Стекло из чего получают: Из чего делают стекло. Виды, способы изготовления стекла ☑️ EraGlass

Стекло из чего получают: Из чего делают стекло. Виды, способы изготовления стекла ☑️ EraGlass

Содержание

Как делают стекло? | Вечные вопросы | Вопрос-Ответ

Основу стекла составляет один из самых распространённых материалов: кварцевый песок. Его подвергают специальной обработке, нагревая до критических температур. При этом отдельные частички песка сплавляются между собой. Затем следует быстрое охлаждение получившейся массы, в ходе которого песчинки просто не успевают вернуться в первоначальное состояние.

Процесс изготовления стекла состоит из нескольких этапов:

1. Песок плавят до жидкого состояния в специальной печи. Кварцевый песок плавится при температуре 2300 градусов Цельсия. Добавление карбоната натрия (соды) снижает необходимую для стеклообразования температуру до 1500 градусов Цельсия. Однако сода вызывает разъедание стекла водой. Поэтому, чтобы нейтрализовать это явление, в стекло дополнительно вводят оксид кальция (известь).

2. В зависимости от назначения стекла в эту смесь добавляют другие химические вещества. Наиболее распространённая добавка для декоративных стекол — это оксид свинца, который обеспечивает блеск, а также низкую твёрдость, облегчающую резку. Чтобы сделать стекло более стойким, в него вводят оксиды магния или алюминия.

3. Чтобы придать стеклу нужный оттенок, в расплавленную массу добавляют оксиды различных металлов. Например, с помощью оксида железа его делают красным, оксида никеля — фиолетовым или коричневым, оксида урана — жёлтым. Медь или хром придают ему зелёный цвет разных оттенков.

4. Из расплавленной массы песка, соды, извести и других компонентов удаляют газовые пузырьки. Это подразумевает размешивание стекла до равномерной густоты и добавление таких веществ, как сульфат или хлорид натрия, оксид сурьмы.

5. Расплавленному стеклу придают форму. Это можно осуществлять одним из следующих способов:

  • Стекло выливают в ванну с расплавленным оловом, используемым в качестве субстрата, и продувают сжатым азотом для формования и полировки. Именно так производят листовое стекло с 1950-х годов.
  • Расплавленную массу выливают в форму и дают стеклу остыть. Этот метод использовался египтянами, именно так создаётся большинство оптических линз.
  • Стекло собирают на конце полой трубы, а затем выдувают его, поворачивая эту трубу. Стекло формуется благодаря продуваемому воздуху, силе тяжести, действующей на его расплав, и любым инструментам, которые использует стеклодув. Так изготавливают вазы, стаканы, ёлочные игрушки и другие объёмные предметы.

6. Стеклу дают остыть, после чего его вновь подвергают тепловой обработке. Делается это, чтобы стекло стало более прочным . Этот процесс называется отжигом, при нём удаляются все точечные источники напряжений, которые могут образовываться в процессе охлаждения стекла.

7. На завершающем этапе на стекло наносят различные покрытия, ламинируют или обрабатывают его каким-либо другим способом для повышения прочности и стойкости. Листовое стекло режут на стандартные листы.

Смотрите также:

Из чего делают стекло? — Детская онлайн энциклопедия «Хочу всё знать»

Сейчас тебе предстоит познакомиться с материалом, который называется стеклом. «Зачем с ним знакомиться? – скажешь ты. – Я стекло давно знаю» Многие люди, так же как и ты, считают его обыкновенным. На самом деле, привычный всем материал – очень интересен. И начнем знакомство с ним с ответа на вопрос: из чего делают стекло?

Основной его состав довольно простой – кварцевый песок, сода и известь.

Однако стекло не получится, если все его компоненты просто смешать. Потому стекло выплавляют в специальных печах. Но кварцевый песок плавится при очень высокой температуре – 1700 градусов! Здесь-то и нужна сода. Ведь с ее помощью температуру плавления песка уменьшают вдвое.

Следующее важное вещество в составе – это известь. Ее добавляют, чтобы стекло не боялось воды. Ведь оконное «стекло» только из песка и соды растворилось бы от любого дождя! А в стакан невозможно было бы налить чай… Но стекло бывает не только бесцветным и прозрачным. Если добавить к расплавленной массе оксиды (это такие химические соединения) разных металлов, то стекло получится цветным. Например, с помощью оксида железа его делают красным, оксида никеля – фиолетовым или коричневым, оксида урана – желтым. Медь или хром придают ему зеленый цвет разных оттенков.

Теперь ты знаешь, из чего делают стекло. Но известно немало занимательных фактов, связанных с ним. Например, такой: Мастера средневековой Венеции научились изготавливать особенно красивые и тонкие стеклянные изделия – посуду и украшения, которые стоили очень дорого. Чтобы другие не узнали секретов этого стекла, мастеров отправили на остров Мурано, где они стали жить отдельно от всех людей, не имея возможности с ними общаться. А слава мурановского стекла, которое мастера-стеклодувы делали на острове, шагнула далеко за пределы Венеции. Со временем стекло стали использовать не только в производстве посуды, украшений или зеркал.

Люди узнали, что изогнутое стекло может рассеивать или концентрировать световой луч. И научились делать линзы. Сегодня такие линзы из увеличительного стекла применяются в разных оптических приборах, от привычных всем очков до микроскопов и телескопов.

И когда ты вырастешь и станешь ученым – например, биологом или астрономом, то сможешь наблюдать в микроскоп за молекулами и атомами или с помощью телескопа увидишь дальние звезды и галактики.

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.

Как производят стекло | Как это сделано

Зачем вообще для стекловарения нужны печи? Дело в том, что чтобы из стекла сделать что-нибудь полезное, нужно его сначала расплавить, а плавится оно при температурах ни много, ни мало, 1400-1600 °С.

Сырьем для изготовления стекла служит, главным образом, кварцевый песок (оксид кремния SiO2)

Кварцевый песок

Чтобы придать стеклу необходимые свойства, кварцевый песок смешивают с разными добавками, в основном, это известняк (тот, который ракушечник, с фасадов зданий), полевой шпат, доломит, сода и красители (оксиды металлов)

Известняк

Полевой Шпат

Доломит

Таких добавок в стекле бывает до 20-30%. Вообще-то, чем больше добавок, тем ниже вязкость расплава (грубо говоря, он «текучее») и ниже температура плавления, т.е. его обрабатывать проще, например, выдувать бутылки и пр. можно уже при 800 °С. Но может быть и по-другому: если, например, в смесь оксид бора добавить, выйдет борсиликатное стекло, жаростойкое и устойчивое к перепадам температур — на радость домохозяйкам. Стекло же из чистого оксида кремния получится тугоплавким, из него чтобы что-нибудь выдуть, придется до 1600 °С разогреть.

В общем, с сырьем разобрались. Всё, что надо, тщательно очищают, измельчают (этим обычно специальные обогатительные фабрики/производства занимаются), перемешивают и засыпают в стекловаренную печь через специальное окно. Внутри печи в огромном бассейне за дело берется практически инфернальный огонь и превращает за несколько часов песок в жидкость.

Пламя внутри печи.

Кстати, раскочегаривание такой печи до нужной температуры — непростой, долгий, а главное, дорогой процесс (сколько топлива надо, чтоб такую огромную дуру на 2-9 тыс. тонн стекла разогреть!), поэтому, разжегши её единожды, стараются больше не гасить: процесс варки стекла за 10-15 лет службы печи прерывают только пару раз для холодного ремонта.

Естественно, смесь расплавляется не сразу вся, а постепенно; по мере расплавления она перемешивается, из нее выходят пузырьки воздуха. То, что уже хорошо расплавилось, собирается на дне бассейна (плотность-то у расплава выше) и по закону сообщающихся сосудов перетекает под стенкой, проходящей через бассейн, в другую его часть, подальше от пламени и еще не расплавленной смеси.

Тут температура немного ниже, и жидкое стекло отсюда поступает уже в следующую, рабочую ванну за пределами печи, а оттуда уходит на обработку. Чтобы получить, например, листовое стекло для окон и зеркал, его отливают и прокатывают почти как металл.

Чтобы получить идеально ровную поверхность, на современных заводах расплавленное стекло сначала выливают в бассейн, полный расплавленным оловом, и оно, стекло, плавая на поверхности олова, распределяется по нему равномерным тонким слоем и остывает примерно с 1000 до 600 °С, так получают так называемое флоат-стекло (float-glas).

Как я уже говорил, процесс этот непрерывный, и на выходе после охлаждения получается бесконечная стеклянная лента. Но прежде, чем её на куски разрезать, поверхность вновь нагревают газовыми горелками: таким образом запаиваются микротрещины, которые все равно образуются даже несмотря на постепенное охлаждение из-за разности напряжений внутри стекла при твердении. В результате стекло выходит особенно прозрачным.

Производство флоат-стекла

Старая технология, применявшаяся на советских заводах, предусматривала вертикальное вытягивание стеклянной ленты при интенсивном охлаждении поступающей из печи массы. Стекло, произведенное таким образом, отличается значительно большими оптическими искажениями.

Ну вот, вроде почти со всем разобрались. На картинке только еще одна непонятная часть печи осталась: регенератор. Штуковина замечательная и гениальная в своей простоте. За её изобретение еще в 1856 году младший из братьев Сименсов, Фридрих, получил английское дворянство. А смысл в том, чтобы экономить топливо для стекловаренной печи, подогревая воздух, подающийся в печь для горения. И экономия на топливе может достигать 40%!

Принцип работы регенератора

Регенератор состоит из двух одинаковых шахт, заполненных жаропрочными керамическими сборками, образующими внутри шахт множество мелких каналов для воздуха. Воздух поступает через первую шахту, попадает в печь через окно, смешивается с топливом (газом) и сгорает. Раскалённые продукты горения уходят через другое окно во вторую шахту, и прежде, чем выйти наружу, нагревают упомянутые керамические сборки. Потом, как они достаточно накалятся, минут через двадцать, поток воздуха пускают через вторую шахту, он в ней разогревается перед попаданием в печь, а отработанные газы начинают разогревать сборки в первой шахте. Затем цикл повторяется.

За рамками этого рассказа остались разнообразные жаропрочные керамические покрытия внутри печи (металл для такой температуры не годится). С ними всё тоже довольно занимательно: физические и химические процессы, протекающие во время плавления стекла, приводят к удивительным образованиям: внутри печи начинают расти сталактиты!

 

Источник

Виды и свойства стекла | Диаэм

Стекло – это неорганическая смесь, расплавленная при высокой температуре, которая затвердевает при охлаждении, но не кристаллизуется.

Виды стекла

Кварцевое стекло


Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты. Кварцевое стекло состоит из диоксида кремния SiO2 и является самым термостойким стеклом: коэффициент его линейного расширения в пределах 0 — 1000 °С составляет всего 6х10-7. Поэтому раскаленное кварцевое стекло, опущенное в холодную воду, не растрескивается.


Температура размягчения кварцевого стекла, при которой достигается динамическая вязкость 107 Пуаз (10 Пахс) равна 1250 °С. При отсутствии значительных перепадов давления кварцевые изделия можно применять до этой температуры. Полное же плавление кварцевого стекла, когда из него можно изготавливать изделия, наступает при 1500-1600 °С.


Известно два сорта кварцевого стекла: прозрачный кварц и молочно-матовый. Мутность последнего вызвана обилием мельчайших пузырьков воздуха, которые при плавке стекла не могут быть удалены из-за высокой вязкости расплава. Изделия из мутного кварцевого стекла обладают почти такими же свойствами, как и изделия из прозрачного кварца, за исключением оптических свойств и большей газовой проницаемости.


Поверхность кварцевого стекла обладает незначительной адсорбционной способностью к различным газам и влаге, но имеет наибольшую газопроницаемость среди всех стекол при повышенной температуре. Например, через кварцевую трубку со стенками толщиной в 1 мм и поверхностью 100 см2 при 750 °С за один час проникает 0,1 см3 Н2, если перепад давлений составляет 1 атм (0,1 МПа).


Кварцевое стекло следует тщательно предохранять от всяких загрязнений, даже таких как жирные следы от рук. Перед нагреванием кварцевого стекла имеющиеся на нем непрозрачные пятна снимают при помощи разбавленной фтороводородной кислоты, а жировые — этанолом или ацетоном.


Кварцевое стекло устойчиво в среде всех кислот, кроме HF и Н3РO4. На него не действуют до 1200 °С С12 и НСl, до 250 °С сухой F2. Нейтральные водные растворы NaF и SiF4 разрушают кварцевое стекло при нагревании. Оно совершенно непригодно для работ с водными растворами и расплавами гидроксидов щелочных металлов.


Кварцевое стекло при высокой температуре сохраняет свои электроизоляционные свойства. Его удельное электрическое сопротивление при 1000 °С равно 106 Омхсм.

Обычное стекло


К обычным стеклам относятся известково-натриевое, известково-калиевое, известково-натриево-калиевое.


Известково-натриевое (содовое), или натрий-кальций-магний-силикатное, стекло применяют для выработки оконных стекол, стеклотары, столовой посуды.


Известково-калиевое (поташное), или калий-кальций-магний-силикатное, стекло обладает более высокой термостойкостью, повышенным блеском и прозрачностью; используется для выработки высококачественной посуды.


Известково-натриево-калиевое (содово-поташное), или натрий-калий-кальций-магний-силикатное, стекло имеет повышенную химическую стойкость, благодаря смешению окислов натрия и калия; наиболее распространено в производстве посуды.

Боросиликатное стекло


Стекла с высоким содержанием SiO2, низким – щелочного металла и значительным – оксида бора B2O3 называются боросиликатными. Борный ангидрид действует как флюс для кремнезема, так что содержание щелочного металла в шихте может быть резко уменьшено без чрезмерного повышения температуры расплавления. В 1915 году фирма Corning Glass Works начала производить первые боросиликатные стекла под торговым названием Pyrex. Стекло марки Pyrex является боросиликатным стеклом с содержанием не менее 80% SiO2, 12-13% В2O3, 3-4% Na2О и 1-2% Аl2О3. Оно известно под разными названиями: Corning (США), Duran 50, Йенское стекло G20 (Германия), Гизиль, Монекс (Англия), ТС (Россия), Совирель (Франция), Simax (Чехия).


В зависимости от конкретного состава стойкость к термоудару таких стекол в 2–5 раз выше, чем у известковых или свинцовых; они обычно намного превосходят другие стекла по химической стойкости и имеют свойства, полезные для применения в электротехнике.


Температура размягчения стекла «пирекс» до динамической вязкости в 1011 пуаз (1010 Пас) составляет 580-590 °С. Тем не менее стекло пригодно для работ при температурах до 800 °С, но без избыточного давления. При использовании вакуума температуру изделий из стекла «пирекс» не следует поднимать выше 650 °С. В отличие от кварцевого стекло «пирекс» до 600 °С практически непроницаемо для Н2, Не, O2 и N2. Фтороводородная и нагретая фосфорная кислоты, так же как и водные растворы (даже 5%-ные) КОН и NaOH, а тем более их расплавы, разрушают стекло «пирекс».

Хрустальное стекло


Хрустальные стекла (хрусталь) — высокосортные стекла, обладающие особым блеском и способностью сильно преломлять свет. Различают свинцовосодержащие и бессвинцовые хрустальные стекла.


Свинцовосодержащие хрустальные стекла — свинцово-калиевые стекла, вырабатывают с добавлением окислов свинца, бора и цинка. Характеризуются повышенным весом, красивой игрой света, мелодичным звуком при ударе; применяют для производства высококачественной посуды и декоративных изделий. Наибольшее применение имеет хрусталь с содержанием от 18 до 24% окислов свинца и 14—16,5% окиси калия (легкий).


К бессвинцовым хрустальным стеклам относятся баритовое, лантановое и др.


Баритовое стекло содержит повышенное количество окиси бария. Обладает лучшим блеском, более высокой светопреломляемостью и удельным весом по сравнению с обычными стеклами, применяют как оптическое и специальное стекло.


Лантановое стекло содержит окись лантана La2О3 и лантаниды (соединения лантана с алюминием, медью и др.). La2О3 повышает светопреломление. Отличается высоким качеством; применяется как оптическое.

Свойства стекла


Плотность стекла зависит от его химического состава. Плотность — отношение массы стекла при данной температуре к его объему, зависит от состава стекла (чем больше содержание тяжелых металлов, тем стекло плотнее), от характера термической обработки и колеблется в пределах от 2 до 6 (г/см3). Плотность — постоянная величина, зная ее, можно судить о составе стекла. Наименьшей плотностью обладает кварцевое стекло — от 2 до 2,1 (г/см3), боросиликатное стекло имеет плотность 2,23 г/см3, наибольшей — оптические стекла с высоким содержанием окислов свинца — до 6 (г/см3). Плотность известково-натриевого стекла составляет около 2,5 г/см3, хрустального — 3 (г/см3) и выше. Табличным значением плотности стекла является диапазон от 2,4 до 2,8 г/см3.


Прочность. Прочностью называется способность материала сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим в результате действия внешних нагрузок. Прочность характеризуется пределом прочности. Предел прочности на сжатие для различных видов стекла колеблется от 50 до 200 кгс/мм2. На прочность стекла оказывает влияние его химический состав. Так, окислы СаО и B2O3 значительно повышают прочность, РbО и Al2O3 в меньшей степени, MgO, ZnO и Fe2O3 почти не изменяют ее. Из механических свойств стекол прочность на растяжение является одним из важнейших. Объясняется это тем, что стекло работает на растяжение хуже, чем на сжатие. Обычно прочность стекла на растяжение составляет 3,5—10 кгс/мм2, т. е. в 15—20 раз меньше, чем на сжатие. Химический состав влияет на прочность стекла при растяжении примерно так же, как и на прочность при сжатии.


Твердость стекла, как и многие другие свойства, зависит от примесей. По шкале Мооса она составляет 6-7 ед, что находится между твёрдостью апатита и кварца. Твердость различных видов стекла зависит от его химического состава. Наибольшую твердость имеет стекло с повышенным содержанием кремнезема — кварцевое и боросиликатное. Увеличение содержания щелочных окислов и окислов свинца снижает твердость; наименьшей твердостью обладает свинцовый хрусталь.


Хрупкость — свойство стекла разрушаться под действием ударной нагрузки без пластической деформации. Сопротивление стекла удару зависит не только от его толщины, но и от формы изделия, наименее устойчивы к удару изделия плоской формы. Для повышения прочности к удару в состав стекла вводят окислы магния, алюминия и борный ангидрид. Неоднородность стекломассы, наличие дефектов (камней, кристаллизации и других) резко повышают хрупкость. Сопротивление стекла удару увеличивается при его отжиге. В области относительно низких температур (ниже температуры плавления) стекло разрушается от механического воздействия без заметной пластической деформации и, таким образом, относится к идеально хрупким материалам (наряду с алмазом и кварцем). Данное свойство может быть отражено удельной ударной вязкостью. Как и в предыдущих случаях, изменение химического состава позволяет регулировать и это свойство: например, введение брома повышает прочность на удар почти вдвое. Для силикатных стекол ударная вязкость составляет от 1,5 до 2 кН/м, что в 100 раз уступает железу. На хрупкость, стекол влияют однородность, конфигурация и толщина изделий: чем меньше посторонних включений в стекле, чем более оно однородно, тем выше его хрупкость. Хрупкость стекол практически не зависит от состава. При увеличении в составе стекол B2O3, SiO2, Al2O3, ZrO2, MgO хрупкость незначительно понижается.


Прозрачность – одно из важнейших оптических свойств стекла. Определяется отношением количества прошедших через стекло лучей ко всему световому потоку. Зависит от состава стекла, обработки его поверхности, толщины и других показателей. При наличии примесей окиси железа прозрачность уменьшается.


Термостойкость стекла характеризуется его способностью выдерживать, не разрушаясь, резкие изменения температуры и является важным показателем качества стекла. Зависит от теплопроводности, коэффициента термического расширения и толщины стекла, формы и размеров изделия, обработки поверхности, состава стекла, дефектов. Термостойкость тем выше, чем выше теплопроводность и ниже коэффициент термического расширения и теплоемкость стекла. Толстостенное стекло менее термостойко, чем тонкое. Наиболее термостойко стекло с повышенным содержанием кремнезема, титана и бора. Низкую термостойкость имеет стекло с высоким содержанием окислов натрия, кальция и свинца. Хрусталь менее термостоек, чем обычное стекло. Термостойкость обыкновенного стекла колеблется в пределах 90—250 °С, а кварцевого: 800—1000°С. Отжиг в специальных печах повышает термостойкость в 2,5—3 раза.


Теплопроводность — это способность материала, в данном случае стекла, проводить тепло без перемещения вещества этого материала. У стекла коэффициент теплопроводности равен 1-1,15 Вт/мК.


Тепловое расширение — это увеличение линейных размеров тела при его нагревании. Коэффициент линейного теплового расширения стекол колеблется от 5·10-7 до 200·10-7. Самый низкий коэффициент линейного расширения имеет кварцевое стекло — 5,8·10-7. Величина коэффициента термического расширения стекла в значительной степени зависит от его химического состава. Наиболее сильно на термическое расширение стекол влияют щелочные окислы: чем больше содержание их в стекле, тем больше коэффициент термического расширения. Тугоплавкие окислы типа SiO2, Al2O3, MgO, а также B2O3, как правило, понижают коэффициент термического расширения.


Упругость — способность тела возвращаться к своей первоначальной форме после устранения усилий, вызвавших деформацию тела.


Упругость характеризуется модулем упругости. Модуль упругости — величина, равная отношению напряжения к вызванной им упругой относительной деформации. Различают модуль упругости при осевом растяжении — сжатии (модуль Юнга, или модуль нормальной упругости) и модуль сдвига, характеризующий сопротивление тела сдвигу или сколу и равный отношению касательного напряжения к углу сдвига.


В зависимости от химического состава модуль нормальной упругости стекол колеблется в пределах 4,8х104. ..8,3х104, модуль сдвига —2х104—4,5х104 МПа. У кварцевого стекла модуль упругости составляет 71,4х103 Мпа. Модули упругости и сдвига несколько повышаются при замене SiO2 на СаО, B2O3, Al2O3, MgO, ВаО, ZnO, PbO.

Свойства стекла производства Corning
















Код стекла

0080

7740

7800

7913

0211

Тип

Силикатное

Боро-силикатное

Боро-силикатное

96% Силиката

Цинково-титановое

Цвет

Прозрачное

Прозрачное

Прозрачное

Прозрачное

Прозрачное

Термическое расширение (умножать на 10-7 см/см/°С)

0-300 °С

93,5

32,5

55

7,5

73,8

25 °С, до темп. застывания

105

35

53

5,52

-

Верхний предел рабочей темп. для отожженого стекла (для механических свойств)

Норм. эксплуатация, °С

110

230

200

900

-

Экстрем. эксплуатация, °С

460

490

460

1200

-

Верхний предел рабочей темп. для закаленного стекла (для механических свойств)

Норм. эксплуатация, °С

220

260

-

-

-

Экстрем. эксплуатация, °С

250

290

-

-

-

6,4 мм толщиной, °С

50

130

-

-

-

12,7 мм толщиной, °С

35

90

-

-

-

Термостойкость, °С

16

54

33

220

-

Плотность, г/см³

2,47

2,23

2,34

2,18

2,57

Коэффициент оптической чувствительности по напряжениям, (нм/см)/(кг/мм²)

277

394

319

-

361

Обзор физических и химических свойств стекол Duran, DWK








Свойства

Коэффициент линейного

расширения α

(20 °C — 300 °C) × 10⁻⁶

Точка

деформации, °С

Плотность, г/см³

Гидролитическая стойкость

DIN ISO 719 IN

Устойчивость к кислотам

DIN 12 116

Устойчивость к щелочам

ISO 695

Тип стекла

Duran

3,3

525

2,23

Не изменяемые водой

Стойкое к действию кислот

Умеренно растворимое в щелочах

Fiorax

4,9

565

2,34

Не изменяемые водой

Стойкое к действию кислот

Умеренно растворимое в щелочах

Натриево-кальциево-

силикатное стекло

9,1

525

2,5

Тугоплавкое для приборов

Стойкое к действию кислот

Умеренно растворимое в щелочах

SWB

6,5

555

2,45

Не изменяемое водой

Стойкое к действию кислот

Слаборастворимое в щелочах

Обзор физических свойств стекол Kimble, DWK









Виды стекла

33 Боросиликатное стекло

51 Боросиликатное стекло

Свойства

Точка деформации, °C

513

530

Температура отжига, °C

565

570

Линейный коэффициент

расширения α (0 — 300 °C)×10⁻⁷

32

55

Плотность, г/см³

2,22

2,33

Пропускание видимого света,

толщина 2 мм

92%

91%

Обзор физических и химических свойств стекол Wheaton, DWK











Виды стекла

Борсиликатные стекла

Натриево-кальциево-

силикатные стекла

180

200

300

320

400

500

800

900

Свойства

Точка деформации, °C

510

505

525

510

530

515

510

496

Температура отжига, °C

560

560

570

560

570

550

548

536

Линейный коэффициент

расширения α (0 — 300 °C)×10⁻⁷

33

33

55

54

60

61

88

91

Плотность, г/см³

2,23

2,23

2,33

2,39

2,41

2,42

2,48

2,50

Устойчивость к кислотам

Стойкое к действию кислот

Стойкое к действию кислот

Стойкое к действию кислот

Стойкое к действию кислот

Стойкое к действию кислот

Стойкое к действию кислот

Умеренно растворимое в кислотах

Умеренно растворимое в кислотах

Устойчивость к щелочам

Слаборастворимое в щелочах

Слаборастворимое в щелочах

Слаборастворимое в щелочах

Слаборастворимое в щелочах

Слаборастворимое в щелочах

Слаборастворимое в щелочах

Сильно растворимое в щелочах

Сильно растворимое в щелочах

Из чего делают стекло? | NUR.

KZ

Фото: Getty

Из чего делают стекло? Простой вопрос, интересующий многих любознательных людей. Предлагаем ознакомиться с составом материала и его основными свойствами.

Стекло: из чего состоит

Стеклоделие — древнейшая технология. Изначально производство стекла было сложным и трудоемким процессом. Современная наука упростила его, существенно сократив время производства изделий и уменьшив их стоимость. Из чего делают стекло и как это происходит?

Для производства используют следующие ингредиенты:

  • Кварцевый песок. На 3/4 стекло состоит из оксида кремния. Качество песка определяет качество готового материала. Поэтому важно, чтобы он был чистым, без примесей. Песок плавят под воздействием рекордно высоких температур, в результате чего он меняет структуру, превращаясь в жидкую массу.
  • Сода. Выступает катализатором плавления, позволяет снизить температуру обработки кварцевого песка.
  • Известь. Придает стеклу прочность, блеск и твердость.

Читайте также

Что такое акрил и как его применяют в быту

Помимо этих составляющих, в массу для производства стекла добавляют нефелиновый сиенит, таламит и сульфат натрия.

Как делают стекло? Смешанные до однородности ингредиенты плавят в специальной печи при температуре 1500–1700 градусов Цельсия. Полученную массу распределяют равномерным слоем на емкостях с расплавленным оловом. В ходе остывания материал твердеет, превращается в плотный лист. Полученный лист загружают в специальный конвейер для проверки равномерности толщины и нарезки стандартными кусками.

Для окрашивания материала используют оксиды серебра, железа, меди и других металлов. Синий цвет дает оксид кобальта, сиреневый — никеля, зеленый — калиево-цинковый. Ионы металлов-красителей, добавленные в расплавленную смесь, равномерно распределяются и придают материалу нужный оттенок. Интенсивность цвета регулируется количеством добавления красителя, а также толщиной готового стекла.

Читайте также

Как гасить известь для побелки

Из чего делают стекло для телефона

Для производства защитных стекол для смартфонов используют алюмосиликат. Его производят путем высокотемпературной обработки диоксида кремния с добавлением специальных химических веществ. В состав материала входит кислород, алюминий, кремний и ионы натрия, необходимые для второго этапа производства.

Читайте также: Кто изобрел интернет?

Затем алюмосиликатное стекло подвергают обработке ионами калия. Первый материал помещают в горячую (400 градусов по Цельсию) солевую ванну, где под действием химической реакции разрываются ионные связи. Ионы калия замещают ионы натрия в алюмосиликате, подвергаются прессованию под высоким давлением.

В результате стекло получает высокопрочный защитный слой, которого нет у обычного минерального стекла. Отсюда и высокие показатели надежности, прочности, износостойкости и долговечности. Защитное стекло на телефон выдерживает большие нагрузки, сохраняя целостность матрицы.

Читайте также

Как почистить золото с камнями дома

Из чего делают стекло для часов

При изготовлении стекла для часов используют разные материалы, отличающиеся как по эксплуатационным характеристикам, так и по способу ухода. Вот основные разновидности:

  • Пластик. Да-да, часовые стекла производят из легкой и прозрачной пластмассы — силикатного стекла. Такое стекло трудно разбить, но легко поцарапать. Поверхность быстро теряет привлекательный внешний вид.
  • Минеральное сырье. Кварцевый песок плавят в специальной печи, добавляют определенные оксиды и охлаждают для получения твердой консистенции. Материал имеет хорошие оптические свойства, устойчивость к воздействию агрессивных сред, легко поддается полировке. Но под воздействием прямых солнечных лучей дает много бликов. Легко бьется. Некоторые производители покрывают минеральные часовые стекла твердым защитным слоем, повышая устойчивость к механическим повреждениям.
  • Сапфир. Синтетический сапфир получают путем высокотемпературной обработки кристаллизованного оксида алюминия. Ему свойственна повышенная прочность, износостойкость и долговечность. Выдерживает экстремальные условия эксплуатации, не царапается даже при непосредственном воздействии острых предметов. По относительной шкале Мосса стекло имеет твердость 9, уступая лишь алмазу с твердостью 10. Стоимость сапфирового стекла значительно выше, но она оправдана высокими пользовательскими характеристиками материала.

Читайте также

Чем почистить серебро, чтобы блестело

Также производители предлагают комбинированные часовые стекла. Минеральная основа покрывается плотным слоем сапфирового покрытия, что позволяет улучшить прочностные характеристики материала.

Стекло — практичный и распространенный материал. Но даже сейчас сложный и технологичный процесс его производства немного напоминает магию.

Читайте также: Идеи малого бизнеса в Казахстане с нуля

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/1661729-iz-chego-delayut-steklo.html

Химия вокруг нас. Раритетные издания. Наука и техника

Юрий Кукушкин

Стекло

История стекла уходит в глубокую древность. Известно, что в Египте и Месопотамии его умели делать уже 6000 лет назад. Вероятно, стекло начали изготавливать все же позже, чем первые керамические изделия, так как для его производства требовались более высокие температуры, чем для обжига глины. Если для простейших керамических изделий было достаточно только глины, то в состав стекла необходимо минимум три компонента.

Изделия из стекла так же, как и из керамики, практически не подвергаются атмосферным воздействиям и хорошо сохраняются даже под слоем земли. Эти изделия оказались важнейшими документами далекого прошлого. Они донесли до нас бесценную информацию об уровне культуры и техники древних народов. Благодаря стеклу до нашего времени дошли величайшие художественные произведения различных эпох культуры человечества.

Первый стекольный завод в России был построен в 1636 г. близ г. Воскресенска под Москвой. На нем выдували оконное стекло и стеклянную посуду. Через 30 лет в селе Измайлово, также под Москвой, был построен завод, на котором изготовляли высококачественные стаканы, графины, фляги, рюмки, кувшины и др. Особенно быстро стеклоделие развилось при Петре I. В XVIII в. около Москвы действовало шесть стекольных заводов.

Главный потребитель стекла в настоящее время – строительная индустрия. Больше половины всего вырабатываемого стекла приходится на оконное для остекления зданий и транспортных средств: автомашин, железнодорожных вагонов, трамваев, троллейбусов. Кроме того, стекло используют в качестве стенового и отделочного материала в виде пустотелых кирпичей, блоков из пеностекла, а также облицовочных плиток. Примерно треть производимого стекла идет на изготовление сосудов различного типа и назначения. Это прежде всего стеклянная тара – бутылки и банки. В большом количестве стекло расходуется на изготовление столовой посуды. Стекло пока незаменимо для производства химической посуды. В довольно большом количестве из стекла изготавливают вату, волокно и ткани для тепловой и электрической изоляции.

Относительная дешевизна стеклянных строительных материалов обусловливается широким распространением, а следовательно, доступностью и дешевизной сырья. Расплавленное стекло является удобным материалом для формования в изделия механизированным способом. Стекло хорошо поддается механической обработке. Это также снижает стоимость стеклянных изделий. Стекло пилят так же, как дерево, но для этого в кромку дисковой пилы зачеканивают алмазный или иной твердый порошок. Его можно сверлить обыкновенными стальными сверлами, применяя специальную смачивающую жидкость. Стекло колют на куски при помощи простого инструмента, напоминающего колун для дров, но действующим не ударом, а постепенно нарастающим усилием. Стекло можно обрабатывать на токарном станке резцами из особо твердой стали, вытачивая фигурные колонки так же, как из дерева или металла. Стекло шлифуют и полируют, применяя обычные абразивные порошки, инструменты и методы, давно известные и широко используемые в металлообрабатывающем производстве. Стекло можно сварить из одного кварцевого песка, химическая формула которого SiO2. Однако для этого нужна очень высокая температура (выше 1700°C). Получение таких температур в печах промышленного типа связано с большими трудностями. Обычные печи, в которых используются твердое, жидкое или газообразное топливо, для этого не годятся. Для плавления кварцевого песка применяют электрические печи специального устройства или горелки, в которых сжигается водород в токе кислорода. Расплавленный кварцевый песок представляет собой столь густую и вязкую массу, что из нее трудно удалить воздушные пузырьки и придать изделиям нужную форму.

В стекловарении используют только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее количество загрязнений не превышает 2…3%. Особенно нежелательно присутствие железа, которое даже в ничтожных количествах (десятые доли%) окрашивает стекло в зеленоватый цвет. Если к песку добавить соду Na2CO3, то удается сварить стекло при более низкой температуре (на 200…300°). Такой расплав будет иметь менее вязкий (пузырьки легче удаляются при варке, а изделия легче формуются). Но! Такое стекло растворимо в воде, а изделия из него подвергаются разрушению под влиянием атмосферных воздействий. Для придания стеклу нерастворимости в воде в него вводят третий компонент – известь, известняк, мел. Все они характеризуются одной и той же химической формулой – CaCO3.

Стекло, исходными компонентами шихты которого является кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90% получаемого в мире стекла. При варке карбонат натрия и карбонат кальция разлагаются в соответствии с уравнениями:

Na2CO3 → Na2O + CO2

CaCO3 → CaО + CO2

В результате в состав стекла входят оксиды SiO2, Na2O и CaО. Они образуют сложные соединения – силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты.

В стекло вместо Na2O с успехом можно вводить K2О, а CaО может быть заменен MgO, PbO, ZnO, BaO. Часть кремнезема можно заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соединений борной или фосфорной кислот). В каждом стекле содержится немного глинозема Al2O3, попадающего из стенок стекловаренного сосуда. Иногда его добавляют специально. Каждый из перечисленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя этими оксидами и их количеством, получают стекла с заданными свойствами. Например, оксид борной кислоты B2O3 приводит к понижению коэффициента теплового расширения стекла, а значит, делает его более устойчивым к резким температурным изменениям. Свинец сильно увеличивает показатель преломления стекла. Оксиды щелочных металлов увеличивают растворимость стекла в воде, поэтому для химической посуды используют стекло с малым их содержанием. В табл. 1 приведен состав (в%) некоторых типичных промышленных стекол.

Таблица 1

Стекло Si02 B2O3 Al2O3 Na2O K2О CaО MgO Pb3O4 ВаО ZnO
Оконное 72 2 14 9 3

Бутылочное 70 3 17 8 2
Хрустальное 56 11 33
Лабораторное 85 9 2 4
Оптическое 34 13 3 46 4

Сода – сырье относительно дорогое и имеющее огромный спрос со стороны различных отраслей народного хозяйства. Поэтому в качестве источника Na2O при варке стекла используют также природный минерал Na2SO4. В СССР его огромные залежи имеются на месте бывшего залива Кара-Богаз-Гол (рядом с Каспийским морем). Однако в этом случае варка стекла требует более высоких температур. Кроме того, в шихту необходимо вводить уголь для восстановления серы в соответствии с уравнением

2Na2SO4 + С → 2Na2O + 2SO2↑ + CO2

При варке стекла первым плавится оксид щелочного металла, после чего в этом расплаве начинают растворяться зерна кварца и известняка, вступая в химическое взаимодействие. Поэтому чем больше в стекле оксидов щелочных металлов, тем при меньших температурах оно плавится. В Древнем Египте, когда техника получения высоких температур была несовершенна, в стеклоделии преобладали рецепты с повышенным содержанием оксидов щелочных металлов (до 30%) и малым содержанием извести (около 3…5%). В эллинистическую эпоху, с усовершенствованием техники получения высоких температур, содержание оксидов щелочных металлов снижается до 16. ..17%, а извести повышается до 10%. Естественно, что такие стекла стали более стойкими к воде. В настоящее время варка стекла проводится при температуре 1400…1500°C в течение нескольких часов. Процесс варки стеклоделы делят на три стадии: провар шихты, осветление (удаление «мошки» и «свилей»), студка – осторожное охлаждение.

Мошкой стеклоделы называют мелкие пузырьки газа, распределенные по всей массе стекла. Ее удаление из жидкой массы производят «бурлением» при помощи деревянной чурки или обыкновенного сырого картофеля. Помещенные в жидкое стекло, они дают обильное выделение газов, которые и очищают от мошки всю массу. Ее наличие в изделиях считается браком. Мошка особенно недопустима в оптических стеклах.

Стекольным свилем называют нитеобразные потоки, подобные тем, которые можно наблюдать в процессе растворения сахара в воде при медленном перемешивании. Свиль – это видимая граница двух соседних участков стекольной массы. Наличие свилей свидетельствует о плохой перемешанности стекольной массы при варке, т. е. о его низком качестве.

Охлаждение стекла, а точнее изделия из него проводят медленно, чтобы избежать в нем напряжений. При быстром охлаждении стекла поверхностные слои тела затвердевают и могут иметь температуру, близкую к комнатной, а внутренние части, вследствие низкой теплопроводности, могут иметь температуру до 1000°C. Поскольку внутренние части при охлаждении сжимаются, а наружные уже не уменьшаются в размере, в них возникают высокие поверхностные сжимающие напряжения. Внутренние слои, наоборот, испытывают высокие растягивающие напряжения. Такое стеклянное тело называют «закаленным». Закаленное стекло обладает высокой механической прочностью. Однако у него есть и недостатки. При нарушении поверхностного слоя (например, нанесение царапины), т.е. при нарушении сжимающих и растягивающих сил, закаленное стекло разлетается вдребезги.

При медленном охлаждении стеклянного тела растягивающие и сжимающие напряжения не возникают. Такое стекло называют «отожженным». Мелкие изделия, например столовая посуда, отжигаются (охлаждаются) в течение нескольких часов. Крупные и прецизионные изделия, например линзы астрономических объективов диаметра 1 м и более, отжигаются в течение нескольких месяцев.

Окраску стекла осуществляют введением в него оксидов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов. Так, золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином соответственно. Серебро в коллоидном состоянии окрашивает стекло в желтый цвет. Хорошим красителем является селен. В коллоидном состоянии он окрашивает стекло в розовый цвет, а в виде соединения CdS·3CdSe – в красный. Такое стекло называют селеновым рубином. При окраске оксидами металлов цвет стекла зависит от его состава и от количества оксида-красителя. Например, оксид кобальта (II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших – фиолетово-синее с красноватым оттенком. Оксид меди (II) в натрий-кальциевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом – зеленый. Оксид марганца (П) в натрий-кальциевом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а в калиево-цинковом – сине-фиолетовую. Оксид свинца (II) усиливает цвет стекла и придает цвету яркие оттенки.

Бутылочное стекло низкого сорта, как правило, имеет окраску, которая зависит от присутствия в нем ионов Fe2+и Fe3+. Стекольное сырье трудно очищается от железа и поэтому в дешевых сортах оно всегда присутствует. Ионы Fe2+ хорошо поглощают лучи света с длиной волны примерно 600 ммк (желтые и красные) и, следовательно, окрашивают стекло в дополнительный голубой цвет. Ионы Fe3+ поглощают лучи с длиной волны 500 ммк (синие и фиолетовые), окрашивая стекло в желтоватый цвет. Важно отметить, что ионы Fe2+ в области видимого света имеют удельное поглощение, примерно в 10 раз большее, чем ионы Fe3+. Поскольку в стекле одновременно содержатся как ионы Fe2+, так и ионы Fe3+, они и придают стеклу зеленоватую окраску (бутылочный цвет).

Существуют химические и физические способы обесцвечивания стекла. В химическом способе стремятся все содержащееся железо перевести в Fe3+. Для этого в шихту вводят окислители – нитраты щелочных металлов, диоксид церия СеO2, а также оксид мышьяка (III) As2O3 и оксид сурьмы (III) Sb2O3. Химически обесцвеченное стекло лишь слегка окрашено (за счет ионов Fe3+) в желтовато-зеленоватый цвет, но обладает хорошим светопропусканием. При физическом обесцвечивании в состав стекла вводят «красители», т.е. ионы, которые окрашивают его в дополнительные тона к окраске, создаваемой ионами железа, – это оксиды никеля, кобальта, редкоземельных элементов, а также селен. Диоксид марганца MnO2 обладает свойствами как химического, так и физического обесцвечивания. В результате двойного поглощения света стекло становится бесцветным, но его светопропускание понижается. Таким образом, следует различать светопрозрачные и обесцвеченные стекла, поскольку эти понятия различны.

Следует также отметить, что окрашенное стекло иногда предохраняет содержимое бутылок от нежелательного фотохимического воздействия. Поэтому окраску бутылочного стекла иногда специально усиливают.

Одним из важнейших свойств стекла является прозрачность. Однако в ряде случаев стеклу специально придают непрозрачность путем его «глушения». Это процесс, в результате которого стекло становится непрозрачным. Вещества, способствующие помутнению стекла, называют глушителями. Глушение происходит вследствие распределения по всей массе стекла мельчайших кристаллических частиц. Они представляют нерастворившиеся частицы глушителя или частицы, выделившиеся из жидкой массы при охлаждении стекла. Эти частицы обычно прозрачны, но их показатель преломления отличается от показателя преломления стекла. Поэтому падающий на них луч отклоняется от прямолинейного направления и стекло перестает быть прозрачным. В далеком прошлом в качестве глушителей стекла использовали костяную муку, содержащую фосфат кальция Ca3(PO4)2, а также оксиды олова SnO, мышьяка As2O3 и сурьмы Sb2O3. В настоящее время для этой цели применяют криолит Na3[AlF6], плавиковый шпат CaF2 и другие фторидные соединения.

Сильно заглушенное стекло (белого цвета) называют молочным. Для его изготовления чаще всего используют криолит. Молочное стекло используют главным образом для изготовления осветительной арматуры.

Несмотря на то что возраст стеклоделия оценивается в 6 тыс. лет, прозрачное и бесцветное стекло люди научились варить лишь на пороге новой эры. До этого производилось непрозрачное окрашенное в различные тона стекло и из него изготавливались главным образом мелкие изделия: бусы, браслеты, пуговицы, кольца, печатки, шахматные фигуры и др. Стеклодувы античной эпохи начали широко применять холодную обработку стекла: рельефную резьбу, гравировку, шлифовку. Как только было получено прозрачное стекло, стеклоделы стали стремиться изготовить из него оконные пластины. Ученые предполагают, что оконное стекло вначале было цветным. Это объясняется тем, что бесцветное стекло получить было весьма непросто, так как сырье обычно содержит различные примеси, которые придают стеклу окраску. Особенно часто в сырье присутствуют соединения железа. Получение пластин для остекления окон оказалось весьма непростым делом. Изготовление полых изделий довольно сложной формы путем выдувания для человека было более простой задачей, чем получение листового стекла. Эта задача была решена лишь к концу средневековья. При раскопках Помпеи, погребенной под пеплом вулкана Везувия в 79 г. н.э., было установлено, что в очень редких случаях в окна были вставлены пластины стекла, которые были довольно толстыми. По-видимому, тонкое листовое стекло итальянские стеклоделы еще не научились делать.

Считают, что метод выдувания, так же как и способ варки прозрачного стекла, был открыт в период смены летоисчисления. Поводов для его открытия было предостаточно. Для получения высоких температур в металлургии был уже известен способ дутья. При варке стекла, требующей также высоких температур, дутье, в частности, проводилось при помощи легких человека. Для этого использовались длинные и полые тростниковые трубки, конец которых обмазывался глиной. Последнее было необходимо для того, чтобы трубка не загоралась. Таким образом, для открытия метода выдувания стеклянных изделий были созданы все предпосылки. Нужен был только случай, когда конец трубки прикоснется к жидкой стекольной массе. Если это произошло, то, продолжая дуть в трубку, человек должен получить что-то похожее на пузырь. Следующим шагом было помещение выдуваемого «пузыря» в деревянную форму, и полое стеклянное изделие почти готово. Как здесь не вспомнить хорошо известное изречение, что «все гениальное просто».

Вероятно, метод выдувания изделий из стекла был изобретен в различных местах, где культивировалось стеклоделие, примерно в одно и то же время. Однако принято считать, что способ выдувания был изобретен в Александрии в I в. до н.э. На первый взгляд, удивительно, что люди научились делать стеклянные изделия сложной полой конфигурации, но не умели делать листовое стекло. Однако для этого были свои весьма основательные технические затруднения.

Оконное стекло

Впервые оконное стекло, хотя и весьма несовершенное, появилось на рубеже старой и новой эры летоисчисления у римлян. Однако после падения Римской империи секреты его производства были утеряны и в начальный период средневековья в Европе оконного стекла не знали. Естественно возникает вопрос, а что же было в окнах? Часто окна закрывались сплошными деревянными ставнями. В теплые дни они открывались, впуская дневной свет внутрь помещения. В иное время окна закрывались и помещение освещали свечами. В России свечи, которые были дороги, часто заменялись горящей лучиной.

В некоторых дворцах, парадных зданиях и культовых сооружениях в Европе в мелкие ячейки в оконных проемах вставляли пластинки слюды, которые ценились очень дорого. В домах простых людей для этой цели использовались бычий пузырь и промасленная бумага или ткань. В середине XVI в. даже во дворцах французских королей окна закрывались промасленным полотном или бумагой. Лишь в середине XVII в. при Людовике XIV в окнах его дворца появилось стекло в виде маленьких квадратиков, вставленных в свинцовый переплет. Листовое стекло большой площади долго не умели получать. Поэтому даже в XVIII в. застекленные окна имели мелкий переплет. Обратите внимание на реставрированные здания петровской эпохи, например на Меньшиковский дворец в Санкт-Петербурге. Однако вернемся к истокам производства оконного стекла.

Как уже было сказано, римляне научились изготовлять оконное стекло в конце старой эры. Они делали это путем отливки и раскатывания жидкого стекла в форму в виде противня, который изготавливался из глины. Отливки извлекались из формы еще в горячем виде, пока стекло сохраняло пластичность. Таким способом получали оконное стекло толщиной около 10 мм и площадью до 0,5 м2. Поскольку прилегающая к форме сторона листа оказывалась шероховатой, то стекло не было прозрачным.

Такое стекло находили при раскопках в западноевропейских колониях Рима, а также на Востоке вплоть до Черноморского побережья. Как уже было отмечено, после распада Римской империи это ремесло пришло в упадок и способ производства был забыт и никогда не возобновлялся. Новый способ производства оконного стекла был разработан несколько столетий спустя, т. е. в средние века. Этот способ принципиально отличался от древнеримского, так как получался не отливкой, а выдуванием. Вначале выдували шар, который раскатыванием на плитке и размахиванием в воздухе превращался в подобие большой ампулы. После отрезания верхней и нижней части получался цилиндр. Последний разрезался вдоль твердым минералом и на раскаленной глиняной плите разглаживался в лист деревянной гладилкой. Стекло получалось довольно тонким, хотя и небольшого размера. Сторона, прилегавшая к плите при разглаживании, также получалась шероховатой, а значит, стекло опять же было непрозрачным.

На территории древнеславянского государства археологи многократно находили фрагменты стеклянных кругов диаметром 200…250 мм с хорошо заделанными кромками. Ученые сходятся во мнении, что эти стеклянные круги служили для остекления окон крупных общественных зданий, например храма Киевской Софии и других церквей домонгольской Руси. Считают, что способ их производства сводился к следующему. В форме выдувался сосуд, похожий на конусообразный графин. Дно этого «графина» обрезалось и кромка завертывалась.

В конце средневекового периода в Европе начали широко применять «лунный» способ изготовления листового стекла. В его основу также был положен метод выдувания. При этом способе вначале выдувался шар, затем он сплющивался, к его дну припаивалась ось, а около выдувательной трубки заготовка обрезалась. В результате получалось подобие вазы с припаянной ножкой-осью. Раскаленная «ваза» вращалась с большой скоростью вокруг оси и под действием центробежной силы превращалась в плоский диск. Толщина такого диска была 2…3 мм, а диаметр доходил до 1,5 м. Далее диск отделялся от оси и отжигался. Такое стекло было гладким и прозрачным. Характерная его особенность – наличие в центре диска утолщения, которое специалисты называют «пупком». Лунный способ производства сделал листовое стекло доступным для населения. Однако на смену ему уже в начале XVIII в. пришел другой более совершенный «халявный» способ, который использовался во всем мире почти в течение двух столетий. По существу, это было усовершенствование средневекового способа выдувания, в результате которого получался цилиндр. «Халявой» называли формируемую массу стекла на конце выдувной трубки. Она доходила до 15…20 кг и из нее в итоге получались листы стекла площадью до 2…2,5 м2.

Этот способ позволил получать оконное стекло хорошего качества и относительно недорогое для широких слоев населения. Таким образом, проблема светлого и теплого жилища была разрешена лишь в XVIII в. Это было достигнуто трудом многих поколений стеклоделов в течение двух тысячелетий.

Однако «халявный» способ трудно поддавался механизации, а потребности в оконном стекле росли быстрыми темпами. Поэтому поиски новых способов продолжались и в результате в начале XX в. был внедрен в промышленность механизированный процесс. В основе его лежало наблюдение американца Кларка, сделанное в первой половине XIX в. Оно состояло в том, что если на поверхность жидкого стекла положить железный стержень («приманку»), а затем поднимать его, то стеклянная масса приварится (приклеится) к стержню и потянется за ним в виде полотна. При остывании на воздухе получается стеклянный лист. Однако он получался не с параллельными кромками, а в виде клиновидного полотнища. Следующим шагом на пути разработки механизированного способа было изобретение бельгийца Фурко. Он предложил положить на поверхность расплавленной массы керамический брус («лодочку») с продольной щелью. Керамика легче расплавленной стеклянной массы и потому лодочка плавает на поверхности. Если нажать на лодочку, то расплавленная масса выдавливается из щели. На нее опускают «приманку» и тянут вверх. Если скорость подъема приманки будет равна скорости выдавливания стекломассы, то получится правильное полотнище с параллельными кромками. Дальнейшее завершение решения проблемы носит чисто технический и конструкторский характер – устанавливаются подъемные валики, холодильник и другие приспособления. Толщина листа зависит от скорости подъема и скорости охлаждения листа.

В настоящее время оконное стекло производят по данному способу. Имеется и несколько другой вариант технологического оформления процесса производства листового стекла, который используют в США. В нем вместо лодочки с каждого борта полотна располагается пара роликов, между которыми и проходит полотно. Ролики препятствуют сужению полотна и потому отпадает необходимость в лодочке.

В современном строительстве для остекления общественных зданий, гостиниц и витрин магазинов, а также для авто- и вагоностроения, широко используют стекло толщиной 6…8 мм и даже до нескольких сантиметров. Такое стекло называют зеркальным. Оно изготавливается методом проката с последующей шлифовкой и полировкой. Когда говорят о здании, построенном из стекла и бетона, то имеют в виду именно такое зеркальное стекло.

Из сказанного видно, какими усилиями далось человеку прозрачное стекло. Однако в некоторых деталях промышленного и бытового интерьера необходимо, чтобы стекло, наоборот, было непрозрачным, но пропускало свет. Стекло для таких целей подвергают пескоструйной обработке или грубой шлифовке. В настоящее время с этой же целью изготавливают узорчатое листовое стекло, т.е. имеющее какой-либо рисунок. Его получают прокатом на столах или между вальцами, на которые нанесен рисунок.

Мелкие стеклянные изделия делают матовыми обработкой фтороводородной (плавиковой) кислотой. Последняя взаимодействует с диоксидом кремния, находящимся на поверхности, с образованием летучего тетрафторида кремния SiF4 в соответствии с уравнением

SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2О

Вряд ли современный человек может оценить тот комфорт и удобство, которое дает ему прозрачное листовое стекло. Человек рождается в светлом и теплом помещении и принимает это как должное.

Фотохромные стекла

Фотохромные стекла изменяют окраску под действием излучения. В настоящее время получили распространение очки со стеклами, которые при освещении темнеют, а в отсутствие интенсивного освещения вновь становятся бесцветными. Такие стекла применяют для защиты от солнца сильно остекленных зданий и для поддержания постоянной освещенности помещений, а также на транспорте. Фотохромные стекла содержат оксид бора B2O3, а светочувствительным компонентом является хлорид серебра AgCl в присутствии оксида меди (I) Cu2O. При освещении происходит процесс

AgCl – [hν (свет)] → Ag0 + Cl0

Выделение атомарного серебра приводит к потемнению стекла. В темноте реакция протекает в обратном направлении. Оксид меди (I) играет роль своеобразного катализатора.

При интенсивном облучении стекла (в том числе и лабораторного) γ-лучами нейтронами и в меньшей мере α-, и β-лучами также происходит окрашивание стекла (чаще в темные и черные цвета). Это связано с изменением структуры стекла и образования ионов, которые играют роль «цветовых центров». При нагревании стекла до температур, близких к температуре размягчения, окраска исчезает. Иногда подобные стекла используют в качестве дозиметров больших доз излучений.

Витраж

Витраж – это декоративная орнаментальная или тематическая композиция, изготовленная из кусков разноцветного стекла, заполняющая оконный проем. Витраж широко использовался для архитектурного оформления готических храмов. Позже в виде витражей начали выполняться гербы городов в городских ратушах и других зданиях общественного назначения. В подражание этому дворянские дома в виде витражей стали оформлять семейные гербы.

Искусство витража получило развитие в эпоху средневековья и достигло наибольшего расцвета в эпоху Возрождения. Слово витраж происходит от франц. vitre – оконное стекло. Кроме разноцветного стекла использовались стекла, расписанные красками. В качестве последних широко применяли тонкорастертые смеси оксидов металлов (меди, железа и др.) с легкоплавким стеклом. Смеси замешивались на воде, вине или растительном масле и в виде кашицы наносились на стекло. После высыхания расписанное стекло подвергалось обжигу при умеренной температуре. По описанию монаха Теофила в XII в. витражи изготавливались следующим образом. Заранее нарезанные и хорошо подогнанные друг к другу куски цветного стекла обертывались по краям полосками свинца. Обернутые куски раскладывались на столе и плотно подгонялись один к другому, а затем свинцовые перемычки спаивались припоем из сплава олова и свинца. Спаивание проводилось с обеих сторон.

В настоящее время искусство витража начинает возрождаться. Особенно ярко проявляется это в Прибалтике.

Хрусталь, хрустальное стекло

Хрусталь, хрустальное стекло – это силикатное стекло, содержащее различное количество оксида свинца. Часто на маркировке изделия указывается содержание свинца. Чем больше его количество, тем выше качество хрусталя. Хрусталь характеризуется высокой прозрачностью, хорошим блеском и большой плотностью. Изделия из хрусталя в руке чувствуются по массе.

Строго хрусталем называют свинцово-калиевое стекло. Хрустальное стекло, в котором часть K2О заменена на Na2O, а часть PbO заменена на CaO, MgO, BaO или ZnO, называют полухрусталем.

Считают, что хрусталь был открыт в Англии в XVII столетии.

Кварцевое стекло

Его получают плавлением чистого кварцевого песка или горного хрусталя, имеющих состав SiO2. Для изготовления кварцевого стекла требуется очень высокая температура (выше 1700°C).

Расплавленный кварц обладает высокой вязкостью и из него трудно удаляются пузырьки воздуха. Поэтому кварцевое стекло часто легко узнается по заключенным в нем пузырькам. Важнейшим свойством кварцевого стекла является способность выдерживать любые температурные скачки. Например, кварцевые трубы диаметром 10…30 мм выдерживают многократное нагревание до 800…900°C и охлаждение в воде. Брусья из кварцевого стекла, охлаждаемые с одной стороны, сохраняют на противоположной стороне температуру 1500°C и потому используются в качестве огнеупоров. Тонкостенные изделия из кварцевого стекла выдерживают резкое охлаждение на воздухе от температуры выше 1300°C и потому с успехом используются для высокоинтенсивных источников света. Кварцевое стекло из всех стекол наиболее прозрачно для ультрафиолетовых лучей. На этой прозрачности отрицательно сказываются примеси оксидов металлов и особенно железа. Поэтому для производства кварцевого стекла, идущего на изделия для работы с ультрафиолетовым излучением, предъявляются особо жесткие требования к чистоте сырья. В особо ответственных случаях кремнезем очищается переводом в тетрафторид кремния SiF4 (действием плавиковой кислоты) с последующим разложением водой на диоксид кремния SiO2 и фтороводород HF.

Кварцевое стекло прозрачно и в инфракрасной области.

Ситаллы

Ситаллы – стеклокристаллические материалы, получаемые регулируемой кристаллизацией стекла. Стекло, как известно, – это твердый аморфный материал. Его самопроизвольная кристаллизация в прошлом приносила убытки на производстве. Обычно стекломасса довольно стабильна и не кристаллизуется. Однако при повторном нагревании изделия из стекла до определенной температуры стабильность стекломассы снижается и она переходит в тонкозернистый кристаллический материал. Технологи научились проводить процесс кристаллизации стекла, исключая его растрескивание.

При производстве изделий из стеклокристаллических материалов сначала формуют стеклянные изделия, которые повторным нагреванием подвергают направленной кристаллизации.

Ситаллы обладают высокой механической прочностью и термостойкостью, водоустойчивы и газонепроницаемы, характеризуются низким коэффициентом расширения, высокой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями. Они применяются для изготовления трубопроводов, химических реакторов, деталей насосов, фильер для формования синтетических волокон, в качестве футеровки электролизных ванн и материала для инфракрасной оптики, в электротехнической и электронной промышленности.

Прочность, легкость и огнестойкость обусловили применение ситаллов в жилищном и промышленном строительстве. Из них изготавливают навесные самонесущие панели наружных стен зданий, перегородки, плиты и блоки для внутренней облицовки стен, мощения дорог и тротуаров, оконные коробки, ограждения балконов, лестничные марши, волнистую кровлю, санитарно-техническое оборудование. В быту с ситаллами чаще встречаются в виде белой непрозрачной жаростойкой кухонной посуды. Установлено, что ситаллы выдерживают около 600 резких тепловых смен. Изделия из ситаллов не царапаются и не прогорают. Их можно снять с плиты в раскаленном до красна состоянии и опустить в ледяную воду, извлечь из холодильника и поставить на открытое пламя, не опасаясь растрескивания или разрушения.

Ситаллы – один из видов стеклокристаллических материалов, которые ведут свою историю всего лишь с 50-х годов текущего столетия, когда был выдан на них первый патент.

«Безопасные» стекла

Вероятно, каждому городскому жителю довелось видеть на автотранспорте разбитое лобовое стекло. Первым из «безопасных» стекол, примененных для остекления автомобилей, был триплекс. Он и в настоящее время несет свою службу. При ударе на триплексе образуются многочисленные радиальные и концентрические трещины, но не осколки. Это резко снижает возможность ранения осколками стекла пассажиров. Триплекс состоит из пакета, образованного из двух или более листов обыкновенного стекла, между которыми проложена прозрачная пластичная пленка, прочно соединенная со стеклом склеивающим составом. Благодаря прочной склейке образующиеся при ударе осколки удерживаются на прокладке. Наиболее широко распространенным является трехслойный триплекс. В качестве органической прокладки в нем используют целлулоид. Его изготовление включает следующие операции: стекла покрываются с одной стороны раствором желатина в воде и высушиваются, целлулоидная прокладка обрабатывается с двух сторон дигликолево-спиртовым составом, собранный пакет помещается в вакуум, а затем подогревается до 100°C и прессуется в автоклаве при давлении около 15 атм. Заключительной операцией после обточки абразивными кругами является шпаклевка кромок триплекса смолистыми составами, предотвращающая действие воды на желатин и расслаивание изделия.

В промышленном строительстве широко применяют «армированное» стекло, внутрь которого введена металлическая сетка. Это стекло также может быть отнесено к безопасным, так как при ударе его осколки не рассыпаются, а удерживаются сеткой. «Армированные» стекла обладают противопожарными свойствами, поскольку задерживают развитие пламени в помещениях. Это происходит потому, что от пламени такие стекла не высыпаются из рамы, а лишь растрескиваются. В результате они препятствуют образованию сквозняков, раздувающих огонь.

Пеностекло

Пеностекло – пористый материал, представляющий собой стеклянную массу, пронизанную многочисленными пустотами. Оно обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, небольшой плотностью (примерно в 10 раз легче кирпича) и высокой прочностью, сравнимой с бетоном. Пеностекло не тонет в воде и потому используется для изготовления понтонных мостов и спасательных принадлежностей. Однако его главная область применения – строительство. Пеностекло является исключительно эффективным материалом для заполнения внутренних и наружных стен зданий. Оно легко поддается механической обработке: пилением, резанием, сверлением и обтачиванию на токарном станке.

Для изготовления пеностекла используют стеклянный бой и различные отходы стекольного производства. К ним добавляют пенообразователи, которые образуют газы при высокой температуре: кокс, мел и др. Стеклянный бой и пенообразователи подвергаются тонкому измельчению и хорошо перемешиваются. Смесь помещается в железные формы и нагревается в печи до 700…800°C, при которых пылинки стекла спекаются и образуют полости. При дальнейшем повышении температуры пенообразователи приводят к образованию газов, растягивающих стеклянные полости (процесс вспенивания). Затем следует довольно резкое охлаждение, в результате чего вязкость стекольной массы повышается, пена становится устойчивой и при дальнейшем охлаждении окончательно закрепляется.

Стеклянная вата и волокно

При нагревании стекло размягчается и легко вытягивается в тонкие и длинные нити. Тонкие стеклянные нити не имеют и признаков хрупкости. Их характерным свойством является чрезвычайно высокое удельное сопротивление разрыву. Нить диаметром 3…5 мкм имеет сопротивление на разрыв 200…400 кг/мм2, т.е. приближается по этой характеристике к мягкой стали. Из нитей изготавливают стекловату, стекловолокно и стеклоткани. Не трудно догадаться об областях использования этих материалов. Стекловата обладает прекрасными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Ткани, изготовленные из стеклянного волокна, обладают чрезвычайно высокой химической стойкостью. Поэтому их применяют в химической промышленности в качестве фильтров кислот, щелочей и химически активных газов. Вследствие хорошей огнестойкости стеклоткани применяют для пошива одежды пожарных и электросварщиков, театральных занавесей, драпировок, ковров и т.п. Стеклоткани кроме огнестойкости и химической стойкости обладают также высокими электроизоляционными свойствами.

Переработка в стекловату осуществляется продавливанием стекломассы через термостойкую пластину с многочисленными отверстиями («фильерами»). Вытекающие через фильеры нити захватываются вращающимся барабаном, наматываются на него и растягиваются. Растяжение нити (утоньшение) зависит от скорости вращения барабана. Роль барабана иногда играет вращающийся диск, на который падает нить.

Существует и принципиально иной способ вытягивания нитей: на вытекающие из фильер нити направляется струя пара или сжатого воздуха. Стеклянные нити растягиваются и в спутанном состоянии образуют войлок.

Стеклопластики и стеклотекстолиты

Первыми называют материалы, получаемые путем горячего прессования стекловолокна, перемешанного с синтетическими смолами. В качестве смол чаще всего используют полиэфирные, фенольные, эпоксидные и карбамидные. В стеклопластиках стекловолокно играет роль армирующего материала, придающего изделиям высокую механическую прочность при малой плотности. Они успешно конкурируют с алюминием и сталью.

В строительстве стеклопластики (волнистые и плоские) применяют для покрытия крыш и для устройства внутренних перегородок. В судостроительной промышленности из них делают корпуса лодок и катеров, в электротехнической их применяют для изготовления аккумуляторных батарей, а в угольной – для труб и призабойных стоек. В некоторых странах из них изготавливают кузова автомобилей, не подвергающиеся коррозии. Стеклопластики на основе стеклянных тканей называют стеклотекстолитами. Их получают пропиткой теми же смолами стеклотканей. Затем заготовки сушат, разрезают на куски определенного формата, собирают в пакеты и прессуют под давлением.

Стеклопластики изготавливают также на основе нетканых стекломатериалов. По сравнению со стеклотекстолитами последние имеют меньшую прочность на разрыв. Эти материалы идут на изготовление облицовочных изделий, жесткой кровли, стеклошифера, стекло-черепицы, оконных проемов.

Посуда из стекла

Качество посуды зависит от состава стекла, способа ее выработки и характера декоративной обработки. Самым дешевым стеклом является кальциево-натриевое. Для посуды улучшенного качества используют кальциево-натриево-калиевое стекло, а для посуды высших сортов – кальциево-калиевое. Самые лучшие сорта посуды изготавливают из хрусталя.

Посудные изделия вырабатывают выдуванием или прессованием. Выдувание, в свою очередь, бывает машинным и ручным. Способ выработки, естественно, отражается на качестве посуды. Сложные по форме и художественные изделия изготавливают только ручным способом. Прессованные изделия легко отличаются от выдутых характерными мелкими неровностями на поверхности, в том числе и на внутренней. На выдутых изделиях они отсутствуют.

Декоративная обработка посуды подразделяется на матирование, гравирование, травление и шлифовку.

Матирование заключается в нанесении матового рисунка при сохранении блестящего фона и реже, наоборот, создании матового фона, а рисунок создается блестящими частями изделия. Для матирования поверхности используют пескоструйные аппараты, в которых создается струя сухого песка. Песчинки оставляют на поверхности мелкие сколы и царапины, которые и придают ей матовый вид, превращая блестящую поверхность изделия в непрозрачную. Для защиты части поверхности от струи песка используют шаблоны, которые накладывают на поверхность изделия. Их изготавливают из резиновых или цинковых листов.

Гравирование изделий проводят при помощи медных вращающихся дисков диаметром 2…10 мм, на которые подается масло с наждачным порошком. Простые рисунки наносят на стеклоизделия при помощи машин посредством пульсирующего нажимания на поверхность специальными иглами. Такие машины по заданной программе могут обрабатывать одновременно четыре-шесть и более изделий.

Травление изделий проводят фтороводородной кислотой. Они предварительно покрываются предохранительным слоем мастики, состоящей из смеси стойких к фтороводородной кислоте веществ (воск, парафин, битум, канифоль). По слою мастики с помощью металлической иглы прорезается рисунок, обнажающий поверхность стекла, подлежащего травлению. Далее изделие помещают на 20…30 мин в травильную ванну, заполненную фтороводородной кислотой или ее смесью с небольшим количеством серной кислоты. В зависимости от концентрации травильного раствора рисунок может быть блестящим или матовым. При использовании газообразного фтороводорода рисунок всегда получается матовым.

После завершения процесса травления изделия промывают водой, а затем для снятия защитной мастики нагревают паром или помещают в ванну с горячей водой.

Декоративная шлифовка основана на удалении части стекла с поверхности изделия. Она бывает поверхностная (валовая) и глубокая (алмазное гранение).

При валовой шлифовке создают на поверхности изделия срезы в виде кружков и овалов, а также нарезают на округлой поверхности плоские грани (обычно не по всей высоте, а на некоторой ее части). Их нарезают при помощи вертикальных кругов из естественных камней или из искусственных наждачных корундовых материалов. Вышлифованное место получается матовым и для восстановления прозрачности на нем проводится полировка на пробковых, деревянных (тополевых) или войлочных кругах.

Алмазному гранению подвергается главным образом хрустальная посуда. Это гранение заключается в прорезании глубоких клинообразных канавок, которые создают пучки лучей, звездочек и других фигур.

Глубокое гранение проводят на корундовых кругах. Круги с алмазной крошкой позволяют резко увеличить скорость резания. Однако у специалистов и ценителей хрусталя изделия, обработанные алмазным инструментом, ценятся ниже, чем обработанные корундовым. Часто для удешевления обработки изделия прессуют, а затем по углублениям проходят резцом. Естественно, такое изделие ценится гораздо ниже.

После алмазного гранения изделие подвергают шлифовке. Однако иногда канавки алмазной грани оставляют матовыми. Вкусы покупателей различны и стеклоделы должны учитывать это.

Благодаря алмазному гранению изделия приобретают особый блеск и дают игру света, особенно при искусственном освещении. Глубокой шлифовке можно подвергать изделия достаточной толщины. Поскольку хрустальное стекло характеризуется большой вязкостью и быстро охлаждается, выдуваемые из него изделия чаще всего имеют толстые стенки. Такие изделия хорошо поддаются алмазному гранению.

Алмазное гранение и поверхностная шлифовка особенно эффективны на изделиях из многослойного цветного стекла. Срезы обнажают нижележащие слои и в результате получается узор различной окраски.

 

 


Керамика

• Оглавление

Дата публикации:

28 декабря 2002 года

Стеклянный Альянс Европа

Стекло — это твердый и прозрачный материал, который используется во многих сферах нашей повседневной жизни. Стекло изготавливается из натурального и обильного сырья (песок, кальцинированная сода и известняк), которые плавятся при очень высокой температуре с образованием нового материала: стекла. При высоких температурах стекло структурно похоже на жидкости, однако при температуре окружающей среды ведет себя как твердое тело.В результате стекло можно заливать, выдувать, прессовать и формовать в различные формы.

Производство стекла имеет давнюю традицию, уходящую корнями в 3500 г. до н.э., когда считается, что стекло было впервые искусственно произведено в Египте и Месопотамии для использования в качестве украшений, а затем и в качестве сосудов. С тех пор процессы постоянно эволюционировали от ручного производства к сегодняшним высокотехнологичным производственным процессам, а количество видов и областей применения стекла увеличилось.

Стекло как никакое другое вещество сформировало европейское культурное наследие, регионы, отрасли, условия жизни, внедрение технологий и т. Д. Просто представьте себе шедевры из стекла, такие как чешский хрусталь, остров Мурано в Италии, галерею Миррос Версальского дворца или витражи в соборах.

Стекло

сегодня окружает нас повсюду и продолжает предлагать передовые решения, как само по себе, так и в сочетании с другими материалами для высокотехнологичных приложений; тенденция, которая, скорее всего, сохранится в будущем.

Стекловарение

Стекольная промышленность характеризуется множеством производственных процессов в зависимости от производимого конечного продукта и его конечного применения. Однако все эти производственные процессы имеют общее происхождение: стекло сначала нужно расплавить!

Для плавления стекла требуется сырье двух видов: песок разных видов и переработанное стекло. Это сырье смешивается, загружается в печь, где плавится при температуре около 1500 ° C с образованием расплавленного стекла.Затем расплавленное стекло вынимается из печи для придания ему формы и последующего охлаждения. Для многих применений полученное стекло может быть дополнительно обработано для получения определенных свойств, таких как повышенная механическая прочность и повышенная устойчивость к разрушению.

Точный состав стекла может варьироваться в зависимости от требований конкретного применения, но наиболее часто используемый тип стекла, известково-натриевое стекло, состоит из кварцевого песка, кальцинированной соды, известняка, доломита и стеклобоя (переработанное стекло).В смесь можно добавить дополнительные материалы, такие как оксид железа или кобальт, для придания стеклу зеленого или синего цвета.

Что такое стекло? | Как делают стекло?

Что такое стекло? | Как делают стекло? — Объясни это

Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 19 января 2021 г.

Теперь вы это видите, а теперь нет. Стекло
немного загадки. Достаточно сложно защитить нас, но оно разбивается
невероятная легкость. Он сделан из непрозрачного песка, но полностью
прозрачный. И, что, пожалуй, самое удивительное, он ведет себя как
твердый материал … но это также замаскированная странная жидкость!
Вы можете найти стекло, куда бы вы ни посмотрели: большинство комнат в вашем доме будут
иметь стеклянное окно и, если не это, возможно, стеклянное зеркало … или
стеклянная лампочка. Стекло — одно из старейших и самых
универсальные материалы, созданные человеком.Давайте узнаем об этом больше.

Фото: Стеклянная загадка: Как нечто прозрачное для света кажется цветным? Цвета в этом стакане на самом деле нет! Стеклянные линзы преломляют (изгибают) световые лучи с разной длиной волны на разную величину, вызывая появление спектральных цветов. Это крупный план линзы Френеля с маяка.

Что такое стекло?

На фото: Витражи изготавливаются путем добавления солей металлов, таких как железо, марганец,
хром и олово в состав расплавленного стекла, чтобы придать ему разнообразные привлекательные цвета.Этот витраж, разработанный художником.
Эдвард Бёрн-Джонс в соборе Святого Филиппа в Бирмингеме, Англия.

Вы не поверите, но стекло изготавливается из жидкого песка. Ты можешь
сделать стекло путем нагревания обычного песка (который в основном состоит из кремния
диоксид), пока он не расплавится и не превратится в жидкость. Вы не найдете этого
происходит на вашем местном пляже: песок тает на невероятно высокой
температура 1700 ° C (3090 ° F).

Когда расплавленный песок остывает, он не превращается обратно в
песчаный желтый материал, с которого вы начали: он проходит полный
трансформация и приобретает совершенно иную внутреннюю структуру.Но это
как бы сильно вы ни охлаждали песок, он никогда не перестанет
твердый. Вместо этого он становится своего рода замороженной жидкостью или какими-то материалами.
ученые называют это аморфным твердым телом.
Это как крест
между твердым телом и жидкостью с некоторым кристаллическим порядком
твердое тело и некоторая молекулярная хаотичность жидкости.

Стекло — такой популярный материал в наших домах.
потому что он обладает множеством действительно полезных свойств. Кроме
будучи прозрачным, его изготовить недорого, легко придать форму, когда он
расплавленный, достаточно устойчивый к нагреванию в застывшем состоянии, химически инертный
(чтобы стеклянная банка не вступала в реакцию с предметами, которые вы в нее кладете), и
его можно перерабатывать любое количество раз.

Как делают стекло?

Художественное произведение: Производство стекла упрощено: смешать и нагреть песок и переработанное стекло с карбонатом кальция и
карбонат натрия.

Когда американские ученые испытали прототип
атомная бомба в пустыне Нью-Мексико в 1945 году, взрыв превратился в
песок в непосредственной близости от удара в стекло. К счастью,
есть более простые и менее экстремальные способы изготовления стекла, но все
им нужно огромное количество тепла.

На стекольном заводе, песок
смешивается с отработанным стеклом (из сборников вторсырья), кальцинированной содой
(карбонат натрия) и известняк (карбонат кальция) и нагревают в
печь.Сода снижает температуру плавления песка, что помогает
экономия энергии при изготовлении, но имеет досадный недостаток:
из него получается стекло, которое растворяется в воде! В
известняк добавлен, чтобы предотвратить это. Конечный продукт называется натриево-кальциево-силикатным стеклом. Это обычное стекло, которое мы
можно видеть все вокруг
нас.

Фото: боросиликатное стекло, такое как этот кувшин из PYREX® (задняя часть), выдерживает резкие перепады температур, в отличие от обычного стекла (переднее), которое разбивается.Обычная стеклянная банка спереди немного тоньше и значительно легче. Вы также можете увидеть,
очень ясно, что боросиликатное стекло имеет слегка голубоватый цвет (как и оксид бора, из которого оно сделано).

После того, как песок растоплен, его либо высыпают в
формы для изготовления бутылок, стаканов и других емкостей, или «плавающие»
(выливается в большую ванну с расплавленным металлическим оловом), чтобы получился идеально ровный
листы стекла для окон. До сих пор иногда изготавливают необычную стеклянную тару
«взорвав» их.Заворачивается «комок» расплавленного стекла.
вокруг открытой трубы, которая медленно вращается. Воздух продувается
открытый конец трубы, в результате чего стекло взорвалось, как воздушный шар.
С умелым выдуванием и точением можно получить самые разные удивительные формы.
сделал.

Производители стекла используют несколько иной процесс
в зависимости от типа стекла, которое они хотят сделать. Обычно другие
химикаты добавляются для изменения внешнего вида или свойств
готовое стекло. Например, химические вещества на основе железа и хрома
добавлен в расплавленный песок, чтобы стекло стало зеленоватым.Боросиликатное стекло, пригодное для использования в духовке (широко продается под
товарный знак PYREX®) является
производится путем добавления оксида бора к расплавленной смеси. Добавление оксида свинца
делает прекрасное хрустальное стекло, которое легче разрезать; высоко ценится
ограненный свинцовый кристалл сверкает цветом, преломляя (изгибая) свет
проходя через это. Некоторые специальные виды стекла производятся
разный производственный процесс. Пуленепробиваемый
стекло изготавливается из многослойного или ламината, состоящего из нескольких слоев стекла и пластика.
все вместе. Закаленное стекло, используемое в лобовых стеклах автомобилей, производится путем охлаждения расплавленного металла.
стекло очень быстро, чтобы сделать его намного тверже.Витражное (цветное) стекло изготавливается путем добавления металлических соединений в стекло, пока оно расплавлено; разные
металлы придают отдельным сегментам стекла разные цвета.

Стекло — твердое тело … или жидкость?

Изображение: Вверху: В обычном кристаллическом твердом теле атомы расположены в
аккуратный и предсказуемый способ. Внизу: в аморфном твердом теле, таком как стекло, расположение гораздо более случайное.

Это очень интересный вопрос.

Ответ — и то, и другое — и ни то, ни другое! Существуют самые разные мнения
о том, как относиться к таким материалам, как стекло, которые кажутся немного похожими на
жидкости в некоторых отношениях и немного похожи на твердые тела в других.

В школах и из книг мы часто узнаем, что все твердые тела имеют
фиксированная структура атомов.

На самом деле, существуют разные виды твердых тел, которые имеют очень
различные структуры, и не все, что мы называем «твердым», ведет себя
точно так же. Подумайте о куске железа
и кусок резины. Совершенно очевидно, что они
оба твердые тела, и все же резина сильно отличается от железа.
Внутри каучука и железа есть свои атомы (в
в случае железа) и молекул (в случае резины), расположенных в
совершенно разными способами.Железо имеет правильную или кристаллическую структуру.
(как карабин с атомами по углам), а резина — это полимер (состоящий из длинных цепочек молекул
слабо связаны между собой). Или подумайте о воде.
Как вы, возможно, обнаружили, вода — почти уникальное твердое вещество, потому что она
расширяется, чтобы начать с того, что он зависает. Короче не все подходит
аккуратно в наши представления о твердом, жидком и газовом, а не обо всех твердых телах,
жидкости и газы ведут себя красиво, аккуратно и легко объяснимо. В
исключения — это то, что делает науку действительно интересной!

Аморфные твердые вещества

Вернемся к стеклу.Вглядываться в микроскоп
внутри стекла, и вы найдете молекулы, из которых он сделан
расположены в неправильном порядке. Вот почему стекло иногда
называется аморфным твердым телом (твердое тело без регулярного
кристаллическая структура, что-то вроде металла). Вы можете
также см. стекло, описанное как «замороженная переохлажденная жидкость». Это
еще один способ сказать «стекло — это жидкость, которая никогда не застывает».
озадачивающее утверждение, которое иногда можно встретить в научных книгах. Мы могли бы
скажем, стекло немного похоже на жидкость и немного похоже на твердое тело.Имеет
внутренняя структура, которая находится где-то между структурой жидкости
и твердое тело, с некоторым порядком твердого тела и некоторые из
хаотичность жидкости.

Стекло — далеко не единственное твердое аморфное вещество. Можно сделать
тип воды, называемый аморфным льдом, который можно описать как
между твердым веществом (вода) и жидкостью (лед). Вы делаете это с помощью охлаждающей воды
очень быстро. Лед образуется так быстро, что не успевает собраться
до его нормальной кристаллической структуры. Итак, что вы получаете, похоже на лед
но в некотором роде ведет себя как жидкая вода.Другие вещества могут быть
превращены в аморфные твердые тела. Солнечные элементы часто делают из
так называемый аморфный кремний.

Фото: солнечная панель из аморфного кремния.
Фото Денниса Шредера любезно предоставлено
NREL (Министерство энергетики США / Национальные возобновляемые источники энергии)
Энергетическая лаборатория) (фото № 22143).

Рекламные ссылки

Для чего мы используем стекло?

Фото: Стекло можно использовать для вторичной переработки других материалов.
материалы. Урановое стекло имеет необычный желто-зеленый цвет и светится
ультрафиолетовый свет.Эти кусочки стекла были изготовлены из урана, оставшегося после очистки
завод Fernald по переработке урана недалеко от Цинциннати, Огайо, США.
Стеклование (превращение материала в стекло) — один из способов избавиться от
безопасность ядерных отходов.
Изображение предоставлено Министерством энергетики США.

Glass начинает ваш день с блеска: взгляд на часы, взгляд сквозь глазурь
на солнце или дождь, хмурый взгляд в зеркало, песня из
душ, пока вы умываетесь теплой водой, стекающей с
солнечные панели
на крыше.Стаканы упаковывают стол для завтрака, который сам по себе может
быть сделанным из дымчатого стекла, и есть бутылки и банки со всем
формы и цвета. Готовя завтрак на кухне, вы могли бы
используя стеклокерамическую варочную панель или
микроволновая печь с металлической подкладкой
окно, чтобы волны оставались внутри. Может быть, ты смотришь теплые круассаны
через дверцу духовки из пирекса? (А это стеклянный чайник?)

Когда вы проверяете электронную почту во время завтрака (плохая привычка), скорость передачи данных в Интернете сжимается.
в ваш дом через оптические волокна, как потоки солнечного света
через отражающие тепло окна, которые сохранят прохладу.Вы читаете
слова через стеклянную ЖК-панель вашего ноутбука или закаленные
Стекло гориллы вашего смартфона, оба заряжаются солнечной энергией
из фотоэлектрических панелей на крыше. Говорящие головы
бормоча тебе через экран телевизора в углу.

Затем вы отправляетесь на работу или в школу в застекленной машине, автобусе, поезде (возможно, даже
вертолет), согнувшись под лампами с низким энергопотреблением, покрытыми стеклом, чтобы продержаться. Если вы едете, по шоссе вы
грохот может производиться из щебня и асфальта, в том числе
переработанное стекло; даже белые полосы посередине используют крошечное стекло
бусинки, чтобы они сияли в ваших фарах.Может быть, ты заглянешь в
банк или почта по дороге, улыбаясь кассиру позади
ее пуленепробиваемое окно, поскольку вы быстро делаете копию
ваши водительские права (которые вы по неосторожности оставляете на стеклянной пластине
копировального аппарата).

Фото: Стекло приносит вовнутрь! Это прекрасная часовня странников на ранчо Палос-Вердес, Калифорния, спроектированная Ллойдом Райтом (сыном Фрэнка Ллойда Райта). Фотография из коллекции калифорнийских фотографий Джона Б. Лавлейса в журнале Кэрол М.Американский проект Хайсмита, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Если это современное здание, ваш офис или школа может быть миниатюрным стеклянным собором; мы
Считайте стекло хрупким и хрупким, но закаливайте его правильно
из него можно делать стены, полы, крыши и лестницы; магазины
демонстрируют свои изделия через огромные ламинированные панели, отполированные до
совершенство.

И это лишь малая часть того, что делает за нас стекло. Есть
загружает больше мест, где он прячется, от лампочек в
термометры
и металлокерамические пломбы в зубах корпусов лодок из стеклопластика,
«наждачная бумага», которую мы используем для украшения (часто стеклянная бумага), и
даже тензодатчики, которые предупреждают нас, когда здания трескаются.Ясно,
чистый, привлекательный, инертный, дешевый, прочный и эффективный. Какие
вы могли бы хотеть большего? Стекло — один из тех волшебных материалов, которые мы абсолютно не воспринимаем как должное;
везде и нигде — «невидимо прозрачно», так что
мы даже не замечаем, что это есть!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

  • Стеклянный батискаф: Как стекло изменило мир
    Алан Макфарлейн и Джерри Мартин Алан Макфарлейн и Джерри Мартин.Профиль, 2002. Исследует историю стекла с древних времен до наших дней. Я считаю, что это та же книга (в другой упаковке), что и «Стекло: всемирная история» Алана Макфарлейна и Джерри Мартина. University of Chicago Press, 2002.
  • .

  • Введение в стекольную науку и технологию Дж. Э. Шелби. Королевское химическое общество, 2005. Текст для студентов, посвященный химическим и материаловедческим аспектам стекла. Охватывает различные типы стекла и их механические, оптические и другие свойства.
  • Стекло: механика и технология Эрика Ле Бурхиса. Wiley-VCH, 2014. Охватывает историю, структуру, свойства и применение стекла.
  • Наука о стекле Роберта Дормуса. Wiley, 1994. Классическое однотомное руководство по науке об аморфных стеклообразных телах.
  • Атомы под половицами Криса Вудфорда. Bloomsbury, 2015. Если вы ищете более беззаботный подход, то моя недавняя книга исследует чудеса стекла в «Главе 8: Великолепное остекление». Возможно, вы сможете прочитать некоторые из них в Интернете в Google Книгах, перейдя по этой ссылке.

Статьи

  • Ради искусства: риск и награда на 2000 градусов Глории Доусон. The New York Times, 1 сентября 2016 года. Это слайд-шоу проходит за кулисами UrbanGlass, экспериментальной стекольной мастерской в ​​Нью-Йорке.
  • Стекло

  • работает: как компания Corning создала ультратонкий и сверхпрочный материал будущего, Брайан Гардинер, Wired, 24 сентября 2012 г. Истоки замечательного стеклокерамического материала, который в конечном итоге стал стеклом Gorilla Glass для смартфонов.
  • Удар за ударом: GlassLab приходит на Губернаторский остров Джулия Фельсенталь. The New York Times, 3 июля 2012 г. Представляем GlassLab в Музее стекла Корнинг.
  • Willow Glass: ультратонкое стекло, которое можно «обернуть» вокруг устройств. Автор Катя Москвич, BBC News, 5 июня 2012 г. Corning представляет тонкое и гибкое стекло для дисплеев следующего поколения.
  • «Шепчущий из стекла» Андреа Труппен. The New York Times, 27 января 2005 г. Мир Майкла Дэвиса, специалиста по реставрации старинного стекла.

Подкасты

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте эти:

  • Патент США 1 304 623: Стекло Юджина С. Салливана и Уильяма К. Тейлора, Corning, 27 мая 1919 г. Один из оригинальных патентов Corning на пирекс (боросиликатное стекло), в котором описывается его химический состав и физические свойства.
  • Патент США 1304623: Изделие из натрийалюмосиликатного стекла, усиленное поверхностным слоем напряжения сжатия, Дэвид Бойд, Корнинг, 11 декабря 1973 г.Патент Corning на сверхпрочное «стекло Gorilla Glass», которое Apple использовала с таким большим эффектом в своих смартфонах и планшетах.
  • Патент США 20160368777: Водосольватированное стекло / аморфные твердые ионные проводники, Джон Б. Гуденаф и др., 22 декабря 2016 г. Один из самых новаторских химиков 20-го века предлагает совершенно новый тип батарей на основе стекла.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

PYREX® является зарегистрированным товарным знаком Corning Incorporated.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2021) Стекло. Получено с https://www.explainthatstuff.com/glass.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Что такое стекло? | Как делают стекло?

Что такое стекло? | Как делают стекло? — Объясни это

Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 19 января 2021 г.

Теперь вы это видите, а теперь нет. Стекло
немного загадки.Достаточно сложно защитить нас, но оно разбивается
невероятная легкость. Он сделан из непрозрачного песка, но полностью
прозрачный. И, что, пожалуй, самое удивительное, он ведет себя как
твердый материал … но это также замаскированная странная жидкость!
Вы можете найти стекло, куда бы вы ни посмотрели: большинство комнат в вашем доме будут
иметь стеклянное окно и, если не это, возможно, стеклянное зеркало … или
стеклянная лампочка. Стекло — одно из старейших и самых
универсальные материалы, созданные человеком. Давайте узнаем об этом больше.

Фото: Стеклянная загадка: Как нечто прозрачное для света кажется цветным? Цвета в этом стакане на самом деле нет! Стеклянные линзы преломляют (изгибают) световые лучи с разной длиной волны на разную величину, вызывая появление спектральных цветов. Это крупный план линзы Френеля с маяка.

Что такое стекло?

На фото: Витражи изготавливаются путем добавления солей металлов, таких как железо, марганец,
хром и олово в состав расплавленного стекла, чтобы придать ему разнообразные привлекательные цвета.Этот витраж, разработанный художником.
Эдвард Бёрн-Джонс в соборе Святого Филиппа в Бирмингеме, Англия.

Вы не поверите, но стекло изготавливается из жидкого песка. Ты можешь
сделать стекло путем нагревания обычного песка (который в основном состоит из кремния
диоксид), пока он не расплавится и не превратится в жидкость. Вы не найдете этого
происходит на вашем местном пляже: песок тает на невероятно высокой
температура 1700 ° C (3090 ° F).

Когда расплавленный песок остывает, он не превращается обратно в
песчаный желтый материал, с которого вы начали: он проходит полный
трансформация и приобретает совершенно иную внутреннюю структуру.Но это
как бы сильно вы ни охлаждали песок, он никогда не перестанет
твердый. Вместо этого он становится своего рода замороженной жидкостью или какими-то материалами.
ученые называют это аморфным твердым телом.
Это как крест
между твердым телом и жидкостью с некоторым кристаллическим порядком
твердое тело и некоторая молекулярная хаотичность жидкости.

Стекло — такой популярный материал в наших домах.
потому что он обладает множеством действительно полезных свойств. Кроме
будучи прозрачным, его изготовить недорого, легко придать форму, когда он
расплавленный, достаточно устойчивый к нагреванию в застывшем состоянии, химически инертный
(чтобы стеклянная банка не вступала в реакцию с предметами, которые вы в нее кладете), и
его можно перерабатывать любое количество раз.

Как делают стекло?

Художественное произведение: Производство стекла упрощено: смешать и нагреть песок и переработанное стекло с карбонатом кальция и
карбонат натрия.

Когда американские ученые испытали прототип
атомная бомба в пустыне Нью-Мексико в 1945 году, взрыв превратился в
песок в непосредственной близости от удара в стекло. К счастью,
есть более простые и менее экстремальные способы изготовления стекла, но все
им нужно огромное количество тепла.

На стекольном заводе, песок
смешивается с отработанным стеклом (из сборников вторсырья), кальцинированной содой
(карбонат натрия) и известняк (карбонат кальция) и нагревают в
печь.Сода снижает температуру плавления песка, что помогает
экономия энергии при изготовлении, но имеет досадный недостаток:
из него получается стекло, которое растворяется в воде! В
известняк добавлен, чтобы предотвратить это. Конечный продукт называется натриево-кальциево-силикатным стеклом. Это обычное стекло, которое мы
можно видеть все вокруг
нас.

Фото: боросиликатное стекло, такое как этот кувшин из PYREX® (задняя часть), выдерживает резкие перепады температур, в отличие от обычного стекла (переднее), которое разбивается.Обычная стеклянная банка спереди немного тоньше и значительно легче. Вы также можете увидеть,
очень ясно, что боросиликатное стекло имеет слегка голубоватый цвет (как и оксид бора, из которого оно сделано).

После того, как песок растоплен, его либо высыпают в
формы для изготовления бутылок, стаканов и других емкостей, или «плавающие»
(выливается в большую ванну с расплавленным металлическим оловом), чтобы получился идеально ровный
листы стекла для окон. До сих пор иногда изготавливают необычную стеклянную тару
«взорвав» их.Заворачивается «комок» расплавленного стекла.
вокруг открытой трубы, которая медленно вращается. Воздух продувается
открытый конец трубы, в результате чего стекло взорвалось, как воздушный шар.
С умелым выдуванием и точением можно получить самые разные удивительные формы.
сделал.

Производители стекла используют несколько иной процесс
в зависимости от типа стекла, которое они хотят сделать. Обычно другие
химикаты добавляются для изменения внешнего вида или свойств
готовое стекло. Например, химические вещества на основе железа и хрома
добавлен в расплавленный песок, чтобы стекло стало зеленоватым.Боросиликатное стекло, пригодное для использования в духовке (широко продается под
товарный знак PYREX®) является
производится путем добавления оксида бора к расплавленной смеси. Добавление оксида свинца
делает прекрасное хрустальное стекло, которое легче разрезать; высоко ценится
ограненный свинцовый кристалл сверкает цветом, преломляя (изгибая) свет
проходя через это. Некоторые специальные виды стекла производятся
разный производственный процесс. Пуленепробиваемый
стекло изготавливается из многослойного или ламината, состоящего из нескольких слоев стекла и пластика.
все вместе. Закаленное стекло, используемое в лобовых стеклах автомобилей, производится путем охлаждения расплавленного металла.
стекло очень быстро, чтобы сделать его намного тверже.Витражное (цветное) стекло изготавливается путем добавления металлических соединений в стекло, пока оно расплавлено; разные
металлы придают отдельным сегментам стекла разные цвета.

Стекло — твердое тело … или жидкость?

Изображение: Вверху: В обычном кристаллическом твердом теле атомы расположены в
аккуратный и предсказуемый способ. Внизу: в аморфном твердом теле, таком как стекло, расположение гораздо более случайное.

Это очень интересный вопрос.

Ответ — и то, и другое — и ни то, ни другое! Существуют самые разные мнения
о том, как относиться к таким материалам, как стекло, которые кажутся немного похожими на
жидкости в некоторых отношениях и немного похожи на твердые тела в других.

В школах и из книг мы часто узнаем, что все твердые тела имеют
фиксированная структура атомов.

На самом деле, существуют разные виды твердых тел, которые имеют очень
различные структуры, и не все, что мы называем «твердым», ведет себя
точно так же. Подумайте о куске железа
и кусок резины. Совершенно очевидно, что они
оба твердые тела, и все же резина сильно отличается от железа.
Внутри каучука и железа есть свои атомы (в
в случае железа) и молекул (в случае резины), расположенных в
совершенно разными способами.Железо имеет правильную или кристаллическую структуру.
(как карабин с атомами по углам), а резина — это полимер (состоящий из длинных цепочек молекул
слабо связаны между собой). Или подумайте о воде.
Как вы, возможно, обнаружили, вода — почти уникальное твердое вещество, потому что она
расширяется, чтобы начать с того, что он зависает. Короче не все подходит
аккуратно в наши представления о твердом, жидком и газовом, а не обо всех твердых телах,
жидкости и газы ведут себя красиво, аккуратно и легко объяснимо. В
исключения — это то, что делает науку действительно интересной!

Аморфные твердые вещества

Вернемся к стеклу.Вглядываться в микроскоп
внутри стекла, и вы найдете молекулы, из которых он сделан
расположены в неправильном порядке. Вот почему стекло иногда
называется аморфным твердым телом (твердое тело без регулярного
кристаллическая структура, что-то вроде металла). Вы можете
также см. стекло, описанное как «замороженная переохлажденная жидкость». Это
еще один способ сказать «стекло — это жидкость, которая никогда не застывает».
озадачивающее утверждение, которое иногда можно встретить в научных книгах. Мы могли бы
скажем, стекло немного похоже на жидкость и немного похоже на твердое тело.Имеет
внутренняя структура, которая находится где-то между структурой жидкости
и твердое тело, с некоторым порядком твердого тела и некоторые из
хаотичность жидкости.

Стекло — далеко не единственное твердое аморфное вещество. Можно сделать
тип воды, называемый аморфным льдом, который можно описать как
между твердым веществом (вода) и жидкостью (лед). Вы делаете это с помощью охлаждающей воды
очень быстро. Лед образуется так быстро, что не успевает собраться
до его нормальной кристаллической структуры. Итак, что вы получаете, похоже на лед
но в некотором роде ведет себя как жидкая вода.Другие вещества могут быть
превращены в аморфные твердые тела. Солнечные элементы часто делают из
так называемый аморфный кремний.

Фото: солнечная панель из аморфного кремния.
Фото Денниса Шредера любезно предоставлено
NREL (Министерство энергетики США / Национальные возобновляемые источники энергии)
Энергетическая лаборатория) (фото № 22143).

Рекламные ссылки

Для чего мы используем стекло?

Фото: Стекло можно использовать для вторичной переработки других материалов.
материалы. Урановое стекло имеет необычный желто-зеленый цвет и светится
ультрафиолетовый свет.Эти кусочки стекла были изготовлены из урана, оставшегося после очистки
завод Fernald по переработке урана недалеко от Цинциннати, Огайо, США.
Стеклование (превращение материала в стекло) — один из способов избавиться от
безопасность ядерных отходов.
Изображение предоставлено Министерством энергетики США.

Glass начинает ваш день с блеска: взгляд на часы, взгляд сквозь глазурь
на солнце или дождь, хмурый взгляд в зеркало, песня из
душ, пока вы умываетесь теплой водой, стекающей с
солнечные панели
на крыше.Стаканы упаковывают стол для завтрака, который сам по себе может
быть сделанным из дымчатого стекла, и есть бутылки и банки со всем
формы и цвета. Готовя завтрак на кухне, вы могли бы
используя стеклокерамическую варочную панель или
микроволновая печь с металлической подкладкой
окно, чтобы волны оставались внутри. Может быть, ты смотришь теплые круассаны
через дверцу духовки из пирекса? (А это стеклянный чайник?)

Когда вы проверяете электронную почту во время завтрака (плохая привычка), скорость передачи данных в Интернете сжимается.
в ваш дом через оптические волокна, как потоки солнечного света
через отражающие тепло окна, которые сохранят прохладу.Вы читаете
слова через стеклянную ЖК-панель вашего ноутбука или закаленные
Стекло гориллы вашего смартфона, оба заряжаются солнечной энергией
из фотоэлектрических панелей на крыше. Говорящие головы
бормоча тебе через экран телевизора в углу.

Затем вы отправляетесь на работу или в школу в застекленной машине, автобусе, поезде (возможно, даже
вертолет), согнувшись под лампами с низким энергопотреблением, покрытыми стеклом, чтобы продержаться. Если вы едете, по шоссе вы
грохот может производиться из щебня и асфальта, в том числе
переработанное стекло; даже белые полосы посередине используют крошечное стекло
бусинки, чтобы они сияли в ваших фарах.Может быть, ты заглянешь в
банк или почта по дороге, улыбаясь кассиру позади
ее пуленепробиваемое окно, поскольку вы быстро делаете копию
ваши водительские права (которые вы по неосторожности оставляете на стеклянной пластине
копировального аппарата).

Фото: Стекло приносит вовнутрь! Это прекрасная часовня странников на ранчо Палос-Вердес, Калифорния, спроектированная Ллойдом Райтом (сыном Фрэнка Ллойда Райта). Фотография из коллекции калифорнийских фотографий Джона Б. Лавлейса в журнале Кэрол М.Американский проект Хайсмита, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Если это современное здание, ваш офис или школа может быть миниатюрным стеклянным собором; мы
Считайте стекло хрупким и хрупким, но закаливайте его правильно
из него можно делать стены, полы, крыши и лестницы; магазины
демонстрируют свои изделия через огромные ламинированные панели, отполированные до
совершенство.

И это лишь малая часть того, что делает за нас стекло. Есть
загружает больше мест, где он прячется, от лампочек в
термометры
и металлокерамические пломбы в зубах корпусов лодок из стеклопластика,
«наждачная бумага», которую мы используем для украшения (часто стеклянная бумага), и
даже тензодатчики, которые предупреждают нас, когда здания трескаются.Ясно,
чистый, привлекательный, инертный, дешевый, прочный и эффективный. Какие
вы могли бы хотеть большего? Стекло — один из тех волшебных материалов, которые мы абсолютно не воспринимаем как должное;
везде и нигде — «невидимо прозрачно», так что
мы даже не замечаем, что это есть!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

  • Стеклянный батискаф: Как стекло изменило мир
    Алан Макфарлейн и Джерри Мартин Алан Макфарлейн и Джерри Мартин.Профиль, 2002. Исследует историю стекла с древних времен до наших дней. Я считаю, что это та же книга (в другой упаковке), что и «Стекло: всемирная история» Алана Макфарлейна и Джерри Мартина. University of Chicago Press, 2002.
  • .

  • Введение в стекольную науку и технологию Дж. Э. Шелби. Королевское химическое общество, 2005. Текст для студентов, посвященный химическим и материаловедческим аспектам стекла. Охватывает различные типы стекла и их механические, оптические и другие свойства.
  • Стекло: механика и технология Эрика Ле Бурхиса. Wiley-VCH, 2014. Охватывает историю, структуру, свойства и применение стекла.
  • Наука о стекле Роберта Дормуса. Wiley, 1994. Классическое однотомное руководство по науке об аморфных стеклообразных телах.
  • Атомы под половицами Криса Вудфорда. Bloomsbury, 2015. Если вы ищете более беззаботный подход, то моя недавняя книга исследует чудеса стекла в «Главе 8: Великолепное остекление». Возможно, вы сможете прочитать некоторые из них в Интернете в Google Книгах, перейдя по этой ссылке.

Статьи

  • Ради искусства: риск и награда на 2000 градусов Глории Доусон. The New York Times, 1 сентября 2016 года. Это слайд-шоу проходит за кулисами UrbanGlass, экспериментальной стекольной мастерской в ​​Нью-Йорке.
  • Стекло

  • работает: как компания Corning создала ультратонкий и сверхпрочный материал будущего, Брайан Гардинер, Wired, 24 сентября 2012 г. Истоки замечательного стеклокерамического материала, который в конечном итоге стал стеклом Gorilla Glass для смартфонов.
  • Удар за ударом: GlassLab приходит на Губернаторский остров Джулия Фельсенталь. The New York Times, 3 июля 2012 г. Представляем GlassLab в Музее стекла Корнинг.
  • Willow Glass: ультратонкое стекло, которое можно «обернуть» вокруг устройств. Автор Катя Москвич, BBC News, 5 июня 2012 г. Corning представляет тонкое и гибкое стекло для дисплеев следующего поколения.
  • «Шепчущий из стекла» Андреа Труппен. The New York Times, 27 января 2005 г. Мир Майкла Дэвиса, специалиста по реставрации старинного стекла.

Подкасты

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте эти:

  • Патент США 1 304 623: Стекло Юджина С. Салливана и Уильяма К. Тейлора, Corning, 27 мая 1919 г. Один из оригинальных патентов Corning на пирекс (боросиликатное стекло), в котором описывается его химический состав и физические свойства.
  • Патент США 1304623: Изделие из натрийалюмосиликатного стекла, усиленное поверхностным слоем напряжения сжатия, Дэвид Бойд, Корнинг, 11 декабря 1973 г.Патент Corning на сверхпрочное «стекло Gorilla Glass», которое Apple использовала с таким большим эффектом в своих смартфонах и планшетах.
  • Патент США 20160368777: Водосольватированное стекло / аморфные твердые ионные проводники, Джон Б. Гуденаф и др., 22 декабря 2016 г. Один из самых новаторских химиков 20-го века предлагает совершенно новый тип батарей на основе стекла.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

PYREX® является зарегистрированным товарным знаком Corning Incorporated.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2021) Стекло. Получено с https://www.explainthatstuff.com/glass.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Что такое стекло? | Как делают стекло?

Что такое стекло? | Как делают стекло? — Объясни это

Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 19 января 2021 г.

Теперь вы это видите, а теперь нет. Стекло
немного загадки.Достаточно сложно защитить нас, но оно разбивается
невероятная легкость. Он сделан из непрозрачного песка, но полностью
прозрачный. И, что, пожалуй, самое удивительное, он ведет себя как
твердый материал … но это также замаскированная странная жидкость!
Вы можете найти стекло, куда бы вы ни посмотрели: большинство комнат в вашем доме будут
иметь стеклянное окно и, если не это, возможно, стеклянное зеркало … или
стеклянная лампочка. Стекло — одно из старейших и самых
универсальные материалы, созданные человеком. Давайте узнаем об этом больше.

Фото: Стеклянная загадка: Как нечто прозрачное для света кажется цветным? Цвета в этом стакане на самом деле нет! Стеклянные линзы преломляют (изгибают) световые лучи с разной длиной волны на разную величину, вызывая появление спектральных цветов. Это крупный план линзы Френеля с маяка.

Что такое стекло?

На фото: Витражи изготавливаются путем добавления солей металлов, таких как железо, марганец,
хром и олово в состав расплавленного стекла, чтобы придать ему разнообразные привлекательные цвета.Этот витраж, разработанный художником.
Эдвард Бёрн-Джонс в соборе Святого Филиппа в Бирмингеме, Англия.

Вы не поверите, но стекло изготавливается из жидкого песка. Ты можешь
сделать стекло путем нагревания обычного песка (который в основном состоит из кремния
диоксид), пока он не расплавится и не превратится в жидкость. Вы не найдете этого
происходит на вашем местном пляже: песок тает на невероятно высокой
температура 1700 ° C (3090 ° F).

Когда расплавленный песок остывает, он не превращается обратно в
песчаный желтый материал, с которого вы начали: он проходит полный
трансформация и приобретает совершенно иную внутреннюю структуру.Но это
как бы сильно вы ни охлаждали песок, он никогда не перестанет
твердый. Вместо этого он становится своего рода замороженной жидкостью или какими-то материалами.
ученые называют это аморфным твердым телом.
Это как крест
между твердым телом и жидкостью с некоторым кристаллическим порядком
твердое тело и некоторая молекулярная хаотичность жидкости.

Стекло — такой популярный материал в наших домах.
потому что он обладает множеством действительно полезных свойств. Кроме
будучи прозрачным, его изготовить недорого, легко придать форму, когда он
расплавленный, достаточно устойчивый к нагреванию в застывшем состоянии, химически инертный
(чтобы стеклянная банка не вступала в реакцию с предметами, которые вы в нее кладете), и
его можно перерабатывать любое количество раз.

Как делают стекло?

Художественное произведение: Производство стекла упрощено: смешать и нагреть песок и переработанное стекло с карбонатом кальция и
карбонат натрия.

Когда американские ученые испытали прототип
атомная бомба в пустыне Нью-Мексико в 1945 году, взрыв превратился в
песок в непосредственной близости от удара в стекло. К счастью,
есть более простые и менее экстремальные способы изготовления стекла, но все
им нужно огромное количество тепла.

На стекольном заводе, песок
смешивается с отработанным стеклом (из сборников вторсырья), кальцинированной содой
(карбонат натрия) и известняк (карбонат кальция) и нагревают в
печь.Сода снижает температуру плавления песка, что помогает
экономия энергии при изготовлении, но имеет досадный недостаток:
из него получается стекло, которое растворяется в воде! В
известняк добавлен, чтобы предотвратить это. Конечный продукт называется натриево-кальциево-силикатным стеклом. Это обычное стекло, которое мы
можно видеть все вокруг
нас.

Фото: боросиликатное стекло, такое как этот кувшин из PYREX® (задняя часть), выдерживает резкие перепады температур, в отличие от обычного стекла (переднее), которое разбивается.Обычная стеклянная банка спереди немного тоньше и значительно легче. Вы также можете увидеть,
очень ясно, что боросиликатное стекло имеет слегка голубоватый цвет (как и оксид бора, из которого оно сделано).

После того, как песок растоплен, его либо высыпают в
формы для изготовления бутылок, стаканов и других емкостей, или «плавающие»
(выливается в большую ванну с расплавленным металлическим оловом), чтобы получился идеально ровный
листы стекла для окон. До сих пор иногда изготавливают необычную стеклянную тару
«взорвав» их.Заворачивается «комок» расплавленного стекла.
вокруг открытой трубы, которая медленно вращается. Воздух продувается
открытый конец трубы, в результате чего стекло взорвалось, как воздушный шар.
С умелым выдуванием и точением можно получить самые разные удивительные формы.
сделал.

Производители стекла используют несколько иной процесс
в зависимости от типа стекла, которое они хотят сделать. Обычно другие
химикаты добавляются для изменения внешнего вида или свойств
готовое стекло. Например, химические вещества на основе железа и хрома
добавлен в расплавленный песок, чтобы стекло стало зеленоватым.Боросиликатное стекло, пригодное для использования в духовке (широко продается под
товарный знак PYREX®) является
производится путем добавления оксида бора к расплавленной смеси. Добавление оксида свинца
делает прекрасное хрустальное стекло, которое легче разрезать; высоко ценится
ограненный свинцовый кристалл сверкает цветом, преломляя (изгибая) свет
проходя через это. Некоторые специальные виды стекла производятся
разный производственный процесс. Пуленепробиваемый
стекло изготавливается из многослойного или ламината, состоящего из нескольких слоев стекла и пластика.
все вместе. Закаленное стекло, используемое в лобовых стеклах автомобилей, производится путем охлаждения расплавленного металла.
стекло очень быстро, чтобы сделать его намного тверже.Витражное (цветное) стекло изготавливается путем добавления металлических соединений в стекло, пока оно расплавлено; разные
металлы придают отдельным сегментам стекла разные цвета.

Стекло — твердое тело … или жидкость?

Изображение: Вверху: В обычном кристаллическом твердом теле атомы расположены в
аккуратный и предсказуемый способ. Внизу: в аморфном твердом теле, таком как стекло, расположение гораздо более случайное.

Это очень интересный вопрос.

Ответ — и то, и другое — и ни то, ни другое! Существуют самые разные мнения
о том, как относиться к таким материалам, как стекло, которые кажутся немного похожими на
жидкости в некоторых отношениях и немного похожи на твердые тела в других.

В школах и из книг мы часто узнаем, что все твердые тела имеют
фиксированная структура атомов.

На самом деле, существуют разные виды твердых тел, которые имеют очень
различные структуры, и не все, что мы называем «твердым», ведет себя
точно так же. Подумайте о куске железа
и кусок резины. Совершенно очевидно, что они
оба твердые тела, и все же резина сильно отличается от железа.
Внутри каучука и железа есть свои атомы (в
в случае железа) и молекул (в случае резины), расположенных в
совершенно разными способами.Железо имеет правильную или кристаллическую структуру.
(как карабин с атомами по углам), а резина — это полимер (состоящий из длинных цепочек молекул
слабо связаны между собой). Или подумайте о воде.
Как вы, возможно, обнаружили, вода — почти уникальное твердое вещество, потому что она
расширяется, чтобы начать с того, что он зависает. Короче не все подходит
аккуратно в наши представления о твердом, жидком и газовом, а не обо всех твердых телах,
жидкости и газы ведут себя красиво, аккуратно и легко объяснимо. В
исключения — это то, что делает науку действительно интересной!

Аморфные твердые вещества

Вернемся к стеклу.Вглядываться в микроскоп
внутри стекла, и вы найдете молекулы, из которых он сделан
расположены в неправильном порядке. Вот почему стекло иногда
называется аморфным твердым телом (твердое тело без регулярного
кристаллическая структура, что-то вроде металла). Вы можете
также см. стекло, описанное как «замороженная переохлажденная жидкость». Это
еще один способ сказать «стекло — это жидкость, которая никогда не застывает».
озадачивающее утверждение, которое иногда можно встретить в научных книгах. Мы могли бы
скажем, стекло немного похоже на жидкость и немного похоже на твердое тело.Имеет
внутренняя структура, которая находится где-то между структурой жидкости
и твердое тело, с некоторым порядком твердого тела и некоторые из
хаотичность жидкости.

Стекло — далеко не единственное твердое аморфное вещество. Можно сделать
тип воды, называемый аморфным льдом, который можно описать как
между твердым веществом (вода) и жидкостью (лед). Вы делаете это с помощью охлаждающей воды
очень быстро. Лед образуется так быстро, что не успевает собраться
до его нормальной кристаллической структуры. Итак, что вы получаете, похоже на лед
но в некотором роде ведет себя как жидкая вода.Другие вещества могут быть
превращены в аморфные твердые тела. Солнечные элементы часто делают из
так называемый аморфный кремний.

Фото: солнечная панель из аморфного кремния.
Фото Денниса Шредера любезно предоставлено
NREL (Министерство энергетики США / Национальные возобновляемые источники энергии)
Энергетическая лаборатория) (фото № 22143).

Рекламные ссылки

Для чего мы используем стекло?

Фото: Стекло можно использовать для вторичной переработки других материалов.
материалы. Урановое стекло имеет необычный желто-зеленый цвет и светится
ультрафиолетовый свет.Эти кусочки стекла были изготовлены из урана, оставшегося после очистки
завод Fernald по переработке урана недалеко от Цинциннати, Огайо, США.
Стеклование (превращение материала в стекло) — один из способов избавиться от
безопасность ядерных отходов.
Изображение предоставлено Министерством энергетики США.

Glass начинает ваш день с блеска: взгляд на часы, взгляд сквозь глазурь
на солнце или дождь, хмурый взгляд в зеркало, песня из
душ, пока вы умываетесь теплой водой, стекающей с
солнечные панели
на крыше.Стаканы упаковывают стол для завтрака, который сам по себе может
быть сделанным из дымчатого стекла, и есть бутылки и банки со всем
формы и цвета. Готовя завтрак на кухне, вы могли бы
используя стеклокерамическую варочную панель или
микроволновая печь с металлической подкладкой
окно, чтобы волны оставались внутри. Может быть, ты смотришь теплые круассаны
через дверцу духовки из пирекса? (А это стеклянный чайник?)

Когда вы проверяете электронную почту во время завтрака (плохая привычка), скорость передачи данных в Интернете сжимается.
в ваш дом через оптические волокна, как потоки солнечного света
через отражающие тепло окна, которые сохранят прохладу.Вы читаете
слова через стеклянную ЖК-панель вашего ноутбука или закаленные
Стекло гориллы вашего смартфона, оба заряжаются солнечной энергией
из фотоэлектрических панелей на крыше. Говорящие головы
бормоча тебе через экран телевизора в углу.

Затем вы отправляетесь на работу или в школу в застекленной машине, автобусе, поезде (возможно, даже
вертолет), согнувшись под лампами с низким энергопотреблением, покрытыми стеклом, чтобы продержаться. Если вы едете, по шоссе вы
грохот может производиться из щебня и асфальта, в том числе
переработанное стекло; даже белые полосы посередине используют крошечное стекло
бусинки, чтобы они сияли в ваших фарах.Может быть, ты заглянешь в
банк или почта по дороге, улыбаясь кассиру позади
ее пуленепробиваемое окно, поскольку вы быстро делаете копию
ваши водительские права (которые вы по неосторожности оставляете на стеклянной пластине
копировального аппарата).

Фото: Стекло приносит вовнутрь! Это прекрасная часовня странников на ранчо Палос-Вердес, Калифорния, спроектированная Ллойдом Райтом (сыном Фрэнка Ллойда Райта). Фотография из коллекции калифорнийских фотографий Джона Б. Лавлейса в журнале Кэрол М.Американский проект Хайсмита, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Если это современное здание, ваш офис или школа может быть миниатюрным стеклянным собором; мы
Считайте стекло хрупким и хрупким, но закаливайте его правильно
из него можно делать стены, полы, крыши и лестницы; магазины
демонстрируют свои изделия через огромные ламинированные панели, отполированные до
совершенство.

И это лишь малая часть того, что делает за нас стекло. Есть
загружает больше мест, где он прячется, от лампочек в
термометры
и металлокерамические пломбы в зубах корпусов лодок из стеклопластика,
«наждачная бумага», которую мы используем для украшения (часто стеклянная бумага), и
даже тензодатчики, которые предупреждают нас, когда здания трескаются.Ясно,
чистый, привлекательный, инертный, дешевый, прочный и эффективный. Какие
вы могли бы хотеть большего? Стекло — один из тех волшебных материалов, которые мы абсолютно не воспринимаем как должное;
везде и нигде — «невидимо прозрачно», так что
мы даже не замечаем, что это есть!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

  • Стеклянный батискаф: Как стекло изменило мир
    Алан Макфарлейн и Джерри Мартин Алан Макфарлейн и Джерри Мартин.Профиль, 2002. Исследует историю стекла с древних времен до наших дней. Я считаю, что это та же книга (в другой упаковке), что и «Стекло: всемирная история» Алана Макфарлейна и Джерри Мартина. University of Chicago Press, 2002.
  • .

  • Введение в стекольную науку и технологию Дж. Э. Шелби. Королевское химическое общество, 2005. Текст для студентов, посвященный химическим и материаловедческим аспектам стекла. Охватывает различные типы стекла и их механические, оптические и другие свойства.
  • Стекло: механика и технология Эрика Ле Бурхиса. Wiley-VCH, 2014. Охватывает историю, структуру, свойства и применение стекла.
  • Наука о стекле Роберта Дормуса. Wiley, 1994. Классическое однотомное руководство по науке об аморфных стеклообразных телах.
  • Атомы под половицами Криса Вудфорда. Bloomsbury, 2015. Если вы ищете более беззаботный подход, то моя недавняя книга исследует чудеса стекла в «Главе 8: Великолепное остекление». Возможно, вы сможете прочитать некоторые из них в Интернете в Google Книгах, перейдя по этой ссылке.

Статьи

  • Ради искусства: риск и награда на 2000 градусов Глории Доусон. The New York Times, 1 сентября 2016 года. Это слайд-шоу проходит за кулисами UrbanGlass, экспериментальной стекольной мастерской в ​​Нью-Йорке.
  • Стекло

  • работает: как компания Corning создала ультратонкий и сверхпрочный материал будущего, Брайан Гардинер, Wired, 24 сентября 2012 г. Истоки замечательного стеклокерамического материала, который в конечном итоге стал стеклом Gorilla Glass для смартфонов.
  • Удар за ударом: GlassLab приходит на Губернаторский остров Джулия Фельсенталь. The New York Times, 3 июля 2012 г. Представляем GlassLab в Музее стекла Корнинг.
  • Willow Glass: ультратонкое стекло, которое можно «обернуть» вокруг устройств. Автор Катя Москвич, BBC News, 5 июня 2012 г. Corning представляет тонкое и гибкое стекло для дисплеев следующего поколения.
  • «Шепчущий из стекла» Андреа Труппен. The New York Times, 27 января 2005 г. Мир Майкла Дэвиса, специалиста по реставрации старинного стекла.

Подкасты

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте эти:

  • Патент США 1 304 623: Стекло Юджина С. Салливана и Уильяма К. Тейлора, Corning, 27 мая 1919 г. Один из оригинальных патентов Corning на пирекс (боросиликатное стекло), в котором описывается его химический состав и физические свойства.
  • Патент США 1304623: Изделие из натрийалюмосиликатного стекла, усиленное поверхностным слоем напряжения сжатия, Дэвид Бойд, Корнинг, 11 декабря 1973 г.Патент Corning на сверхпрочное «стекло Gorilla Glass», которое Apple использовала с таким большим эффектом в своих смартфонах и планшетах.
  • Патент США 20160368777: Водосольватированное стекло / аморфные твердые ионные проводники, Джон Б. Гуденаф и др., 22 декабря 2016 г. Один из самых новаторских химиков 20-го века предлагает совершенно новый тип батарей на основе стекла.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

PYREX® является зарегистрированным товарным знаком Corning Incorporated.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2021) Стекло. Получено с https://www.explainthatstuff.com/glass.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Наука о производстве стекла: как делается стекло?

На протяжении истории человечества был каменный век, затем бронзовый век и даже был железный век. Вопрос в том, какое прозвище вы дали бы возрасту, в котором мы живем сейчас? Лично я голосую за то, чтобы назвать это «Стеклянным веком »!

(Изображение предоставлено Flickr)

Стекло повсеместно

Сегодня практически нет такой области жизни, в которой стекло не использовалось бы в той или иной форме.Окна домов, машин, кораблей, поездов и даже самолетов сделаны из листового стекла. Список изделий из стекла практически бесконечен: от сосудов для воды, стаканов, предметов декора, различных видов бутылок и солнцезащитных очков до очков, фляг, лабораторных принадлежностей, ламп накаливания, люминесцентных трубок и сотен других предметов, которые мы прямо или косвенно используем в повседневной жизни. жизнь. Вы когда-нибудь задумывались, как производится этот невероятно полезный материал?

Аппарат лабораторный из стекла. (Фото: Pxhere)

Мистицизм стекла: стекло — это жидкость?

Хотя стекло имеет множество применений, оно также имеет оттенок мистицизма вокруг себя — вероятно, из-за его странного химического и физического поведения.Он достаточно силен, чтобы защитить нас, но он также может разбиться на тысячи частей. Он сделан из непрозрачного песка , но при этом полностью прозрачен. И, что, пожалуй, самое поразительное, он выглядит и ведет себя как твердое тело, но на самом деле это замаскированная форма странной жидкости!

Наука изготовления стекла

В это трудно поверить, но стекло изготавливается из жидкого песка. В частности, стекло получают путем нагревания обычного песка (в основном состоящего из диоксида кремния SiO2) до тех пор, пока он не расплавится и не превратится в жидкость.Вы можете задаться вопросом, почему то же самое не происходит в жаркие дни на пляже, но ответ на этот вопрос довольно прост — температура плавления, необходимая для песка, очень высока, около 1700 ° по Цельсию .

Образец диоксида кремния. (Фото предоставлено LHcheM / Wikimedia Commons)

Когда расплавленному песку дают остыть, он не возвращается к своему песчано-желтому состоянию, с которого вы начинали — нагревание вызывает полное химическое преобразование, таким образом достигая новая внутренняя структура.Независимо от техники, используемой для охлаждения расплавленного песка, никогда не превращается в типичное твердое вещество. Вместо этого он превращается в замороженную жидкость или — как бы сказал выпускник факультета материаловедения — в аморфное твердое тело . По сути, стекло больше похоже на нечто среднее между твердым телом и жидкостью, с некоторыми кристаллическими структурами, которые обычно встречаются в твердых телах, а также с некоторой молекулярной хаотичностью, часто наблюдаемой в жидкостях.

История изготовления стекла

Искусство изготовления стекла очень древнее.Точно неизвестно, когда человек впервые научился делать стекло, но некоторые стеклянные бусины, сделанные еще в 2500 году до нашей эры, были недавно обнаружены в Египте. В Вавилонии был найден стержень из синего стекла, изготовленный около 2600 г. до н.э. Из этих открытий видно, что даже древний человек умел делать стекло.

Как стекло производится в промышленности?

Я уже дал вам примерное представление о том, как делается стекло, но теперь давайте посмотрим, как производится стекло в надлежащих промышленных условиях.На заводе по производству промышленного стекла песок смешивают с кусками отработанного стекла (часто собираемыми при переработке), известняком (карбонат кальция CaCO3) и кальцинированной содой (карбонат натрия Na2CO3) перед нагреванием в печи. Кальцинированная сода добавляется в смесь исключительно с целью снижения температуры плавления песка, чтобы сэкономить энергию в производственном процессе. Однако у этого есть и нежелательный недостаток — получается стекло, которое растворяется в воде. Чтобы предотвратить это, в смесь добавляют известняк.Конечный продукт, полученный в результате этого процесса, технически называется натриево-кальциево-силикатным стеклом . Это натриево-известково-кремнеземное стекло — универсальное стекло, которое мы обычно видим вокруг себя.

Тонированное стекло

Для производства различных видов стекла производители товарного стекла часто используют несколько разные процессы производства стекла. Это изменение часто происходит в форме добавления других химикатов. Химические вещества добавляются с целью изменения внешнего вида или свойств готового стекла.Например, химические вещества на основе хрома или железа добавляют к расплавленной смеси песка для получения стекла с зеленым оттенком, тогда как при смешивании с солью кобальта получается синее стекло. Для изготовления жаропрочного стекла в расплавленную смесь добавляют оксид бора. Оксид свинца добавляют для получения тонкого хрустального стекла, которое при необходимости легче разрезать.

Закаленное стекло

Некоторые узкоспециализированные и сверхпрочные варианты стекла, такие как пуленепробиваемое или закаленное стекло, изготавливаются с помощью другого производственного процесса.Чтобы сделать пуленепробиваемое стекло, нужно объединить несколько слоев стекла и пластика. Закаленное или закаленное стекло, используемое в автомобильных лобовых стеклах и автомобилях, обычно получают путем очень быстрого охлаждения расплавленного стекла, чтобы сделать его намного более твердым.

Демонстрация пуленепробиваемого стекла, Нью-Йорк. (Фото: LHcheM / Wikimedia Commons)

Статьи по теме

Статьи по теме

Есть бесчисленное множество мест, где вы найдете стекло — от лампочек, заправленных в термометры, и стеклопластиковых корпусов лодок, до наждачной бумаги (также называемой стеклянной бумагой), которую мы используем для отделки, и тензодатчиков, которые предупреждают нас, когда здания трескаются.Стекло прозрачное, чистое, дешевое, инертное, прочное и бесконечно полезное. Что вы еще хотите? Стекло — один из тех волшебных материалов, которые мы абсолютно считаем само собой разумеющимся, но оно неумолимо служит той цели, для которой предназначено, при условии, что вы используете его с осторожностью!

Как делается стекло? — Производство стекла

Несмотря на то, что мы смотрим на стекло как на один из наиболее распространенных строительных материалов для изготовления различной кухонной утвари, окон, большого разнообразия декоративных мелких
объекты и важная часть современных компьютерных коммуникаций, его первоначальное использование нашими ранними предками сделало его одним из самых востребованных и
ценные предметы во всем мире.В те доисторические времена стекло естественной формы (вулканический обсидиан) использовалось как острое оружие, полезный инструмент,
и это имело большую ценность.

Первые археологические свидетельства производства стекла происходят из районов Древнего Египта и Месопотамии. В те времена единственное стекло
изделия, которые были сделаны, были созданы либо путем глазурования готовых предметов, либо бусинок, которые были случайно сформированы в других процессах обработки металла.
К концу бронзового века процесс изготовления стекла превратился в более организованную профессию, когда расплавленное стекло разливали в готовые емкости.Этот
процесс был медленным, ненадежным и не позволил стеклу стать обычным явлением. Перелом в истории производства стекла наступил в 1-м году.
век до нашей эры, когда сирийские и палестинские рабочие открыли искусство выдувания стекла. Это изобретение сильно изменило всю стекольную промышленность.
производство, превращая его в дешевый и простой в производстве материал. Завоевание Иудеи римлянами в 63 г. до н.э. позволило этой технике изготовления стекла
распространились по территории Древней Римской империи, а со временем и по всей Европе и миру.Римляне настолько предпочитали стекло, что использовали его в
производство не только для изготовления контейнеров и украшений, но и в архитектурных целях (обычно после 100 г. н.э., когда александрийские рабочие
открыл секрет изготовления прозрачного стекла).

Производство стекла
в наше время не сильно изменился с тех пор, как был обнаружен в древних областях Персии и Египта — песок (который состоит из кремнезема, кальцинированной соды и извести)
нагревают до экстремальных температур, а затем дают остыть и принимают практически любую форму путем выдувания или заливки предварительно разработанного
формы.Этот чрезвычайно простой процесс также может быть обогащен добавками, которые могут обеспечить стекло любого цвета или непрозрачности, которое только можно вообразить, улучшить
качество, долговечность и другие свойства. Хотя этот процесс может показаться простым, он требует большой точности, потому что для создания идеального стекла
тару оконную нужно тщательно поддерживать температуру на каждом этапе производственного цикла.

Современное производство стекла
выполняется несколькими техниками:

Стеклянная тара
— В котором стекло тщательно изготавливается на трех различных стадиях (плавление сырья, заливка или выдувание стекла в формы для тары и охлаждение
последние штрихи по качеству)

Обработка флоат-стекла
— В котором стекло укладывается на поверхность расплавленного металла (олова или свинца).Этот процесс используется для создания плоских окон.

Ручное выдувание стекла
— Используется в основном для создания арт-объектов и нестандартной стеклянной тары.

После изготовления каждое изделие из стекла можно дополнительно обработать покрытием, термической обработкой, гравировкой или каким-либо декором.

Как делается стекло? Из чего сделано стекло?

Стекло — это загадка…

Сделано из песка, но непрозрачно

Он прочен и долговечен, но легко разбивается.

Он ведет себя как твердое тело, но на самом деле является жидкостью.

Стекло изготавливается из жидкого песка и всегда остается (очень густой) жидкостью. Вот почему старинные оконные стекла толще внизу, так как стекло со временем очень медленно перемещалось вниз.

Чтобы превратить песок (диоксид кремния) в жидкость, требуется температура почти 2000 градусов Цельсия, и во времена фараонов — когда стекло было впервые изобретено 5000 лет назад — им приходилось использовать сильфоны, чтобы нагреть песок настолько, чтобы он плавился. .

Что касается естественного изготовления стекла, стекло использовалось с каменного века, когда черный обсидиан (вулканическое стекло, образовавшееся при ударе лавы о песок) использовался для изготовления режущих инструментов и наконечников копий.

Когда ученые испытали первые атомные бомбы в пустыне Нью-Мексико, тепло ядерных взрывов превратило окружающий песок в стеклянное море.

Из чего сделано стекло?

Итак, из чего конкретно сделано стекло? Песок (кремнезем или диоксид кремния) смешивают с известняком (карбонатом кальция) и кальцинированной содой (карбонатом натрия).

Кальцинированная сода используется, поскольку она снижает температуру плавления песков и снижает энергоемкость производственного процесса.Если вы просто использовали соду без извести, вы получили бы стекло, которое растворяется в воде, поэтому добавляется известь, чтобы ваши оконные стекла не разжижались при первом ливне.

Это натриево-известковое стекло — стекло, которое вы видите повсюду — в мобильных и зеркалах, в лобовых и оконных стеклах. Для изготовления окон расплавленное стекло «плавает» над чаном с расплавленным оловом, чтобы получить идеально плоские куски стекла.

Выдувное стекло вручную получают путем надевания куска («шарика» или «сборки») расплавленного стекла на конец выдувной трубки и надувания его в пузырь («заготовку»).Стеклодув («gaffer») берет «сборку» стекла и раскатывает ее по мраморной или железной плите («marver»), чтобы начать формирование пузыря. Стеклодув будет продолжать измельчать стекло, возвращая его к отверстию в печи («дыре славы») для повторного нагрева, когда это необходимо.

Это отвечает на вопрос, из чего сделано стекло, но в стекло добавлено еще много всего…

Виды стекла

Итак, теперь мы увидели, как делается стекло, мы можем взглянуть на разные типы стекла и из чего оно сделано.

Пуленепробиваемое стекло состоит из тонких слоев стекла и пластика, соединенных вместе, а закаленное стекло — это стекло, которое очень быстро охлаждается, чтобы сделать его особо прочным.

При добавлении различных химикатов получается стекло разных видов и цветов. Добавляя оксид бора в расплавленное стекло, вы получаете жаропрочную посуду из PYREX®.

Для изготовления украшений из хрусталя необходимо на этапе обжига добавить в стекло свинец (оксид свинца).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*

*

*