Вещества, образующие стекло (стеклообразующие) - это оксиды кремния, бора и фосфора, обладающие в жидком состоянии очень высокой вязкостью при высоких температурах. Вязкость стекол при температуре 1600 °С около 100 Па-с (для сравнения: при комнатной температуре вязкость воды составляет 0,001 Па-с, машинного масла — 0,1...0,6 Па-с, глицерина — 9 Па-с). Высокая вязкость, обусловленная сильными межатомными связями, характерными для химических соединений, подавляет диффузионные процессы (параметр СК практически равен нулю — см. рис. 1.22). То есть кристаллизации не происходит и, затвердевая, стекла приобретают аморфное строение, поэтому изготовление неорганического стекла не требует высоких скоростей охлаждения.
Как указывалось выше, аморфное состояние не является равновесным. При весьма медленном охлаждении от температуры кристаллизации (tк) а вещество будет иметь кристаллическое строение. В реальных условиях кристаллизации не происходит и ниже tк вещество представляет собой переохлажденную жидкость вплоть до температуры стеклования (tст) (рис. 1.24).
При температуре стеклования жидкость переходит в стеклообразное состояние, приобретая хрупкость. Такой переход не приводит к скачкообразному изменению свойств (удельного объема, механических характеристик). При этой температуре наблюдается снижение величины коэффициента температурного расширения
(а) вследствие уменьшения амплитуды колебаний атомов (это видно из сопоставления углов наклона кривых охлаждения вещества в жидком и стеклообразном состоянии
на рис. 1.24). В том случае, если при затвердевании образуется кристаллическая структура, напротив, происходит именно скачкообразное изменение свойств: значения коэффициента температурного расширения при температуре tк резко падают аналогично изменению свойств при кристаллизации металлов.
Структурной единицей стекол является тетраэдрическая ячейка SiO₄ с ионным типом связи (тетраэдр — правильный многогранник с четырьмя треугольными гранями), образованная четырьмя анионами кислорода с расположенным внутри одним катионом кремния (рис. 1.25). Аморфная структура стекла представляет собой неправильную трехмерную сетку (каркас), образованную за счет соединения атомов кислорода, расположенных в вершинах тетраэдров (двухмерная модель сетки представлена на рис. 1.25, а).
Если материал имеет кристаллическую структуру (весьмамедленное охлаждение ниже tк), тетраэдры располагаются упорядоченно, образуя кристаллическую решетку
(рис. 1.25, б).