ВВЕДЕНИЕ

Материал в настоящем справочнике в отличие от «Стеклотехнических таблиц» классифицирован не по свойствам, а по системам. Помимо того, что такая классификация в большей мере соответствует распределению материала по томам справочника, она еще облегчает исследователям знакомство со всеми свойствами интересующего их объекта. Для практических разработок необходимость одновременного учета целого ряда технологических и эксплуатационных свойств стекол совершенно очевидна. Здесь же хотелось бы подчеркнуть тот факт, что в настоящее время любая попытка предложить структурную интерпретацию данных какого-либо свойства стекол определенной системы обязательно должна учитывать концентрационные и температурные зависимости по крайней мере нескольких других свойств стекол той же системы.

Вторые компоненты двухкомпонентных систем располагаются в справочнике в соответствии с последовательностью групп Периодической системы Д. И. Менделеева.

Естественно, что в ряде случаев мы сталкивались со значительными трудностями при решении вопроса — относится стекло к одно-, двух- или трехкомпонентной системе. Принципы, на основе которых мы решали эти вопросы, заключались в следующем.

1. В качестве компонента рассматривается или элемент, или определенное химическое соединение, входящее в стекло, причем в последнем случае оно рассматривается как компонент, только если исследователями не обнаружена возможность значительных отклонений этого соединения в стекле от стехиометрии. Так, например, если бы справочник составлялся вскоре после открытия Б. Г. Коломийцем и его сотрудниками халькогенидных стекол, стекла типа As2S3, As2Se3 и т. д. мы рассматривали бы как однокомпонентные. Теперь известно, что мышьяк, сера и селен могут входить в халькогенидные стекла в самых разнообразных соотношениях, в том числе и в очень далеких от стехиометрии. Естественно, что стекла, подобные указанным выше, отнесены в справочнике к области двухкомпонентных.

2. Если в работе указывается аналитический состав стекла и таким образом отмечается наличие в стекле примесей компонентов, не введенных намеренно в стекло при его синтезе, мы пренебрегаем этими примесями при классификации стекла по числу компонентов в том случае, если нет оснований полагать, что указанные примеси серьезно изменяют соответствующее свойство. Например, натриево-силикатное стекло, содержащее 0.01% СоО, рассматривается нами как трехкомпонентное в случае исследования его спектрального пропускания и как двухкомпонентное во всех других случаях. При 0.1% СоО стекло становится трехкомпонентным с точки зрения исследования магнитных свойств и т. д. Конечно, такой подход также страдает известной долей субъективизма, однако он тем не менее представляется наиболее рациональным. Исключение сделано нами для воды, которую мы не классифицируем как дополнительный компонент, несмотря на то что, вероятно, во многих случаях она может оказывать существенное влияние на свойства. Это связано с тем обстоятельством, что от присутствия воды во многих случаях несравненно труднее избавиться, чем от любых других примесей, а аналитическое ее определение до сих пор выполняется очень редко. В то же время данные о влиянии воды, например, на вязкость борного ангидрида принесут наибольшую пользу именно в разделе свойств борного ангидрида, поскольку они будут сигнализировать специалистам о том, что условия плавки такого стекла сказываются весьма сильно на его свойствах. Второе исключение из того же правила допущено для кварцевого стекла. Известно, что случайно попадающие в его состав примеси даже при содержании их порядка сотых и тысячных долей процента могут сильно влиять на свойства кварцевого стекла. Тем не менее не надо, по-видимому, подробно объяснять, почему при классификации кварцевые стекла не следует переводить в разряд многокомпонентных.

При отборе материала для справочника встретилась еще одна трудность — какие расплавы считать стеклообразующими, а какие нет. Хорошо известно, что имеется много принципиально разных способов получать твердые аморфные тела, иной раз практически не отличающиеся по свойствам от стекол, полученных в результате переохлаждения расплава (см., например: D. R. Sесrist, J. D. Mасkenzie, J. Am. Cer. Soc, 48, 487, 1965). Эти способы позволяют получить, особенно в виде тонких пленок, в твердом аморфном состоянии многие вещества, которые при охлаждении из расплава неизбежно кристаллизуются. Нами был принят принцип, по которому в справочник включались лишь данные по системам, способным образовывать стекла при охлаждении из расплава.

Мы считали нерациональным, приводя данные по вязкости или электропроводности расплавов стеклообразующих систем, ограничивать их только границами стеклообразования. В этом случае приходилось бы приводить данные лишь по части расплавов изученной серии, руководствуясь какими-то определенными данными по стеклообразованию, может быть и не очень надежными, особенно если учесть, что область стеклообразования может сильно зависеть от скорости охлаждения, а иногда и от режима варки. Однако данные по расплавам во всех случаях приведены лишь тогда, когда в литературе было обнаружено хотя бы одно указание, что в соответствующей системе имеется область составов (сколь бы малой она ни была), где могут быть получены стекла путем переохлаждения расплава.

Следует отметить, что свойства аморфных пленок, полученных напылением в вакууме или какими-либо аналогичными методами, не всегда совпадают со свойствами стекол, полученных охлаждением из расплава. На этом основании данные по свойствам таких пленок в справочник не включены.

Внутри каждой системы экспериментальный материал классифицирован по свойствам. В справочнике принята такая последовательность: стеклообразование, склонность к кристаллизации, плотность, тепловое расширение, тепловые свойства, оптические свойства, вязкость, упругость и замедленно-упругая деформация, внутреннее трение, прочностные свойства, поверхностное натяжение, химическая устойчивость, электрические свойства, диффузия, магнитные свойства. Влияние давления на свойства выделяется в специальные подразделы, следующие за характеристикой свойства при атмосферном давлении. Экспериментальный материал по определенному свойству расположен в хронологическом порядке.

Если в каком-либо литературном источнике имелся как табличный, так и графический материал, составители использовали табличную форму, считая, что именно эта форма позволяет применять приводимые данные наиболее быстро и эффективно и не ведет к потере точности измерений. В некоторых случаях составители специально обращались к авторам, опубликовавшим свои данные в графической форме, за табличными материалами. В тех многочисленных случаях, когда табличные материалы оказывались недоступными, в справочнике приводятся графические данные.

Составы стекол в таблицах справочника приведены в молекулярных процентах. В тех случаях, когда в оригинальных работах составы были даны в весовых процентах, авторами справочника осуществлен пересчет на молекулярные проценты и составы приводятся как в весовых (по оригиналу), так и в молекулярных процентах. На рисунках оставлены проценты, принятые в оригиналах, примеси к кварцевому стеклу везде указаны в весовых процентах. Температура всюду дается в градусах Цельсия, кроме особо отмеченных случаев.

Составители стремились собрать в справочнике результаты всех имеющихся в литературе измерений данного свойства данной системы. Конечно, при таком подходе к сбору материала в справочник неизбежно попало некоторое количество сорной информации.

Однако в настоящее время в подавляющем большинстве случаев не представляется возможным выработать строгие критерии для оценки качества измерений, выполненных в той или иной работе. Иногда это может сделать (как правило, для ограниченного круга систем) авторитетный специалист, рассматривающий работы, относящиеся к какому-либо одному свойству или к ограниченной группе свойств. Но даже и такая оценка может в известной степени зависеть от разнообразных субъективных факторов. Составители любого достаточно полного и широкого по охвату материала справочника, как правило, не имеют возможности определять степень надежности каждой серии приводимых данных. Мы ограничивались лишь тем, что везде, где в оригинале об этом имелись указания, мы стремились привести некоторые данные, характеризующие методы измерений. Следует, однако, отметить, что даже среди тех, вообще говоря, очень немногочисленных работ, в которых авторы обращают внимание на проблемы воспроизводимости результатов, почти нигде не соблюдаются даже самые элементарные правила современной теории обработки измерений (которая обязательно требует характеристики погрешности с помощью двух величин — доверительного интервала и доверительной вероятности). Поэтому значениям погрешностей, приводимым в публикациях, не следует, как правило, придавать очень большого значения и составители не сочли целесообразным вводить эти данные в справочник.

Возникает вопрос — можно ли вообще каким-либо образом отличать надежные данные от ненадежных, помимо использования заключений признанных авторитетов. Этот вопрос приобретает особое значение в связи с тем, что такого рода авторитетных анализов достаточно обширных массивов литературных данных известно очень немного. Можно, по-видимому, рекомендовать следующие приемы.

1. Часто чтение статьи создает некоторое впечатление о степени тщательности, с которой выполнена работа. Синтез с использованием материалов тигля, не реагирующих со стеклом, выполнение химических анализов, тщательность выбора и обоснования методики, сопоставление полученных данных с литературными, грамотная обработка результатов измерений всегда свидетельствуют о серьезном отношении исследователя к работе и, следовательно, увеличивают степень вероятности того, что сделанные им измерения являются надежными (хотя гарантии надежности измерений и не дают).

2 Для исследований по свойствам одно- и двухкомпонентных систем наиболее общим приемом является сопоставление (естественно в тех случаях, когда это оказывается возможным) результатов большого числа исследований, посвященных измерению одного и того же свойства стекол одной системы. В подавляющем большинстве случаев для самых разных свойств и систем обнаруживается одна и та же закономерность. В области, близкой к среднему арифметическому значению из всех абсолютных (или логарифмических) значений измеряемых величин, лежит большинство сводимых на графике результатов. Таким образом, при наличии большого числа работ, посвященных исследованию одной и той же зависимости, статистический метод определения наиболее вероятных («истинных») значений рассматриваемой величины следует, вероятно, считать одним из наиболее надежных.

3. Для оценки качества измерений свойств стекол трех- и более компонентных систем метод, описанный в пункте 2, в общем случае неприменим, так как измерений по одной системе имеется в литературе, как правило, совершенно недостаточно для того, чтобы можно было провести статистическую оценку результатов. В этих случаях необходимо сопоставлять полученные для многокомпонентных систем данные с результатами по тем двухкомпонентным стеклам, которые являются предельными составами изученных систем. Такие сопоставления нередко позволяют легко выявить работы с малой степенью надежности эксперимента. Этот метод был, как нам кажется, с успехом применен при оценке результатов изучения теплового расширения в ряде трехкомпонентных систем в книге О. В. Мазурина, А. С. Тотеш, М. В. Стрельциной, Т. П. Швайко-Швайковской «Тепловое расширение стекла» (Л., 1969). Таким образом, надежные данные по двухкомпонентным стеклам приобретают еще дополнительное значение как «эталон», по которому можно определять качество исследований свойств многокомпонентных стекол.

Может возникнуть сомнение относительно целесообразности приведения в справочнике табличного или графического материала, взятого из работ, данные которых резко отличаются от средних значений для соответствующей серии исследований. Мы сочли более правильным приводить все данные, для того чтобы обеспечить полноту общей картины исследований, даваемой в справочнике. Существенную роль здесь играли также следующие соображения. В некоторых (а возможно, и во многих) случаях значительные отклонения результатов какой-либо работы от результатов большинства других исследований той же системы могут быть связаны не с погрешностями измерений, а с отличными от принятых в большинстве других работ режимами синтеза, выработки или тепловой обработки стекол. И непонятным в настоящее время отклонениям от средних результатов, которые мы сейчас рассматриваем как результат ошибки, в будущем, возможно, будут придавать совсем иное значение.

Особо следует сказать о кварцевом стекле. Здесь зависимость свойств, иной раз чрезвычайно резкая, от самых разнообразных технологических параметров вполне очевидна. Поэтому как для исследователей, так и для потребителей кварцевого стекла большое значение имеют данные, из которых бы следовала не только средняя, наиболее вероятная величина того или иного свойства, но и пределы, в которых возможно отклонение рассматриваемой величины от среднего показателя. В связи с этим в справочнике приводятся характеристики исследованных авторами кварцевых стекол. В большинстве современных работ авторы сообщают промышленные марки изучаемых стекол. В первой таблице справочника (стр. 16) приведены основные характеристики метода получения и состава промышленных кварцевых стекол, свойства которых даны в справочнике. Если марка стекла в оригинальной работе отсутствовала, составители приводили перед таблицей или рисунком те сведения об исследованном стекле, которые сообщили в своей работе авторы.

Сделаем еще несколько частных замечаний.

Составители не считали себя связанными буквенными обозначениями, употребляемыми авторами оригинальных работ, и нередко заменяли их на более распространенные, список которых приводится ниже (стр. 15). Строгое использование обозначений авторов было принято лишь в разделах, относящихся к внутреннему трению. Дело в том, что не во всех работах по внутреннему трению четко указано, приводятся авторами результаты в единицах логарифмического декремента затухания или в единицах собственно внутреннего трения (декремент, деленный на π). Более того, один и тот же символ Q-1 используется одними авторами для обозначения внутреннего трения, а другими — для обозначения декремента. Составители привели в справочнике все сведения, которые сообщали по этому поводу авторы. Однако чтобы не увеличивать число недоразумений, они везде сохранили обозначения оригинала.

Известно, что температура стеклования сильно зависит от выбранного режима измерения, поэтому эта характеристика вводилась в справочник лишь в тех случаях, когда в оригинальной работе содержались сведения об условиях ее получения.

В первый том вошли преимущественно данные из работ, опубликованных до июля 1971 г. Как уже отмечалось в предисловии, данные более поздних исследований будут помещены в четвертом томе справочника.

Назад, на страницу описания