Температурный коэффициент линейного расширения стекла при различных температурах

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.

Температурный коэффициент линейного расширения стекла распространенных типов
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.

Средний ТКЛР кварцевого стекла в интервале от 20°C до t
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.

Средний температурный коэффициент линейного расширения оптических стекол α·107, К-1
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:

  1. Мазурин О. В., Тотеш А. С. и др. Тепловое расширение стекла. Л.: Наука, 1969. — 216 с.
  2. 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.
  3. ГОСТ 10978-2014 Стекло и изделия из него. Метод определения температурного коэффициента линейного расширения
  4. Стекло: Справочник. Под ред. Н. М. Павлушкина. М.: Стройиздат, 1973.
  5. Сентюрин Г. Г., Павлушкин Н. М. и др. Практикум по технологии стекла и ситаллов — 2-е изд. перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1970.
  6. ГОСТ 13569-78 Стекло оптическое бесцветное. Физико-химические характеристики. Основные параметры
Читайте также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Captcha *

Подписаться, не комментируяВсе комментарии модерируются. Спам будет удален!