Что делают из стекла? | Мир вокруг нас

Что такое стекло?

Стекло состоит из диоксида кремния, а если проще, то из кварцевого песка, в который при плавке добавляют некоторые добавки. В зависимости от состава шихты температура плавления стекла варьируется от 300 до 2500 градусов Цельсия, а получаемый материал может быть прозрачным или непрозрачным, бесцветным или цветным, все зависит от того, что добавили к песку.

Стекло обладает хрупкостью — и все же оно является жидкостью, только сверхвязкой, или переохлажденной. Известно, что очень старые стекла в окнах имеют внизу немного большую толщину, нежели вверху. В первой половине XX века несколько ученых независимо друг от друга производили опыты над стеклом — было необходимо точно оценить вязкость стекла.

В 1923 году Джон Уильям Рэлей, английский исследователь, произвел такой эксперимент. Стеклянный стержень длиной 1 метр и толщиной 5 мм был положен концами на два упора, а к его середине был подвешен груз массой 300 г. Опыт длился 7 лет, за это время центр стержня прогнулся на 29 мм.
Джон Уильям Стретт за работой
Фото: ru.wikipedia.org

В фирме «Дженерал Электрик» примерно в то же время был проведен аналогичный опыт, но в нем работали не со стержнем, а со стеклянной трубочкой. За 7 лет опыта стеклянная трубочка под нагрузкой прогнулась на 9 мм.

Что делают из стекла?

В основном из стекла изготавливают оконные стекла, зеркала, линзы, бутылки, лампочки, изоляторы. На это уходит большая часть произведенного стекла. Но кроме этого, из него варят смальту, цветное полупрозрачное стекло, из них делают витражи и целый спектр различных предметов: рамки, украшения, мозаику, декоративные панно.

Бронестекло, начиная со Второй мировой войны, защищает летчиков и танкистов от пуль стрелкового оружия и осколков снарядов.

В автомобилестроении используются стеклянные фары, лобовые, задние и боковые стекла. Для уменьшения травмоопасности вместо обычных стекол еще в начале XX века придумали делать лобовые стекла автомобилей из закаленного стекла. Оно было очень прочным, но при особенно сильном ударе разбивалось на мелкие кусочки — во избежание травмирования водителя и пассажиров. Уже с 1919 года на автомобилях Форда начали применять стекла триплекс.

В СССР закаленные автомобильные стекла начали производить в 1936 году (под названием «сталинит»), а триплексы на советских автомобилях начали массово устанавливать только в 1970-е, начиная со знаменитых «Жигулей».
Фото: Depositphotos

Новые виды стекла позволяют получать отличную посуду. Тарелки, сделанные из стекла, получаются дешевле тех, что из фарфора или фаянса — при полном сохранении функциональности. Люстры, вазы, рюмки, бокалы из граненого стекла — вне всякой конкуренции, спрос на них не падает уже много десятилетий, а начало его производства — XVIII век.

Для микроволновок отлично подходят стеклянные кастрюли — не в тарелках же мясо или рыбу там готовить.

В строительстве, кроме окон и дверей, используют стеклянные стеновые панели и стеклоблоки. Делают также стеклянные потолки и полы, но, разумеется, не из обычного, оконного, стекла.

Трехслойное стекло (триплекс) представляет собой очень интересный строительный материал. Вначале из него делали просто автомобильные стекла — прочные и не разрушающиеся даже при попадании в них камней. Но технологии производства этого вида стекла совершенствовались, его стали использовать в строительстве. Уже свыше 10 лет из триплекса по всему миру строят различные туристические аттракционы.

Мост Чжанцзяцзе
Фото: ru.wikipedia.org

Стеклянный мост Чжанцзяцзе шириной 6 и длиной 430 метров был построен в 2016 году в Китае, в районе Улинъюань. Подвешен он на высоте 260 метров.

В Альпах за последние 20 лет построено несколько таких аттракционов.
Вид на гору Эгюий-дю-Миди, Французские Альпы
Фото: ru.wikipedia.org

На горе Эгюий-дю-Миди (Франция) для туристов смонтирована стеклянная коробка из триплекса на высоте 3482 метра. Она расположена очень близко к горе Монблан, из нее открывается отличный вид на ледник Бессона.

В австрийских Альпах, недалеко от Зальцбурга, на высоте 2700 метров в 2013 году построены стеклянная видовая терраса и стеклянный же подвесной мост.

В Канаде в провинции Альберта в национальном парке Джаспер построен U-образный стеклянный мост, дающий туристам великолепный обзор. Сделан он на высоте около 300 метров и имеет длину около 30 метров.

Я лично не ходил по стеклянным мостам в Китае или в Альпах. У нас в Питере в здании Главного штаба размещен целый ряд экспозиций из фондов Эрмитажа, в том числе и полотна французских мастеров, начиная с XIX века до наших дней — классицизм, импрессионизм, постимпрессионизм и все последующие стили. В ходе просмотра экспозиции несколько раз приходится пользоваться красивыми мостиками между частями здания. Сделаны эти мостики из стекла. Так лично мне ходить по ним — неуютно.

Какие ощущения вызывает прогулка, когда видишь под ногами не жалкие 10, а 400−500 метров, мне и угадывать не хочется. Но есть люди, которым это нравится.

Например, в Китае в 2011 году на горе Тяньмэнь построена из триплекса с привлечением электроники «тропа страха». Сделана она не только из стекла. В ней есть сенсорные секции, с виду похожие на обычное стекло, которые при нажатии дают изображение, как будто у вас под ногами разрушилась секция тропы. А подвешена эта тропа на высоте 1400 м, длина ее составляет 1600 м. Великолепный аттракцион страха! Кому-то такое нравится.

А ведь основа изделий из стекла — обычный песок!

Теги:

стекло,
изделия из стекла

Как делают стекло

Свою жизнь стекло начинает в песчаном карьере. Добывают только белый песок и всего несколько тысяч тонн в год. За то он очень белый. Это чистейший оксид кремния, почти без примесей. Большая часть стекла идет на изготовление стеклянных дверей, душевых ограждений, оптических  линз. Остатки песка уходят на стеклянную посуду, бокалы т.п. Из всех полезных ископаемых – песок наверно самый легко добываемый. Он в природе находится уже в готовом состоянии. Прежде, чем стать стеклянной дверью, этому песку придется пройти огонь, воду и медные трубы, правда в обратном порядке. Начинается все с сурового кастинга. Весь песок из карьера поступает в сортировочную галерею, где его очищают от инородных примесей и сортируют по размеру частиц. Когда полезный минерал окончательно отсортирован, его из карьера перевозят на фабрику. На фабрику подготовки стекла. Первым делом его моют, это делается с помощью устройства, напоминающего стиральную машину. В барабан загружается песок, а с наружи подается вода. В барабане очень маленькие отверстия, они позволяют воде попадать во внутрь барабана, но при этом не позволяют песку высыпаться из него. В воду не добавляют ни каких чистящих средств. Т.к. они могут остаться в песке и в дальнейшем изменить химические свойства песка.

Намытый таким образом песок, называют белое золото. После того, как песок избавили от камешков и других инородных включений, его ждет тонкая фильтрация. В нем могут находиться мельчайшие частички различных металлов, а они в стекле не нужны. Финальную очистку песок проходит на спиральных фильтрах. Под действием центростремительной силы частицы железа и других тяжелых металлов, прижимаются к краю водоворота, а песок и вода отходят в сторону. Простая физика 5-го класса, а работает на самом современном заводе Европы. Теперь идеально чистый песок можно отправлять а плавильную печь. Но сначала его необходимо высушить. Через песок пропускают горячий воздух, и только после полного высыхания, его загружают в вагоны для отправки в стеклоплавильную фабрику.

Вместе с кварцевым песком в печь загружают сульфат натрия, известняк и соду, правда не такую, как у нас на кухне. Все это расплавляется и превращается в жидкую субстанцию. После того, как в печи сварилась «стеклянная каша», ее нужно перемешать, как манную кашу, чтобы не было комочков. Только ложка побольше и рассчитана на температуру +1600 градусов С. Сегодня , практически повсеместно, для изготовления листового стекла используется метод флотации. На дне печи установлена огромная ванна с расплавленным оловом. Стекло просто выливают эту ванну, а так как меньше плотности олова

• Р жидкого стекла  — 1,4 г/см.куб.
• Р олова – 7,31 г/м.куб.

Оно растекается ровным слоем по поверхности. Постепенно стекло начинает остывать и кристаллизоваться. В этой ванне стекло становится похоже на пластилин.  На выходе из печи стекло имеет температуру 600 градусов С. Непрерывная лента из стекла двигается по конвейеру и постепенно остывает . Теперь эту бесконечную стеклянную  «ириску» нужно разрезать на равные части. Делается это обычным алмазным резцом, который режет стекло по определенной траектории, не прекращая при этом движение стекла. Все происходит в автоматическом режиме. После это  стекло собирают в паллеты и отправляют на стекольные производства.

стеклянных ингредиентов — из чего сделано стекло?

В ходе истории человеческая изобретательность и развитие технологий позволили нашим предкам завоевать способность создавать стекло около 3 тысяч лет назад.
назад. Несмотря на то, что наши современные технологии позволяют производить стекло в гораздо больших количествах, первоначальный рецепт и ингредиенты, которые были усовершенствованы в
Древний Египет, Рим и Персия остались почти такими же. По своей базовой структуре стекло состоит из чистого кремнезема, который чаще всего можно найти в песке.
Однако, поскольку чистый кремнезем имеет очень высокую температуру плавления и не является самым прочным материалом, в рецепты было введено много дополнительных веществ.
укрепить его и изменить многие его свойства, что помогло стеклу стать одним из самых распространенных материалов в современном обществе.

Вот основных компонентов современного стекла:

• Карбонат натрия
  (Na2CO3) представляют собой важный компонент современного стекла, добавляющий как положительные, так и отрицательные свойства. Он успешно снижает температуру плавления
  кремнезема до более приемлемых 1200 °C, но это также делает стекло водорастворимым.
• Для предотвращения водорастворимости стекла и улучшения его химической структуры, известь (оксид кальция, CaO), оксид магния (MgO) и оксид алюминия (Al2O3). Стекло, обогащенное известью, составляет более 90% всего стекла.
  это использование сегодня.
• Добавление оксида свинца , бария и оксида лантана может увеличить показатель преломления стекла, делая его
  более отражающие и пригодные для оптических целей (очки и линзы). Оксид тория выполнял аналогичную роль в прошлом, но
  снят с производства из-за его радиоактивности.
• Сульфат натрия
  , хлорид натрия или оксид сурьмы могут быть добавлены для предотвращения образования пузырьков воздуха в стекломассе.
• Железо
  может усилить способность стекла поглощать инфракрасную энергию и тепло. Стекло, изготовленное таким образом, сегодня чаще всего можно найти в кинопроекторах.

• Оксид церия (IV)
  отвечает за поглощение УФ-излучения.
• Оксид бора
  является одним из основных ингредиентов так называемого стекла Pyrex. Его способность укреплять структуру стекла и защищать его от теплового расширения,
  Растрескивание и тепловой удар делают его идеальным для производства многих кухонных принадлежностей, оптических компонентов и бутылок с реагентами.

Стекло и другая керамика

Стекло и другая керамика

Керамика

Стекло и другая керамика

Одним из характерных свойств вещества является его вязкость ,
что является мерой его сопротивления потоку. Моторные масла более вязкие, чем бензин,
например, кленовый сироп, используемый для блинов, более вязкий, чем растительные масла.
используется в заправках для салатов. Вязкость зависит от любого фактора, который может повлиять на легкость с
какие молекулы скользят друг мимо друга. Жидкости имеют тенденцию становиться более вязкими по мере того, как молекулы
становятся больше, или по мере того, как межмолекулярные силы становятся сильнее. Они также становятся более
вязкий при охлаждении.

Представьте, что произойдет, если вы охладите жидкость, пока она не станет настолько вязкой, что
жестким, но в нем отсутствовал дальний порядок, характерный для твердых тел.
обсуждаются в этой главе. У вас будет что-то известное как стекло .
Очки имеют три характеристики, которые делают их более похожими на «замороженные
жидкости», чем кристаллические твердые тела. Прежде всего, нет дальнего порядка.
Во-вторых, существует множество пустых сайтов или вакансий. Наконец, очки не содержат самолетов
атомов.

Самый простой способ понять разницу между стеклом и кристаллическим телом
состоит в том, чтобы посмотреть на структуру стеклообразных металлов в атомном масштабе. За счет быстрой конденсации
атомов металла из газовой фазы или быстрой закалкой расплавленного металла можно
производят стеклообразные металлы, имеющие структуру, показанную на рисунке ниже

Структура стеклообразного металла в атомарном масштабе.

Аморфная структура стекла делает его хрупким. Потому что в стекле нет плоскостей
атомов, которые могут скользить друг мимо друга, нет никакого способа снять напряжение. Излишний
поэтому напряжение образует трещину, которая начинается в точке, где есть поверхностный дефект.
Частицы на поверхности трещины разделяются. Напряжение, образовавшее трещину
теперь несут частицы, у которых меньше соседей, над которыми может быть напряжение
распределенный. По мере роста трещины увеличивается интенсивность напряжения в ее вершине. Этот
позволяет разорвать больше связей, и трещина расширяется, пока не разобьется стекло. Таким образом, если вы хотите
чтобы разрезать кусок стекла, начните с надпила на стекле, чтобы получить царапину вдоль
который он сломает при нагрузке.

Стекло производится не менее 6000 лет, с тех пор как египтяне изготавливали фигурки с покрытием.
из песка (SiO ₂ ) с отложениями реки Нил, нагрели эти объекты до
покрытие расплавили, а затем дали им остыть. Оксид кальция или «известь» (CaO)
а окись натрия или «сода» (Na ₂ O) из осадка текла в
песок, чтобы сформировать стакан на поверхности фигурок. Следовые количества оксида меди (CuO)
в осадке привело к случайному распределению Cu ²⁺ ионы в стекле
что дало характерный синий цвет.

Песок по-прежнему является наиболее распространенным ингредиентом, из которого делают стекло. (более 90%
песок, потребляемый каждый год, используется в стекольной промышленности.) Песок состоит из неравномерной
сеть атомов кремния, удерживаемых вместе связями SiOSi. Если
сеть была совершенно регулярной, каждый атом кремния был бы окружен четырьмя атомами кислорода
расположены к углу тетраэдра. Поскольку каждый атом кислорода в этой сети
общими для двух атомов кремния, эмпирическая формула этого твердого вещества будет SiO ₂
и материал будет иметь структуру кварца. Однако в песке некоторые из мостов SiOSi случайно ломаются.

Модификаторы (или флюсы), такие как Na ₂ O и CaO, добавляются в песок для изменения
сетчатую структуру заменой связей SiOSi на связи SiO ^— Na ⁺ или SiO ^— Ca ²⁺ .
Это отделяет тетраэдры SiO ₂ друг от друга, что делает смесь
более жидкий и, следовательно, с большей вероятностью образует стекло после того, как оно будет расплавлено, а затем
охлажденный. На эти так называемые «натронно-известковые» стаканы приходится 90% стекла
произведено.

Al ₂ O ₃ добавляется в некоторые стекла для повышения их прочности; MgO
добавляется для замедления скорости кристаллизации стекла. Замена Na ₂ O
с B ₂ O ₃ производит боросиликатное стекло, которое меньше расширяется на
обогрев. При добавлении PbO получаются свинцовые стекла, идеально подходящие для высококачественной оптики.
стекло.

Наиболее распространенный способ приготовления стекла – нагревание смеси песка и модификаторов.
пока он не растает, а затем быстро охладите его, чтобы он затвердел и получился стакан. Если
охлаждение происходит достаточно быстро, частицы в жидком состоянии не могут вернуться в исходное состояние
кристаллическое расположение исходных материалов. Вместо этого они занимают случайно расположенные
узлы решетки, в которых невозможно идентифицировать плоскости атомов. В результате получается аморфное
(буквально: «без формы») материал.

Стеклокерамика

Случайный перегрев стекловаренной печи привел к открытию материалов, известных как
стеклокерамика. При перегреве стекла в аморфном материале образовывались мелкие кристаллы.
материал, препятствующий распространению трещин по стеклу.

Первый шаг к производству стеклокерамики включает традиционные методы подготовки
стекло. Затем продукт нагревают до 750-1150°С, пока часть структуры не растворится.
превращается в мелкозернистый кристаллический материал. Стеклокерамика не менее 50%
кристаллизуются после нагревания. В некоторых случаях конечный продукт превышает 95%
кристаллический.

Поскольку стеклокерамика более устойчива к тепловому удару, посуда из нее
материал может быть перенесен непосредственно с горячей горелки плиты в холодильник без
ломать. Поскольку они более кристалличны, стеклокерамика также немного лучше при
проводят тепло, чем обычные очки. Стеклокерамика также прочнее при высоких температурах.
температуры, чем очки. Так, стеклокерамика MgO — Al ₂ O ₃ — SiO ₂
используется для изготовления электрических изоляторов, которые должны работать при высоких температурах, таких как
изоляторы свечей зажигания. Свойства и применение некоторых стекол и стеклокерамики
приведены в таблице ниже.

Свойства и применение некоторых стекол и стеклокерамики

Керамика

Термин керамика происходит от греческого слова, обозначающего керамику. Он используется для описания
широкий спектр материалов, включая стекло, эмаль, бетон, цемент, керамику, кирпич,
фарфор, фарфоровая посуда. Этот класс материалов настолько широк, что часто легче
определяют керамику как все твердые материалы, кроме металлов и их сплавов, которые производятся
высокотемпературная обработка неорганического сырья.

Керамика может быть как кристаллической, так и стекловидной. Они могут быть как чистыми, однофазными
материалов или смесей двух или более отдельных веществ. Большинство керамики
поликристаллические материалы с резкими изменениями ориентации или состава кристаллов
по каждому зерну в структуре. Керамика может иметь электропроводность, которая
напоминают металлы, такие как ReO ₃ и CrO _2.

Керамика также может быть отличным изолятором, например, стеклокерамика, используемая в искровых разрядниках.
пробки.

Одной из самых отличительных особенностей керамики является ее устойчивость к обработке или
формируются после выстрела. За некоторыми исключениями, такими как стеклянные трубки или листовое стекло,
их нельзя продать по ноге или обрезать, чтобы они подходили для работы. Их размер и форма должны быть
принято решение до того, как они будут уволены, и они должны быть заменены, а не отремонтированы, когда
они ломаются.

Основное различие между керамикой и другими материалами заключается в химических связях, которые
удерживать эти материалы вместе. Хотя они могут содержать ковалентные связи, такие как связи SiOSi в стекле, они часто характеризуются ионными связями.
между положительными и отрицательными ионами. Когда они образуют кристаллы, сильная сила
притяжение между ионами противоположного заряда в плоскостях ионов затрудняет одно
самолет проскользнуть мимо другого. Поэтому керамика хрупкая. Они сопротивляются сжатию, но
они намного слабее к нагрузкам, приложенным в виде изгиба.

Использование керамики восходит к временам неолита, когда глина впервые использовалась для изготовления
миски, которые пекли на костре. Глина образуется в результате выветривания горных пород с образованием
похожие на гальку частицы глинозема и кремнезема, которые при намокании слипаются, образуя глину
минералы, такие как каолинит, имеющий формулу Al ₄ Si ₄ O ₁₀ (OH) ₈ .

Сегодня керамика играет важную роль в поиске материалов, способных противостоять
теплового удара, действуют как абразивы или имеют лучшее соотношение веса и прочности. Глиноземная керамика
используются для носовых обтекателей ракет и ракет, карбида кремния (SiC) и молибдена.
дисилицид (MoSi ₂ ) используются в соплах ракет, а керамическая плитка используется для
теплоизоляция для защиты космического корабля «Шаттл» при входе в атмосферу Земли
атмосфера.

Керамика из диоксида урана (UO ₂ ) используется в качестве твэлов
для атомных электростанций. Керамика также используется в качестве материалов для лазеров.
кристаллы, легированные хромом, которые излучают когерентный монохроматический импульс света в оптику
через которые проходит свет.