Стекла

 

Характеристика стекол очень трудна вследствие многообразия состава стекол, встречающихся в стали и сплавах. Наличие в металле стекол часто недооценивается исследователями, занимающимися включениями. Основное внимание обычно обращено на кристаллические окислы, определение состава которых легче вследствие того, что структура включения может быть определена ренттеноструктурным способом. Определение же состава стекол весьма затруднительно, так как при этом приходится довольствоваться показателями преломления и внешними признаками (прозрачность, цвет и т.д.).

Значение стекол в процессе выплавки стали очень велико, так как стекла оказывают весьма существенное влияние на свойства. Представляют интерес условия образования стекол и условия их расстекловывания (кристаллизации).

Обычные стекла, встречающиеся в сталях, являются силикатными, т. е. содержат кремнезем. Не исключается возможность образования в отдельных особых случаях стекол из других окислов.

Роль Al₂O₃ в стеклообразовании такова: чистая Al₂O₃ не может быть получена в стекловидном состоянии, так как координационное число Аl в Аl₂O₃ равно шести. А для образования стекла необходимо, чтобы координационное число не превышало четырех. Однако в тех случаях, когда Аl, замещая Si, оказывается в четвертой координации, он становится также стеклообразователем. При этом отношение Al : Si не должно превышать 0,33, ибо в противном случае нельзя было бы построить решеткиSiO₂ без Аl. Вязкость стекол понижается с повышением температуры особенно резко у оптических свинцовых стекол (PbO-SiO₂). Окиси цинка и свинца придают стеклам ценные свойства, которые не могут быть достигнуты с помощью других компонентов.

Шлаки с высоким содержанием SiO₂ или P₂O₅ при охлаждении имели склонность становиться стекловидными. Прибавление окиси свинца к пятиокиси фосфора резко повышает плотность стекла. Различные добавки к силикатным стеклам могут изменять коэффициент расширения стекол.

При введении борного ангидрида в свинцово-силикатные стекла обычно очень сильно понижается показатель их   преломления и плотность.

При замене SiO₂ на А1₂O₃свойства стекол меняются во всех случаях в одном направлении, а именно: показатель преломления, молярный объем и средняя дисперсия возрастают, а коэффициент расширения уменьшается, причем окись алюминия снижает коэффициент расширения стекол сильнее, чем другие компоненты.. Исследование поведения окиси алюминия в силикатных стеклах показывает, что она играет роль кислотного компонента.

Свинцовые окислы, введенные в состав глазури, понижают температуру плавления глазурей, сообщают им блеск и хорошую кроющую способность, но понижают химическую стойкость, особенно против кислот.

При содержании в глазурях окиси кальция более 18% происходит расстекловывание (кристаллизация) глазури. Образование шпинелей происходит при 1700—1800° С, но при В₂0₃ около 2% (вес.) температура понижается до 1250—1300° С. Для легкоплавких надглазурных красок применяют различные окислы со значительным количеством РbО - SiO₂ и некоторые — бора.

Практически часто встречаются в металле следующие стекла.

Кварцевое стекло (SiO₂)встречается в различных сталях, раскисленных кремнием. В значительных количествах присутствует в кислой стали, для которой является основным типом включений. Форма включений глобулярная. Глобул и прозрачны, изотропны и имеют показатель преломления 1,456. Следует отметить характерную особенность различных модификаций кристаллического и стекловидного кремнезема.

Силикатные стекла с примесью окислов алюминия, железа, марганца, хрома, молибдена и других окислов. При высоком содержании кремнезема включения не деформируются, а сохраняют глобулярную форму. При высоком содержании кремнезема или при образовании алюмоси-ликатных стекол они сохраняют прозрачность. При значительном содержании упомянутых примесей становятся менее прозрачными и приобретают оттенки собственных цветов. Алюмосиликатные стекла встречаются во всех сталях, раскисленных алюминием и изготовленных с применением алюмоситикатных огнеупоров. Силикатное стекло с высоким содержанием окислов железа или (особенно) марганца имеет высокую пластичность при горячей деформации и вытягивается в направлении деформации, прозрачность небольшая, собственный цвет красноватый. стекло с высоким содержанием окислов хрома зеленоватого цвета и почти непрозрачно. Стекла с высоким содержанием марганца встречаются в сталях, раскисленных марганцем.

Силикатные стекла сложного строения. Часто в сталях встречаются включения неоднородного строения. Кристаллические окислы как бы вкраплены в стекловидную массу. Иногда кристаллические включения в виде группы кристаллов заключены в общую стекловидную оболочку. При горячей деформации такие включения ведут себя по-разному в зависимости от свойств стекол и расположенных в них кристаллов. Обычно глобулярные включения стекол с включенными в них кристаллическими окислами вытягиваются при деформации («полупластичный силикат»). При холодной деформации стекла могут частично разрушаться. При этом кристаллические окислы, находящиеся внутри глобулей стекла, не меняют формы, а распределяются вдоль деформации, оставаясь окруженными стеклом.

Если стекловидная оболочка образовалась вокруг глобулярного недеформирующегося включения, после деформации металла образуются вытянутые «чечевицы», острые окончания которых представляют собой стекловидную оболочку, подвергшуюся деформации.

Стекла в виде пленок. Кроме указанных выше случаев образования стекол, тонкие стекловидные пленки могут образовываться на гранях, растущих из жидкой фазы кристаллов, в междуосных участках и на поверхностях кристаллических окислов, особенно в том случае, если они образуются на основе фаз, выделяющихся из жидкой стали при охлаждении или при кристаллизации стали.