика и отсюда определить В. с. Второй метод состоит в том, что в платиновый тигель помещают платиновый же цилиндрик, приводимый в движение падающим грузом, подвешенным к нити, намотанной на вал, к-рый связан с цилиндром. Груз дает движущую силу; зная величину его Р и скорость падения или число п об/м. цилиндра, можно определить величину внутреннего трения. Как показывают расчеты,

р

i?=7c· —, где к—величина, определяемая из опытов с веществами, для которых η известна. Этот второй метод является очень пригодным при t° около 800—1 200°. При более высоких температурах, когда стекло делается очень подвижн. и маловязким, является более удобным метод падения шарика, к-рый в этом случае дает более точные результаты. Эти два метода имеют много модификаций, которые и применяются на практике. Так, были предложены способы, которые позволяют непосредственно на заводе определять величину вязкости стекла, в разных местах горшка, в котором производится плавка стекла.

Лит.: Менделеев Д., Техническая Энциклопедия, вып. 4. Стеклянное производство, стр. 35, СПБ, 1864; Шульц Г., Стекло, перевод с нем., стр. 37, М,—Л., 1926; Лазарев П., «Керамика и стекло», М., 1927,стр. 17; его же, «Доклады Академии наук СССР», Л., 1927, стр. 27, 1928, стр. 37;

D ralle R., Die Glasfabrikation, 2 Auflage, В. 1, p. 51, Miinchen, 1926 (обстоятельное изложение вопро-са); L e С h 41 e 1 le r H., Sur la viscosite du verre, «Annales de Physique», P., 1925, s6r. 10, t. 3, p. 5 (классичеек. изложение закона Лс-Шателье); L a sare Г f P., «CR», 1927, t. 185, р. 106; T a m m a n n G., «Journal of the Soc. of Glass Technology», Sheffield, 1925, ν. 9, p. 166. П. Лазарев.