Шил бол хүний ​​мэддэг хамгийн эртний бөгөөд олон талын материалуудын нэг юм.

Хүн шилийг маш удаан хугацаанд мэддэг байсан. Фараонуудын анхны гүрний үеийн археологичдын олж авсан фаянс чимэглэл нь шилийг Египетэд 5 мянган жилийн өмнө мэддэг байсныг харуулж байна. Месопотамид малтлагын үеэр олдсон шилэн цилиндр тамга нь Аккадын гүрний үеийнх, өөрөөр хэлбэл 4000 гаруй жилийн настай. Япон, Энэтхэгээс олдсон шилэн эдлэлийг 2000 орчим жилийн өмнө хийсэн. Гэхдээ эрдэмтэд шил гарч ирсэн цаг хугацаа, газар нутгийн талаар нэгдсэн санал бодолтой байдаггүй.

Шил яаж үүссэн бэ?

Домогуудын нэг нь Финикийн худалдаачид байрлаж байхдаа элсэн эрэг дээр хоол хийж байсан гэж ярьдаг. Тэд зуухаа чулуугаар биш, харин Африкийн содны хэсгүүдээр барьсан. Сүрэл түлшээр үйлчилдэг. Тэд өглөө сэрээд үнсэн дээр нь шилэн ембүү олжээ.

Оросын гар урчууд мянга гаруй жилийн өмнө шилэн үйлдвэрлэлийн нууцыг мэддэг байсан. Тэр үед шүлт, элс, шохой нь шил үйлдвэрлэх түүхий эд байсан. Ургамлын үнс эсвэл содыг шүлт болгон ашигласан.

Шилний химийн найрлага

Нүдний шил нь байгалийн ба хиймэл юм. Байгалийн шил нь жишээлбэл, галт уулын дэлбэрэлтийн үед эсвэл кварцын элсний ордод аянга буух үед үүсч болно. Гэвч байгальд байгалийн шил үүсэх боломж маш цөөхөн байдаг тул хүн төрөлхтөн өөрийн хэрэгцээнд зориулж хиймэл шил авч сурсан.

Шилэн- янз бүрийн исэлээс бүрдэх хайлмалыг хэт хөргөх замаар гаргаж авсан аморф бие.

Аль исэл нь үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болохоос хамааран силикат шил (SiO2), борат (B203), фосфат (P205), хосолсон (боросиликат гэх мэт) шилийг ялгадаг.

силикат шил

Хамгийн түгээмэл нь силикат шил юм. Үүний гол бүрэлдэхүүн хэсэг нь цахиурын давхар исэл (SiO2) юм. 70-75% шил нь үүнээс бүрддэг. Цахиурын давхар ислийг кварцын элснээс гаргаж авдаг. Кальцийн исэл (CaO) нь шилний хоёр дахь бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд химийн эсэргүүцэл, гялалзсан байдлыг өгдөг. Эрт дээр үед хүмүүс шохойн чулууг мэддэггүй байсан тул далайн хясаа эсвэл модны үнс нь кальцийн ислийн эх үүсвэр болдог байв. Эдгээр хоёр бүрэлдэхүүн хэсгээс гадна шилэнд шил хайлахад шаардлагатай натрийн исэл (Na2O) ба калийн исэл (K2O) агуулагддаг. Ислийн эх үүсвэр нь сод (Na2CO3) ба кали (K2CO3) юм. Хэрэв шил нь зөвхөн өндөр цэвэршилттэй цахиураас бүрддэг бол үүнийг кварц гэж нэрлэдэг.

Шилний физик шинж чанар

Физик шинж чанарын дагуу шилийг энгийн, халуунд тэсвэртэй, өнгөт гэж хуваадаг.

Энгийн шил

Шохой-натри, шохой-кали, шохой-натри-кали гэсэн гурван бүлэг энгийн шилийг мэддэг.

Шохой-натри, эсвэл сод, шилийг цонхны шил, аяга таваг үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Өндөр температурт тэсвэртэй шохой-кали,эсвэл поташ, шил нь түүнийг тоног төхөөрөмж, өндөр чанартай аяга таваг үйлдвэрлэхэд ашиглах боломжийг олгодог.

Шохой-натри-калишил нь химийн өндөр эсэргүүцэлтэй байдаг. Ихэнхдээ аяга таваг үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Эмзэг байдал нь ердийн шилний гол сул тал юм. Энгийн шилний хамрах хүрээг өргөжүүлэхийн тулд хатууруулж, хатууруулсан шилийг авдаг бөгөөд үүнийг сталинит гэж нэрлэдэг. Энгийн шилийг мөн триплекс - ламинатан шилийг бий болгоход ашигладаг.

Халуунд тэсвэртэй шил

Халуунд тэсвэртэй шилийг галд тэсвэртэй, халуунд тэсвэртэй гэж нэрлэдэг. Тэдгээрийг тусгай нөхцөлд ажиллуулдаг бүтээгдэхүүнд ашигладаг. Халуунд тэсвэртэй шил нь боросиликат шил, лабораторийн шил, керамик шил зэрэг багтана.

Боросиликат шилний зэврэлтээс хамгаалах өндөр эсэргүүцэл ба түүний халуунд тэсвэртэй байдал нь энэхүү шилийг химийн инженерчлэлд тусгай суурилуулалт хийхэд ашиглах боломжийг олгодог. Энэхүү шил нь халуунд тэсвэртэй маш сайн сав суулга хийдэг. Лабораторийн шилээр ижил өндөр чанартай ширээний хэрэгсэл хийж болно. Мөн ситаллуудыг механик инженерчлэлд амжилттай ашиглаж байна.

Өнгөт шил

Хатуурсны дараа шилэн масс нь хөх-ногоон эсвэл шар-ногоон өнгөтэй болно. Гэхдээ шил хайлуулах явцад түүний бүтцийг өөрчилдөг янз бүрийн металлын исэлүүдийг цэнэглэхэд оруулбал шилийг хөргөсний дараагаар дамжин өнгөрөх гэрлийн спектрээс тодорхой өнгийг тодруулах боломжтой болно.

Ийм шилийг урлагийн бүтээгдэхүүн, будсан цонх, аяга таваг үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Шил нь гал ба мөс гэсэн хоёр элементийг нэгтгэдэг. Гал нь шил үүсэхэд тусалдаг. Шил нь бүтээгдэхүүн хэлбэрээр хатуурахад мөс шиг болдог.

Орчин үеийн хүмүүс шилгүйгээр амьдралаа төсөөлөхийн аргагүй юм. Энэ нь биднийг хаа сайгүй хүрээлж байдаг: гэртээ, тээвэрт, ажил дээрээ, амралтаараа. Шил ашиглахгүй ядаж нэг салбарыг нэрлэх боломжгүй.

Бүх хатуу бодисыг талст ба аморф гэж хуваадаг. Аморф нь эмх замбараагүй бүтэцтэй бөгөөд хангалттай өндөр температурт хайлж чаддаг. Шинжлэх ухаанд бүх зүйлийг шил гэж нэрлэдэг. аморф биетүүдхайлмалыг хэт хөргөсний үр дүнд үүссэн .

Өдөр тутмын амьдралд шилийг тунгалаг хэврэг материал гэж нэрлэдэг. Шилний анхны массын нэг хэсэг болох нэг буюу өөр бүрэлдэхүүн хэсгээс хамааран үйлдвэр нь дараах төрлийн шилийг ялгадаг: силикат, борат, боросиликат, алюминосиликат, боралюминосиликат, фосфат болон бусад.

Үндсэн аргашилийг кварцын элс (SiO2), сод (Na2CO3) болон шохойн (CaO) хольцыг хайлуулах замаар гаргаж авдаг. Үүний үр дүнд Na2O*CaO*6SiO2 найрлагатай химийн нэгдлүүд үүсдэг.

Шилний физик, механик, химийн шинж чанарууд:

Нягт нүдний шил нь тэдгээрийн найрлагыг бүрдүүлдэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс хамаардаг. Тиймээс их хэмжээний хар тугалганы исэл агуулсан шилэн масс нь бусад материалаас гадна лити, бериллий эсвэл борын ислээс бүрдсэн шилнээс илүү нягт юм.

Шахалтын бат бэх - гаднаас ямар нэгэн ачаалалд өртөх үед материалын дотоод стрессийг тэсвэрлэх чадвар. Энэ тохиолдолд тодорхой төрлийн шилний бат бөх байдлын зэрэг нь хамаарна химийнтүүний бүрэлдэхүүнд багтсан болно. Кальци эсвэл борын исэл агуулсан шил нь илүү бат бөх байдаг. Хар тугалга, хөнгөн цагаан исэл бүхий шил нь бага хүч чадалтай байдаг. Төрөл бүрийн гэмтэл (хагарал, гүн зураас) нь материалын бат бөх чанарыг ихээхэн бууруулдаг. Хүч чадлын индексийг зохиомлоор нэмэгдүүлэхийн тулд зарим шилэн бүтээгдэхүүний гадаргууг цахиурын хальсаар бүрсэн байдаг.

эмзэг байдал - гадны хүчний нөлөөн дор биетүүдийн нурах механик шинж чанар. Шилний эмзэг байдлын үнэ цэнэ нь голчлон түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн найрлагаас хамаардаггүй, харин шилэн массын нэгэн төрлийн байдал (түүний найрлагад орсон бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь цэвэр, цэвэр байх ёстой), шилэн хананы зузаанаас ихээхэн хамаардаг. шилэн бүтээгдэхүүн.

Хатуу байдал - нэг материалын механик шинж чанар нь нөгөө материал руу нэвтрэхийг эсэргүүцэх, илүү хатуу материал. Зарим эрдсийн шинж чанарыг тусгасан тусгай масштабын хүснэгтийг ашиглан тодорхой материалын хатуулгийн зэргийг тодорхойлох боломжтой бөгөөд бага хатуулагтай талькаас эхлээд өсөх дарааллаар байрлуулсан бөгөөд хатуулгийг нэг болгон авч болно. хамгийн хатуугаар төгсдөг - уламжлалт байдлаар хүлээн зөвшөөрөгдсөн 10 нэгжийн хатуулагтай алмаз.Тодорхой төрлийн шилний хатуулгийн зэрэг нь түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн найрлагаас ихээхэн хамаардаг. Тиймээс шилэн массыг бий болгоход хар тугалганы ислийг ашиглах нь шилний хатуулгийг эрс бууруулдаг. Мөн эсрэгээр, силикат шилийг механикаар боловсруулахад нэлээд хэцүү байдаг.

Дулааны багтаамж - аливаа процесст төлөвийг өөрчлөхгүйгээр тодорхой хэмжээний дулааныг хүлээн авах, хадгалах биеийн өмч. Шилний дулаан багтаамж нь шилний анхны массыг бүрдүүлдэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн найрлагаас шууд хамаардаг. Шилэн масс дахь хар тугалга, барийн ислийн агууламж өндөр байх тусам дулаан дамжилтын илтгэлцүүр буурна. Мөн литийн исэл гэх мэт хөнгөн исэл нь шилний дулаан дамжуулалтыг нэмэгдүүлдэг. Дулааны багтаамж багатай шил илүү удаан хөргөнө.

Дулаан дамжуулалтын - бие махбодид байгаа тохиолдолд дулааныг нэг гадаргуугаас нөгөөд шилжүүлэх шинж чанар өөр өөр температур. Шил нь дулааныг сайн дамжуулдаггүй. Түүнчлэн, хамгийн өндөр дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь кварцын шилний хувьд ажиглагдсан. Шилний нийт масс дахь цахиурын ислийн эзлэх хувь буурах эсвэл бусад бодисоор солигдох үед дулаан дамжилтын түвшин буурдаг.

Зөөлрүүлэх эхлэлийн температур гэдэг нь аморф биеийг зөөлрүүлж хайлж эхлэх температур юм. Хамгийн хэцүү - кварц - шил нь зөвхөн 1200-1500 ° C температурт деформацид ордог. Бусад төрлийн шил нь 550-650 0С-ийн температурт аль хэдийн зөөлрдөг. Тодорхой төрлийн шил, хайлах эхлэлийн температурын утгыг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн найрлагаар тодорхойлно. Тиймээс цахиур эсвэл хөнгөн цагааны галд тэсвэртэй ислүүд нь зөөлрөх температурын түвшинг нэмэгдүүлж, бага хайлдаг (натри, калийн исэл) нь эсрэгээр нь бууруулдаг.

дулааны тэлэлт - өндөр температурын нөлөөн дор биеийн хэмжээ тэлэх үзэгдэл. Төгсгөлийн материалыг дулааны тэлэлтийн утга нь үндсэн бүтээгдэхүүний шилэн массын ижил үзүүлэлттэй тохирч байхаар сонгох хэрэгтэй. Нүдний шилний дулааны тэлэлтийн коэффициент нь анхны массын химийн найрлагаас шууд хамаардаг. Шилэн масс дахь шүлтийн исэл их байх тусам дулааны тэлэлтийн индекс өндөр байх ба эсрэгээр шилэнд цахиур, хөнгөн цагаан, борын исэл байгаа нь энэ утгыг бууруулдаг.

Дулааны эсэргүүцэл - гаднах температурын огцом өөрчлөлтийн үр дүнд шилний зэврэлт, эвдрэлийг эсэргүүцэх чадвар. Энэ коэффициент нь зөвхөн массын химийн найрлагаас гадна бүтээгдэхүүний хэмжээ, түүнчлэн түүний гадаргуу дээрх дулаан дамжуулалтын хэмжээ зэргээс хамаарна.

Химийн эсэргүүцэл - ус, давсны уусмал, хий, агаар мандлын чийгийн нөлөөнд автахгүй байх чадвар. Химийн эсэргүүцлийн үзүүлэлтүүд нь шилэн массын чанар, нөлөөлөгчөөс хамаарна. Тиймээс усанд өртөхөд зэврдэггүй шил нь шүлтлэг, давсны уусмалд өртөхөд деформацид ордог.

Оптик шинж чанарууд:

Гэрлийн хугарал - хоёр тунгалаг орчны хилээр дамжин өнгөрөх гэрлийн цацрагийн чиглэлийг өөрчлөх. Шилэн гэрлийн хугарлыг харуулсан утга нь үргэлж нэгээс их байдаг.

гэрлийн тусгал - энэ нь өөр өөр хугарлын үзүүлэлттэй хоёр зөөвөрлөгчийн гадаргуу дээр унах үед гэрлийн туяа буцаж ирэх явдал юм.

Гэрлийн тархалт - гэрлийн туяа хугарсан үед спектр болж задрах. Шилэн гэрлийн тархалтын утга нь материалын химийн найрлагаас шууд хамаардаг. Шилэн масс дахь хүнд исэл байгаа нь дисперсийн индексийг нэмэгдүүлдэг.

гэрлийн шингээлт - гэрлийн туяа нэвтрүүлэх эрчмийг бууруулах орчны чадвар. Нүдний шилний гэрлийн шингээлтийн түвшин бага байна. Энэ нь зөвхөн янз бүрийн будагч бодис, түүнчлэн эцсийн бүтээгдэхүүнийг боловсруулах тусгай аргыг ашиглан шил үйлдвэрлэхэд нэмэгддэг.

гэрлийн тархалт янз бүрийн чиглэлд гэрлийн цацрагийн хазайлт юм. Гэрлийн тархалтын индекс нь шилний гадаргуугийн чанараас хамаарна. Тиймээс, барзгар гадаргуугаар дамжин өнгөрөхөд цацраг нь хэсэгчлэн тархсан тул ийм шил тунгалаг харагдаж байна.

ЗХУ-ын Шинжлэх ухааны академийн нэр томъёоны комисс шилэнд дараахь тодорхойлолтыг өгсөн.

"Шил гэдэг нь химийн найрлага, хатуурах температурын хязгаараас үл хамааран хайлмалыг хэт хөргөх замаар олж авсан бүх аморф биетүүдийг хэлдэг бөгөөд зуурамтгай чанар, хатуу бодисын механик шинж чанар, шилжилтийн үйл явцын үр дүнд аажмаар нэмэгддэг. Шингэн төлөвт шилжсэн байдал нь эргэх боломжтой байх ёстой."

Шинжлэх ухааны "шилэн төлөв" гэсэн нэр томъёоноос ялгаатай нь шилийг техникийн нэр томъёо гэж үздэг. Шилэн дотор бөмбөлөг, жижиг талстууд байж болно. Шилэн бодисоор хийсэн материалд маш олон тооны жижиг талстуудыг тусгайлан үүсгэж, материалыг тунгалаг болгох эсвэл өөр өнгө өгөх боломжтой. Ийм материалыг "сүүн" шил, өнгөт шил гэх мэт гэж нэрлэдэг.

Орчин үеийн ойлголтууд нь "шил" болон "шилэн төлөв" гэсэн нэр томъёог ялгадаг. "Vitreous": "Шингэнг хөргөх явцад талсжихаас сэргийлэх хангалттай хурдаар хөргөхөд үүссэн хатуу, талст бус бодис." Н.В. Соломин, "шил нь гол төлөв шилэн бодисоос бүрддэг материал юм."

Шилэн төлөвт байгаа бүх бодисууд нь хэд хэдэн нийтлэг физик, химийн шинж чанартай байдаг. Ердийн шилэн бие:

1. изотопууд, өөрөөр хэлбэл. тэдгээрийн шинж чанар нь бүх чиглэлд ижил байдаг;

2. халах үед тэд талст шиг хайлдаггүй, харин аажмаар зөөлөрч, хэврэг байдлаас наалдамхай, өндөр наалдамхай, дусал шингэн төлөвт шилждэг;

3. анхны шинж чанараа сэргээж, буцах замаар хайлж хатуурна.

Даралтын болон шинж чанаруудын урвуу байдал нь шил үүсгэгч хайлмал болон хатуурсан шил нь жинхэнэ шийдэл гэдгийг харуулж байна. Температур буурах үед бодис шингэн төлөвөөс хатуу төлөвт шилжих нь хоёр аргаар явагдана: бодис нь талстжих эсвэл шил хэлбэрээр хатуурах.

Бараг бүх бодис эхний замыг дагаж болно. Гэсэн хэдий ч талсжих зам нь зөвхөн шингэн төлөвт байх үед зуурамтгай чанар багатай, зуурамтгай чанар нь талстжих мөч хүртэл харьцангуй удаан нэмэгддэг бодисуудад түгээмэл байдаг.

Хоёрдахь бүлгийн хувьд тэдгээр нь шүлтийн концентраци эсвэл бусад сонгосон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацаас ихээхэн хамаардаг. Тэдний найрлагаас хамаарах хамаарал нь зуурамтгай чанар, цахилгаан дамжуулах чанар, ионы тархалтын хурд, диэлектрик алдагдал, химийн эсэргүүцэл, гэрлийн дамжуулалт, хатуулаг, гадаргуугийн хурцадмал байдалд нөлөөлдөг.

Физик шинж чанаруудшил

Цонхны шилийг оролцуулаад энгийн натри-кали-силикат шилний нягтрал 2500-2600 кг/м3 хооронд хэлбэлздэг. Температур 20-1300 хэм хүртэл нэмэгдэхэд ихэнх шилний нягтрал 6-12%, өөрөөр хэлбэл 100 ° C-аар буурч, нягтрал нь 15 кг / м3-аар буурдаг. Уламжлалт шатаасан шилний шахалтын бат бэх нь 500-2000МПа, цонхны шил нь 900-1000МПа байна.

Шилний хатуулаг нь химийн найрлагаас хамаарна. Шил нь 4000-10 000 МПа дотор өөр өөр хатуулагтай байдаг. Хамгийн хатуу нь кварцын шил бөгөөд шүлтлэг ислийн агууламж нэмэгдэх тусам шилний хатуулаг буурдаг.

Эмзэг байдал. Шил нь алмаз, кварцын хамт төгс хэврэг материал юм. Хэврэг байдал нь цохилтод хамгийн тод илэрдэг тул цохилтын бат бөх чанараар тодорхойлогддог. Шилний цохилтын хүч нь тодорхой зуурамтгай чанараас хамаарна.

Дулаан дамжуулалтын. Кварц шил нь хамгийн их дулаан дамжуулалттай байдаг. Энгийн цонхны шил нь 0.97 Вт / (м.К) байна. Температур өсөхийн хэрээр дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нэмэгдэж, дулаан дамжуулалт нь шилний химийн найрлагаас хамаардаг.

Исэл шилний өндөр тунгалаг чанар нь тэдгээрийг барилга байгууламж, толь, оптик төхөөрөмж, түүний дотор лазер, телевиз, кино, гэрэл зургийн төхөөрөмж гэх мэт шиллэгээ хийхэд зайлшгүй шаардлагатай болгосон. Барилгын хуудасны шил, цонхны шил, дэлгэцийн шилний хувьд гэрлийн дамжуулалтын коэффициент нь шилний гадаргуугийн тусгал, шингээх чадвараас шууд хамаардаг гэдгийг анхаарах хэрэгтэй. Онолын хувьд гэрлийг шингээдэггүй төгс шил ч гэрлийн 92% -иас илүүг дамжуулж чадахгүй.

Шилний оптик шинж чанар: хугарлын илтгэгч нь шил дээр унах гэрлийг хугалах чадвар юм. Керамик будаг үйлдвэрлэхэд хугарлын илтгэгч нь маш чухал юм. Энэ нь хэр их гэрэл тусахаас хамаарна. керамик бүтээгдэхүүнмөн энэ нь хэрхэн харагдах болно.

Механик шинж чанар: уян хатан чанар нь ачаалал дууссаны дараа анхны хэлбэрээ сэргээх хатуу биетийн өмч юм. Уян хатан байдал нь суналтын (шахалтын) ачааллын нөлөөн дор үүсэх стрессийн хэмжээг тодорхойлдог хэвийн уян хатан байдлын модуль зэрэг хэмжигдэхүүнээр тодорхойлогддог.

Дотоод үрэлт: Шилэн систем нь механик, ялангуяа дуу авианы болон хэт авианы чичиргээг шингээх чадвартай. Шилэн доторх нэг төрлийн бус байдлын найрлагаас хэлбэлзлийн уналт хамаарна.

Силикатын системийн дулааны шинж чанар нь судалгаанд болон керамик болон шилэн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд хамгийн чухал шинж чанар юм.

Хувийн дулаан багтаамж: - шилний нэгж массыг 10С-аар халаахад шаардагдах Q дулааны хэмжээгээр тодорхойлно.

Химийн эсэргүүцэл - янз бүрийн түрэмгий орчинд тэсвэртэй байдал - нүдний шилний маш чухал шинж чанаруудын нэг нь анагаах ухаанд чухал ач холбогдолтой юм. Чанартай шил нь сайн зөөлрүүлсэн шилнээс 1.5-2 дахин хурдан задардаг. Орчин үеийн барилгын ажилд нарны болон дулаанаас хамгаалах шинж чанартай тусгай шилийг цонх, хаалга болон бусад нүхэнд ашигладаг. Эдгээр нүдний шилний хувьд тодруулга, өнгөний өнгийг үнэлэх замаар дамжсан гэрлийн урсгалын спектрийн шинж чанар нь чухал юм. Эдгээр шинж чанарууд дээр үндэслэн тодорхой төрлийн шилийг сонгохоос гадна дулааны болон гэрэлтүүлгийн шинж чанар, тэдгээрийн ажлын нөхцөлд үзүүлэх нөлөөлөл, барилга, байгууламжийн дизайныг тодорхойлдог.

Удаан хугацааны туршид цонхыг гэрэлтүүлэх, амьдрах орон зайд тохь тухыг хангах зорилгоор хийсэн. Шил ховор байсан тул оронд нь бусад материалыг ашигласан. Аз болоход, өнөө үед шил нь ховор биш юм: үүнийг хаа сайгүй, янз бүрийн зорилгоор ашигладаг. Түүгээр ч зогсохгүй та ердийн цонхны шил төдийгүй будсан шилэн цонх хийх өнгөт шил худалдаж авах боломжтой.

Бүх хатуу бодисыг талст ба аморф гэж хуваадаг. Сүүлийнх нь хангалттай өндөр температурт хайлах шинж чанартай байдаг. Талст биетүүдээс ялгаатай нь тэдгээр нь зөвхөн эмх цэгцтэй ионуудын жижиг хэсгүүдтэй бүтэцтэй бөгөөд эдгээр хэсгүүд нь хоорондоо уялдаатай байдаг тул тэгш бус байдлыг үүсгэдэг.

Шинжлэх ухаанд (хими, физик) хайлмалыг хэт хөргөсний үр дүнд үүссэн бүх аморф биетүүдийг шил гэж нэрлэх нь заншилтай байдаг. Эдгээр бие нь зуурамтгай чанар аажмаар нэмэгдэж байгаа тул хатуу биетүүдийн бүх шинж чанарыг агуулсан байдаг. Тэд мөн хатуу төлөвөөс шингэн төлөв рүү урвуу шилжих шинж чанартай байдаг.

Өдөр тутмын амьдралд шилийг тунгалаг хэврэг материал гэж нэрлэдэг. Шилний анхны массын нэг хэсэг болох нэг буюу өөр бүрэлдэхүүн хэсгээс хамааран үйлдвэр нь дараах төрлийн шилийг ялгадаг: силикат, борат, боросиликат, алюминосиликат, боралюминосиликат, фосфат болон бусад.

Бусад биетүүдийн нэгэн адил шил нь хэд хэдэн шинж чанартай байдаг.

Шилний физик ба механик шинж чанар

Шилэн нягтралтэдгээрийн найрлагад орсон бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс хамаарна. Тиймээс их хэмжээний хар тугалганы исэл агуулсан шилэн масс нь бусад материалаас гадна лити, бериллий эсвэл борын ислээс бүрдсэн шилнээс илүү нягт юм. Дүрмээр бол шилний дундаж нягтрал (цонх, сав, өндөр чанартай, халуунд тэсвэртэй) нь 2.24 × 10 шоо метр - 2.9 × 10 шоо метр кг / м3 хооронд хэлбэлздэг. Кристалын нягт нь арай өндөр байна: шоо дөрвөлжин дэх 3.5 х 10-аас кг / м3 шоо 3.7 х 10 байна.

Хүч чадал. Физик, химийн шахалтын бат бэхийн хүрээнд гаднаас ямар нэгэн ачаалалд өртөх үед материалын дотоод даралтыг тэсвэрлэх чадварыг ойлгох нь заншилтай байдаг. Шилний суналтын бат бэх нь 500-2000 МПа (болор - 700-800 МПа). Энэ утгыг цутгамал төмөр ба гангийн бат бэхтэй харьцуулж үзье: 600-1200 ба 2000 МПа тус тус.

Үүний зэрэгцээ тодорхой төрлийн шилний бат бөх байдлын зэрэг нь түүний бүрэлдэхүүн хэсэг болох химийн бодисоос хамаарна.

Кальци эсвэл борын исэл агуулсан шил нь илүү бат бөх байдаг. Хар тугалга, хөнгөн цагаан исэл бүхий шил нь бага хүч чадалтай байдаг.

Суналтын бат бэхшилэн суналтын бат бэх нь зөвхөн 35-100 МПа. Шилний суналтын бат бэхийн зэрэг нь түүний гадаргуу дээр үүссэн янз бүрийн согогууд байгаа эсэхээс ихээхэн хамаардаг. Төрөл бүрийн гэмтэл (хагарал, гүн зураас) нь материалын бат бөх чанарыг ихээхэн бууруулдаг. Хүч чадлын индексийг зохиомлоор нэмэгдүүлэхийн тулд зарим шилэн бүтээгдэхүүний гадаргууг цахиурын хальсаар бүрсэн байдаг.

эмзэг байдал- гадны хүчний нөлөөн дор биетүүдийн нурах механик шинж чанар. Шилний эмзэг байдлын үнэ цэнэ нь голчлон түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн найрлагаас хамаардаггүй, харин шилэн массын нэгэн төрлийн байдал (түүний найрлагад орсон бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь цэвэр, цэвэр байх ёстой), шилэн хананы зузаанаас ихээхэн хамаардаг. шилэн бүтээгдэхүүн.

хатуулагНэг материалын механик шинж чанарыг нөгөөг нь нэвчихийг эсэргүүцэх, илүү хатуу материалыг илэрхийлнэ. Зарим эрдсийн шинж чанарыг тусгасан тусгай масштабын хүснэгтийг ашиглан тодорхой материалын хатуулгийн зэргийг тодорхойлох боломжтой бөгөөд бага хатуулагтай талькаас эхлээд өсөх дарааллаар байрлуулсан бөгөөд хатуулгийг нэг болгон авч болно. хамгийн хатуугаар төгсдөг - уламжлалт хүлээн зөвшөөрөгдсөн 10 нэгжийн хатуулагтай алмаз.

Ихэнхдээ шилний хатуулгийг зүлгүүрийн хатуулгийн аргыг ашиглан нунтаглах замаар "хэмждэг". Энэ тохиолдолд түүний утгыг нунтаглах тодорхой нөхцөлд шилэн бүтээгдэхүүний нэгж гадаргуугийн хальслах хурдаас хамаарч тогтооно.

Хатуу байдлын зэрэгнэг буюу өөр төрлийн шил нь түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн найрлагаас ихээхэн хамаардаг. Тиймээс шилэн массыг бий болгоход хар тугалганы ислийг ашиглах нь шилний хатуулгийг эрс бууруулдаг. Мөн эсрэгээр, силикат шилийг механикаар боловсруулахад нэлээд хэцүү байдаг.

Дулааны багтаамж гэдэг нь аливаа процесст төлөв өөрчлөгдөхгүйгээр тодорхой хэмжээний дулааныг хүлээн авч, хадгалах биеийн өмч юм.

Шилний дулаан багтаамжЭхний шилний массыг бүрдүүлдэг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн найрлагаас шууд хамаардаг. Түүний тодорхой дулаандундаж температурт 0.33-1.05 Ж / (кгхК) байна. Түүнчлэн шилэн масс дахь хар тугалга, барийн ислийн агууламж өндөр байх тусам дулаан дамжилтын индекс бага байдаг. Гэхдээ жишээлбэл, литийн исэл гэх мэт хөнгөн исэл нь шилний дулаан дамжуулалтыг нэмэгдүүлдэг.

Шилэн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхдээ дулааны багтаамж багатай аморф биетүүд өндөр дулаан багтаамжтай биетүүдээс хамаагүй удаан хөрдөг гэдгийг санах нь зүйтэй. Ийм биед гаднах температур нэмэгдэхийн хэрээр дулааны багтаамжийн хэмжээ нэмэгддэг. Түүнээс гадна шингэн төлөвт энэ үзүүлэлт арай хурдан өсдөг. Энэ нь янз бүрийн төрлийн нүдний шилний хувьд ч мөн адил юм.

Дулаан дамжуулалтын. Шинжлэх ухаанд энэ нэр томъёо нь биетүүд өөр өөр температуртай бол дулааныг нэг гадаргуугаас нөгөөд шилжүүлэх шинж чанарыг илэрхийлдэг.

Шил нь дулааныг муу дамжуулдаг гэдгийг мэддэг (дашрамд хэлэхэд энэ өмчийг барилга барихад өргөн ашигладаг). Түүний дулаан дамжилтын түвшин дунджаар 0.95-0.98 Вт / (м х К) байна. Түүнчлэн, хамгийн өндөр дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь кварцын шилний хувьд ажиглагдсан. Шилний нийт масс дахь цахиурын ислийн эзлэх хувь буурах эсвэл бусад бодисоор солигдох үед дулаан дамжилтын түвшин буурдаг.

Зөөлрүүлэх эхлэлийн температур- энэ нь бие (аморф) зөөлөрч, хайлж эхэлдэг температур юм. Хамгийн хэцүү - кварц - шил нь зөвхөн 1200-1500 ° C температурт деформацид ордог. Бусад төрлийн шил нь 550-650 0С-ийн температурт аль хэдийн зөөлрдөг. Эдгээр үзүүлэлтүүдийг шилтэй янз бүрийн ажилд анхаарч үзэх нь чухал юм: бүтээгдэхүүнийг үлээх явцад, эдгээр бүтээгдэхүүний ирмэгийг боловсруулах, түүнчлэн тэдгээрийн гадаргууг дулаанаар өнгөлөх үед.

Үнэ цэнэ хайлах эхлэх температурнэг буюу өөр зэрэглэл, шилний төрлийг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн найрлагаар тодорхойлно. Тиймээс цахиур эсвэл хөнгөн цагааны галд тэсвэртэй ислүүд нь зөөлрөх температурын түвшинг нэмэгдүүлж, бага хайлдаг (натри, калийн исэл) нь эсрэгээр нь бууруулдаг.

дулааны тэлэлт. Энэ нэр томъёо нь өндөр температурын нөлөөн дор биеийн хэмжээ тэлэх үзэгдлийг илэрхийлэхэд хэрэглэгддэг. Энэ утгыг гадаргуу дээр янз бүрийн давхаргатай шилэн бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхэд анхаарч үзэх нь маш чухал юм. Төгсгөлийн материалыг дулааны тэлэлтийн утга нь үндсэн бүтээгдэхүүний шилэн массын ижил үзүүлэлттэй тохирч байхаар сонгох хэрэгтэй.

Дулааны тэлэлтийн коэффициентшил нь анхны массын химийн найрлагаас шууд хамаардаг. Шилэн масс дахь шүлтийн исэл их байх тусам дулааны тэлэлтийн индекс өндөр байх ба эсрэгээр шилэнд цахиур, хөнгөн цагаан, борын исэл байгаа нь энэ утгыг бууруулдаг.

халуунд тэсвэртэйгадаад температурын огцом өөрчлөлтийн үр дүнд шилний зэврэлт, эвдрэлийг эсэргүүцэх чадварыг тодорхойлно. Энэ коэффициент нь зөвхөн массын химийн найрлагаас гадна бүтээгдэхүүний хэмжээ, түүнчлэн түүний гадаргуу дээрх дулаан дамжуулалтын хэмжээ зэргээс хамаарна.

Шилний оптик шинж чанар

Гэрлийн хугарал- тиймээс шинжлэх ухаанд гэрлийн туяа хоёр тунгалаг орчны хилээр дамжин өнгөрөх үед чиглэлийн өөрчлөлтийг нэрлэдэг. Шилэн гэрлийн хугарлыг харуулсан утга нь үргэлж нэгээс их байдаг.

гэрлийн тусгал- энэ нь өөр өөр хугарлын үзүүлэлттэй хоёр зөөвөрлөгчийн гадаргуу дээр унах үед гэрлийн туяа буцаж ирэх явдал юм.

Гэрлийн тархалт- гэрлийн туяа хугарсан үед спектр болж задрах. Шилэн гэрлийн тархалтын утга нь материалын химийн найрлагаас шууд хамаардаг. Шилэн масс дахь хүнд исэл байгаа нь дисперсийн индексийг нэмэгдүүлдэг. Энэ шинж чанар нь болор бүтээгдэхүүн дэх гэрлийн тоглоом гэж нэрлэгддэг үзэгдлийг тайлбарладаг.

Гэрэл шингээх замааргэрлийн туяа нэвтрүүлэх эрчмийг бууруулах орчны чадварыг тодорхойлох. Нүдний шилний гэрлийн шингээлтийн түвшин бага байна. Энэ нь зөвхөн янз бүрийн будагч бодис, түүнчлэн эцсийн бүтээгдэхүүнийг боловсруулах тусгай аргыг ашиглан шил үйлдвэрлэхэд нэмэгддэг.

гэрлийн тархалтянз бүрийн чиглэлд гэрлийн цацрагийн хазайлт юм. Гэрлийн тархалтын индекс нь шилний гадаргуугийн чанараас хамаарна. Тиймээс, барзгар гадаргуугаар дамжин өнгөрөхөд цацраг нь хэсэгчлэн тархсан тул ийм шил тунгалаг харагдаж байна. Энэ өмчийг дүрмээр бол чийдэнгийн шилэн чийдэн, чийдэнгийн плафонд үйлдвэрлэхэд ашигладаг.

Шилний химийн шинж чанар

дунд химийн шинж чанарШил, түүгээр хийсэн бүтээгдэхүүний химийн эсэргүүцлийг тодруулах шаардлагатай.

Шинжлэх ухаанд химийн эсэргүүцэл гэдэг нь бие махбодын ус, давсны уусмал, хий, агаар мандлын чийгийн нөлөөг эсэргүүцэх чадвар юм. Химийн эсэргүүцлийн үзүүлэлтүүд нь шилэн массын чанар, нөлөөлөгчөөс хамаарна. Тиймээс усанд өртөхөд зэврдэггүй шил нь шүлтлэг, давсны уусмалд өртөхөд деформацид ордог.

Силикат шил нь шинж чанар, ил тод байдал, үнэмлэхүй ус үл нэвтрэх, бүх нийтийн химийн эсэргүүцэл зэрэг ер бусын хослолоор ялгагдана. Энэ бүгдийг шилний өвөрмөц найрлага, бүтцээр тайлбарладаг.

Нягтшилхимийн найрлагаас хамаарах ба ердийн барилгын шилний хувьд 2400...2600 кг/м 3 . Цонхны шилний нягтрал нь 2550 кг / м Хар тугалганы исэл ("Богемийн болор") агуулсан шил нь өндөр нягтралаар ялгагдана - 3000 кг / м 3-аас дээш. Шилний сүвэрхэг чанар, ус шингээх чадвар нь бараг 0% -тай тэнцүү байна.

Механик шинж чанар. Барилгын байгууламж дахь шил нь гулзайлгах, суналт, цохилтод ихэвчлэн өртдөг ба шахалтанд бага өртдөг тул үүнийг тодорхойлдог гол үзүүлэлтүүд механик шинж чанар, суналтын бат бэх ба хэврэг байдлыг авч үзэх хэрэгтэй.

онолын шилэн суналтын бат бэх - (10...12) 10 3 МПа. Практикт энэ утга нь 200...300 дахин бага, 30-60 МПа хооронд хэлбэлздэг. Энэ нь шилэнд суларсан хэсгүүд (бичил төрлийн нэгэн төрлийн байдал, гадаргуугийн согог, дотоод стресс) байгаатай холбон тайлбарлаж байна. Шилэн бүтээгдэхүүний хэмжээ том байх тусам ийм газар байх магадлал өндөр байдаг. Шилний бат бөх чанар нь туршилтын бүтээгдэхүүний хэмжээнээс хамаарах жишээ бол шилэн шилэн юм. 1 ... 10 микрон диаметртэй шилэн утас нь суналтын бат бэх нь 300 ... 500 МПа, өөрөөр хэлбэл хуудасны шилнээс бараг 10 дахин их байдаг. Шилэн зураасны суналтын бат бөх чанарыг эрс багасгах; үүн дээр тулгуурлан алмаазаар шил зүсэх .

Шилэн шахалтын бат бэх өндөр - 900 ... 1000 МПа, өөрөөр хэлбэл бараг л ган, цутгамал төмөр шиг. -50-аас + 70 хэмийн температурт шилний бат бөх чанар бараг өөрчлөгддөггүй.

Хэвийн температурт шил нь хуванцар хэв гажилтгүй гэдгээрээ онцлог юм. Ачаалах үедээ хэврэг хугарал хүртэл Хукийн хуулийг дагаж мөрддөг. Уян хатан модульшилэн E =(7...7.5) 10 4 МПа.

эмзэг байдал - шилний гол сул тал. Хэврэг байдлын гол үзүүлэлт нь уян хатан байдлын модуль ба суналтын бат бэхийн харьцаа юм E/R p .Шилний хувьд 1300 ... 1500 (ган 400 ... 460, резин 0.4 ... 0.6) байна. Үүнээс гадна шилний бүтцийн жигд байдал (нэг төрлийн байдал) нь хагарлыг саадгүй хөгжүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг бөгөөд энэ нь хэврэг байдлын илрэлийн зайлшгүй нөхцөл юм.

шилэн хатуулаг,химийн найрлагын хувьд хээрийн жонштой ойролцоо бодис болох эдгээр эрдсүүдийнхтэй ижил бөгөөд химийн найрлагаасаа хамааран Мохсын масштабаар 5 ... 7-ийн хооронд байна.

Оптик шинж чанарууд нүдний шил нь гэрлийн дамжуулалт (тунгалаг байдал), гэрлийн хугарал, тусгал, тархалт гэх мэт онцлогтой. Тусгай шилнээс бусад энгийн силикат шил (доороос харна уу) нь спектрийн харагдах хэсгийг бүхэлд нь (88 ... 92% хүртэл) дамжуулдаг. хэт ягаан туяа, хэт улаан туяаг бараг дамжуулдаггүй. Барилгын шилний хугарлын илтгэгч (П= 1.50...1.52) гэрлийн тусгалын янз бүрийн өнцгөөр ойсон гэрлийн хүч ба шилний гэрлийн дамжуулалтыг тодорхойлно. Гэрлийн тусах өнцгийг 0-ээс 75° болгон өөрчлөхөд шилний гэрлийн дамжуулалт 90-50% хүртэл буурдаг.

Дулаан дамжуулалтын төрөл бүрийншил нь тэдгээрийн найрлагаас бага зэрэг хамаардаг бөгөөд 0.6 ... 0.8 Вт / (м К) бөгөөд энэ нь ижил төстэй талст эрдсийнхээс бараг 10 дахин бага юм. Жишээлбэл, кварцын болорын дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь 7.2 Вт / (м К) байна.

Шугаман дулааны тэлэлтийн коэффициент Шилэн (CLTE) харьцангуй бага (энгийн шилний хувьд 9 10 -6 К -1). Гэхдээ бага дулаан дамжилтын илтгэлцүүр, уян хатан байдлын өндөр модуль зэргээс шалтгаалан хурц нэг талын халаалт (эсвэл хөргөх) үед шилэнд үүсдэг стресс нь шилийг устгахад хүргэдэг утгад хүрч болно. Энэ нь харьцангуй бага гэдгийг тайлбарлаж байна халуунд тэсвэртэй(Гэнэтийн температурын өөрчлөлтийг тэсвэрлэх чадвар) энгийн шил. Энэ нь 70 ... 90 ° C байна.

Дуу тусгаарлагч чадвар шил нь нэлээд өндөр. Дуу чимээ тусгаарлагчийн хувьд 1 см-ийн зузаантай шил нь ойролцоогоор хагас тоосгоны тоосгон ханатай тохирч байна - 12 см.

Химийн эсэргүүцэл силикат шил нь түүний хамгийн өвөрмөц шинж чанаруудын нэг юм. Шилэн худаг нь ус, шүлт, хүчил (гидрофтор ба фосфороос бусад) үйлчлэлийг эсэргүүцдэг. Үүнийг ус ба усан уусмалын нөлөөн дор Na +, Ca ++ ионууд шилний гаднах давхаргаас угааж, SiO 2-ээр баяжуулсан химийн тэсвэртэй хальс үүсдэгтэй холбон тайлбарлаж байна. Энэхүү хальс нь шилийг цаашид гэмтэхээс хамгаалдаг.