Температурный коэффициент линейного расширения стекла при различных температурах
Приведены таблицы значений температурных коэффициентов линейного расширения стекла (ТКЛР) различных типов. Таблицы содержат как истинные коэффициенты теплового расширения (при указанной температуре), так и средние (в интервале температур).
Нагревание стекла и многих других веществ при постоянном давлении вызывает изменение их объема и линейных размеров. Тепловое расширение стекла характеризуется объемным β и линейным α коэффициентами расширения, которые могут быть как истинными (для конкретной определенной температуры), так и средними (для заданного интервала температур).
Истинным коэффициентом линейного теплового расширения стекла называется отношение изменения линейного размера, деленного на его начальный размер, к малому изменению температуры (обычно 1 градус), вызвавшему это изменение.
На практике часто пользуются средними значениями коэффициентов β и α, вычисленными для некоторого температурного интервала.
Средним коэффициентом линейного теплового расширения стекла в определенном интервале температур называется отношение изменения его линейного размера к заданному интервалу изменения температуры, вызвавшему это увеличение.
Поскольку стекло представляет собой изотропную среду, то его тепловое расширение по всем направлениям (x, y, z) является одинаковым, и с хорошей точностью можно принять, что коэффициент объемного теплового расширения стекла (β) больше его ТКЛР (α) в три раза.
ТКЛР стекла распространенных типов
В таблице представлены значения средних (в указанном диапазоне температуры) и истинных (при конкретной температуре) температурных коэффициентов линейного расширения распространенных типов стекла. Рассмотрены легированные, строительные, кварцевые, лабораторные и другие типы стекол.
ТКЛР стекла рассмотренных марок, в зависимости от состава находятся в очень широком диапазоне: от -1,9·10-7 К-1 (для кварцевого стекла КЛР-2) до 580·10-7 К-1 для инфракрасного стекла KRS-5. Коэффициент линейного теплового расширения различных типов силикатных стекол составляет от 5·10-7 К-1 до 120·10-7 К-1 в интервале 15…100°С.
Следует отметить, что низким значением среднего коэффициента расширения обладают кварцевые стекла и пеностекло (6·10-7 К-1). Высокие значения ТКЛР свойственны инфракрасным и лазерным стеклам.
Тип (марка) стекла | Температура, °С | α·107, К-1 |
---|---|---|
Стекло 13В | 20…300 | 50 |
Хрусталь (свинцовое стекло) | 15…100 | 120 |
Электроколбочное | 15…100 | 89 |
Легированные стекла | ||
Алюмоборосиликатное | 100…300 | 30-60 |
Алюмоборосиликатное бесщелочное | 100…300 | 8-38 |
Иттриевое | 100…300 | 171 |
Кальций-алюмосиликатное | 100…300 | 80-100 |
Натрий-алюмосиликатное | 100…300 | 87 |
Фторбериллиевое СЛК-5 | 100…300 | 160 |
Фторфосфатное №436 | 100…300 | 165 |
Строительные стекла | ||
Листовое оконное | 20…300 | 89 |
Молочное глушеное | 27…300 | 83 |
Пеностекло | 27…300 | 5-6 |
Порошковое С25-1 | 27…300 | 25 |
Порошковое С48-2 | 27…300 | 48 |
Порошковое С84-8 | 27…300 | 89 |
Сортовое бесцветное | 27…300 | 90-99 |
Стекло для труб | 27…300 | 50 |
Стекло для труб пирексовое | 27…300 | 32 |
Стеклоцемент СЦ90-1 | 27…300 | 97 |
Стекло цветное оптическое | 27…300 | до 70 |
Хрустальное сивнцовое | 27…300 | 94-105 |
Стеклоэмали | 27…300 | 70-120 |
Микалес | 27…300 | 80-90 |
Кварцевые стекла | ||
Кварцевое С5-1 | 20…300 | 5 |
КЛР-1 | -50…20 | -1,5 |
КЛР-1, КЛР-2 | 0…20 | -1 |
КЛР-2 | -50…20 | -1,9 |
КУ-2, КВ | -100 | -1,1 |
КУ-2, КВ | 20 | 4,7 |
КУ-2, КВ | 200 | 6,1 |
КУ-2, КВ | 800 | 3,4 |
КЧГ | -50…20 | 4,2 |
КЧГ | 0…20 | 4,5 |
Пирекс | 15…100 | 32 |
Пирекс П15 | 20…300 | 32 |
Лабораторные стекла | ||
G20 | 27 | 49 |
Multal | 27 | 50 |
Murano 1922N | 27 | 48 |
N1 | 20…120 | 94 |
N13 | 27 | 50 |
N23 | 27 | 89 |
N29 | 27 | 89,3 |
N 51-A | 27 | 48 |
Palex | 27 | 65 |
Sial | 27 | 50,3 |
Uninosf | 27 | 98 |
КС34 | 27 | 91 |
Т16 | 27 | 50 |
Т28 | 27 | 40 |
Термостойкое | 27 | 33,2 |
Ц32 | 27 | 88,6 |
Щ14 | 27 | 87,1 |
Щ23 | 27 | 65 |
Щ26 | 27 | 57,3 |
Лазерные стекла | ||
Ba-крон | 27 | 110 |
LG-52 | 27 | 78 |
LG-54 | 27 | 95 |
LG-55 | 27 | 107 |
ГСЛ-1 | 27…127 | 94 |
ГСЛ-2 | 27…127 | 119 |
ГСЛ-21…ГСЛ-24 | 27 | 106 |
ГСЛ-3 | 27…127 | 121 |
ГСЛ-4 | 27…127 | 103 |
КГЗ-3 | 27 | 105 |
КГС-5 | 27 | 104 |
ЛГС-247-2 | 27…127 | 116 |
Волоконно-оптические стекла | ||
ВОП | 27 | 32-73 |
Оболочечное, ВО | 27 | 53 |
Сердцевинное, ВС | 27 | 92 |
Оптическая керамика | ||
КО1 | 27…127 | 113 |
КО2 | 27…127 | 69 |
КО3 | 27…127 | 110 |
КО4 | 27…127 | 77 |
КЭО10 | 27…127 | 24 |
Инфракрасные стекла | ||
KRS-5 | 20…120 | 580 |
KRS-6 | 20…120 | 560 |
KRS-13 | 27 | 391 |
ИКС22 | 20…120 | 226 |
ИКС23 | 20…120 | 246 |
ИКС24 | 20…120 | 182 |
ИКС25 | 20…120 | 220 |
ИКС26 | 20…120 | 166 |
ИКС27 | 20…120 | 177 |
ИКС28 | 20…120 | 220 |
ИКС30 | 20…120 | 122 |
Иртран-1 | 20…120 | 107 |
Иртран-2 | 20…120 | 66 |
Иртран-3 | 20…300 | 202 |
Иртран-4 | 20…300 | 77 |
Иртран-5 | 20…300 | 120 |
Иртран-51 | 20…300 | 115 |
К515 | 20…120 | 82 |
Резисторные стекла | ||
С27-1 | 20…120 | 27 |
С36-1 | 20…120 | 36,5 |
С41-1 | 20…120 | 41 |
С63-1 | 20…120 | 63 |
С74-1 | 20…120 | 74 |
С77-1 | 20…120 | 77 |
С84-2 | 20…120 | 84 |
Электровакуумные стекла | ||
Кварцевое | 127…427 | 6 |
С37-1 | 20…100 | 37,5 |
С38-1 (3С-9) | 20…100 | 38 |
С38-1 (3С-9) | 20…300 | 37 |
С39-1 | 20…100 | 39,5 |
С40-1 | 20…100 | 40 |
С47-1 | 20…100 | 47 |
С48-1 | 20…100 | 48 |
С48-3 | 20…300 | 48 |
С49-1, С49-2 | 20…100 | 49 |
С49-2 | 20…300 | 52 |
С51-1, С51-2 | 20…100 | 51 |
С87-1 | 20…100 | 87 |
С88-1, С88-2 | 20…100 | 88 |
С89-1, С89-2, С89-6 | 20…100 | 89 |
С90-1 (БД-1) | 15…100 | 90 |
С90-1 (БД-1) | 20…300 | 97 |
С93-1 (С87-1, 3С-4) | 20…300 | 93,5 |
С120-11 | 20…300 | 120 |
Средний ТКЛР кварцевого стекла
В таблице представлен средний коэффициент линейного расширения кварцевого стекла для различных температурных интервалов: от 20°С до указанной в таблице.
Коэффициент расширения кварцевого стекла отличается существенно низким значением по сравнению с другими типами стекол и имеет ярко выраженную температурную зависимость.
При значительных отрицательных температурах коэффициент расширения кварцевого стекла достигает величины -8,7·10-7 К-1, то есть оказывается по абсолютной величине даже более высоким, чем максимальный положительный КТЛР того же стекла, достигаемый им при 450…500°С.
t, °C | α·107, К-1 | t, °C | α·107, К-1 |
---|---|---|---|
50 | 4,62 | 450 | 5,68 |
75 | 4,77 | 500 | 5,62 |
100 | 5,14 | 550 | 5,52 |
150 | 5,52 | 600 | 5,43 |
200 | 5,67 | 650 | 5,34 |
250 | 5,81 | 700 | 5,24 |
300 | 5,82 | 750 | 5,12 |
350 | 5,82 | 800 | 4,98 |
400 | 5,78 | 900 | 4,93 |
Средний ТКЛР оптических стекол
Представлена таблица значений средних коэффициентов линейного расширения множества марок оптических стекол в четырех температурных интервалах.
Тепловое расширение — одно из важнейших свойств оптических стекол. При их нагревании во многих случаях необходимо учитывать и изменение КТЛР таких стекол, которое в зависимости от температурного диапазона происходит по-разному.
В непосредственной близости от абсолютного нуля КТЛР стекла, так же как и других материалов, равен нулю. При повышении температуры оптические стекла сначала проявляют большую или меньшую склонность к сжатию, затем коэффициент расширения принимает положительные значения и начинает возрастать. В области комнатных температур возрастание КТЛР с температурой замедляется, но относительно небольшой рост сохраняется вплоть до температуры стеклования. В этой области α оптического стекла, как правило, резко возрастает. Для этого интервала температур характерно очень сильное влияние на величину α тепловой истории конкретного образца.
Необходимо отметить следующие марки оптического стекла с высоким коэффициентом расширения: БФ12, ЛК3, СТК7, ТФ7 и другие.
Марка стекла | -60…20°С | 0…30°С | 20…120°С | 20…300°С |
---|---|---|---|---|
БК4 | 71 | 74 | 78 | 85 |
БК6 | 74 | 77 | 82 | 89 |
БК8 | 56 | 58 | 62 | 68 |
БК10 | 66 | 67 | 71 | 76 |
БК13 | 62 | 64 | 69 | 75 |
БФ1 | 67 | 69 | 73 | 79 |
БФ6 | 77 | 79 | 84 | 92 |
БФ7 | 68 | 70 | 74 | 81 |
БФ8 | 77 | 79 | 82 | 87 |
БФ11 | 63 | 66 | 70 | 77 |
БФ12 | 82 | 85 | 89 | 94 |
БФ13 | 61 | 64 | 70 | 79 |
БФ16 | 78 | 80 | 84 | 90 |
БФ21 | 71 | 73 | 77 | 83 |
БФ24 | 74 | 76 | 79 | 84 |
БФ25 | 66 | 69 | 73 | 81 |
БФ28 | 59 | 61 | 65 | 72 |
К8 | 68 | 71 | 76 | 84 |
К14 | 64 | 67 | 71 | 78 |
К19 | 74 | 76 | 80 | 87 |
КФ4 | 63 | 66 | 71 | 78 |
КФ6 | 63 | 65 | 68 | 74 |
КФ7 | 55 | 57 | 59 | 64 |
ЛК3 | 86 | 88 | 92 | 98 |
ЛК4 | 50 | 51 | 52 | 54 |
ЛК6 | 80 | 81 | 82 | 85 |
ЛК7 | 40 | 41 | 44 | 48 |
ЛФ5 | 68 | 69 | 72 | 75 |
ЛФ9 | 81 | 85 | 90 | 98 |
ЛФ10 | 72 | 74 | 78 | 84 |
ОФ1 | 59 | 60 | 62 | 66 |
ОФ4 | 44 | 47 | 52 | 60 |
СТК3 | 71 | 74 | 80 | 88 |
СТК7 | 84 | 88 | 94 | 104 |
СТК9 | 51 | 53 | 57 | 64 |
СТК12 | 57 | 61 | 67 | 77 |
СТК19 | 51 | 54 | 59 | 67 |
ТБФ4 | 65 | 69 | 75 | 84 |
ТК2 | 64 | 67 | 70 | 76 |
ТК4 | 58 | 61 | 66 | 73 |
ТК8 | 62 | 65 | 71 | 79 |
ТК12 | 58 | 61 | 65 | 73 |
ТК13 | 61 | 63 | 67 | 73 |
ТК14 | 63 | 65 | 69 | 75 |
ТК16 | 65 | 69 | 72 | 79 |
ТК17 | 68 | 71 | 75 | 82 |
ТК20 | 67 | 69 | 73 | 78 |
ТК21 | 72 | 75 | 80 | 88 |
ТК23 | 52 | 55 | 59 | 66 |
ТФ1 | 82 | 84 | 85 | 88 |
ТФ2 | 74 | 75 | 78 | 81 |
ТФ3 | 77 | 79 | 83 | 90 |
ТФ4 | 78 | 80 | 83 | 87 |
ТФ5 | 78 | 80 | 83 | 88 |
ТФ7 | 88 | 90 | 94 | 100 |
ТФ8 | 76 | 78 | 82 | 87 |
ТФ10 | 75 | 77 | 81 | 87 |
Ф1 | 70 | 72 | 75 | 79 |
Ф4 | 70 | 71 | 74 | 77 |
Ф6 | 69 | 71 | 73 | 77 |
Ф9 | 90 | 92 | 96 | 101 |
Ф13 | 70 | 72 | 74 | 78 |
ФК14 | 87 | 91 | 97 | 107 |
Источники:
- Мазурин О. В., Тотеш А. С. и др. Тепловое расширение стекла. Л.: Наука, 1969. — 216 с.
- Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др. Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
- ГОСТ 10978-2014 Стекло и изделия из него. Метод определения температурного коэффициента линейного расширения
- Стекло: Справочник. Под ред. Н. М. Павлушкина. М.: Стройиздат, 1973.
- Сентюрин Г. Г., Павлушкин Н. М. и др. Практикум по технологии стекла и ситаллов — 2-е изд. перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1970.
- ГОСТ 13569-78 Стекло оптическое бесцветное. Физико-химические характеристики. Основные параметры