Доклад история создания стекла
Обновлено: 02.07.2024
Первое стекло (непрозрачное, почти черное) родила сама природа, и образовалось оно из раскаленной лавы, вырвавшейся на поверхность земли миллионы лет назад. Такое вулканическое стекло назвали обсидианом. В каменном веке обсидиан использовался для обработки режущих инструментов. Позднее (55 веков назад) человек научился изготавливать стекло сам.
Родиной искусственного стекла ученые называют Месопотамию и Древний Египет. Обследуя мумию царицы Хатшепсут, археологи нашли ожерелье из крупных неровных зеленовато-черных блестящих стекляшек. Древнеегипетские стеклоделы не умели получать прозрачное стекло, ведь для этого нужна высокая температура в печи (1500°С), а для изготовления цветного стекла мастера примешивали железо, медь или марганец. Особен распространенным было голубое и бирюзовое стекло, окрашенное медью, а зеленое стекло получали окрашиванием медью и железом. Синее стекло, окрашенное кобальтом, появилось в Египте в начале н. э. Исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь - органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). Археологами в конце XIX в. недалеко от Фив были обнаружены руины древнеегипетской стекольной мастерской: остатки печей, фрагменты тиглей для плавки стекла, разрушенные стеклянные сосуды и стеклянные палочки разного цвета. В одной из пирамид древнего Египта (созданной в XIV в. до н. э.) исследователями также была обнаружена фреска, изображающая древних стеклоделов за работой. Так, ученым в общих чертах удалось восстановить технологию стеклоделия того времени.
Древнеегипетская стеклодувная печь
В эллинистический период произошло дальнейшее развитие технологии стеклоделия, что позволило производить стеклянные изделия большого размера (столовую посуду). Также была разработана технология смешения стекла нескольких цветов для получения мозаичных структур. В этот период бесцветное стекло начало цениться больше цветного, поэтому были усовершенствованы и технологии его изготовления.
Одним из величайших периодов в истории стекла стал период Римской империи, когда человек научился выдувать стекло и придавать стеклянным предметам желаемую форму и размер. Римляне варили стекло не на костре, а в стекловаренной печи, сложенной из камня. Поэтому им удавалось получать более высокие температуры, и стекло у них плавилось уже по-настоящему, превращаясь в ослепительно сияющую жидкость. Первые в Италии стекловарни были устроены при Цезаре в Риме, тогда же возникла и мозаика. Во времена императора Тита (конец I в. н. э.) применялись уже оконное литое стекло и стеклянные пластинки для облицовки стен. Листовое оконное стекло было большой роскошью и редкостью и применялось лишь для церквей вплоть до конца XII ст. Частные жилища у богатых римских патрициев были снабжены слюдяными окнами. В начале I в. н. э. один римский мастер сделал длинную и тонкую железную трубку с небольшим расширением на конце. На другой ее конец он насадил деревянный мундштук, чтобы защитить губы от ожога. Это простое изобретение оказалось поистине гениальным, ведь на протяжении почти двух тысяч лет все стеклянные изделия создавались при помощи этой трубки. Искусство стеклоделия в Древнем Риме находилось на высоком уровне, к выдающимся образцам мирового искусства относится Портландская ваза (хранится в Британском музее).
Портландская ваза (Древний Рим)
После падения Римской империи (конец V в.) центр стеклоделия перемещается в Византию, где освоили выплавку цветного непрозрачного стекла (смальты) для мозаики, сменившую каменную мозаику.686 г. н. э. считается годом создания первых витражей из стекла.
Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад, а широко эта отрасль стала развиваться в первой половине XI в. При раскопках в слоях XI-XIII вв. обнаружено множество мастерских по производству стеклянных бус и браслетов, которые были тогда очень модными украшениями. Таким образом, первоначально стекло и изделия из него появились не как предмет первой необходимости, а как предмет искусства, роскоши. Первое упоминание о стеклянных заводах в России относится к царствованию Алексея Михайловича. В1635 г. близ Можайска шведом Елисеем Коэтом был построен первый в России стекольный завод, а в1668 г. - Измайловский завод под Москвой. При Петре I на Воробьевых горах построили государственный стекольный завод. В1748 г. М.В. Ломоносов организовал при Петербургской академии лабораторию, в которой проводил опыты с окрашиванием стекла, варил смальту, разработав палитру цветной стеклянной мозаики. В1753 г. им была построена для производства цветного стекла Усть-Рудицкая фабрика под Петербургом. Д. И. Менделееву принадлежит заслуга первой научной трактовки строения стекла. К1913 г. в России работало уже 275 стекольных заводов. За годы Советской власти в СССР создана мощная стекольная промышленность, оснащенная совершенным оборудованием.
Покрыв стекло амальгамой, человек изобрел зеркало. Сперва металлические, а потом зеркала из стекла начали встречаться в домах князей и бояр в XVII в., но довольно редко из-за поверья, приписывавшего изобретение зеркал дьяволу. Первую зеркальную фабрику в России завел в1716 г. в Санкт-Петербурге князь Меньшиков.
Европу стекло завоевало только в средние века: оно использовалось как в быту, так и при строительстве храмов для изготовления цветных витражей. В жилых домах знати начали появляться окна с крестообразным переплетом, который символизировал крестное знамение и оберегал здание и его жителей от несчастий. К концу I тысячелетия существенно изменились методы производства стекла в Европе, особенно это коснулось состава сырья. Учитывая трудности с доставкой такого компонента смеси как сода, его заменили на поташ, получаемый при сжигании дерева.
С XIII в. начала свой отсчет история венецианского стекла, основанная на упорном стремлении венецианцев добиться монополии в европейском стеклоделии. Мастера стали добавлять в расплав небольшое количество свинца, что сделало венецианское стекло еще более прозрачным. В конце XIII в. в Венеции насчитывалось уже более тысячи стекловаренных печей. Но частые пожары, вызываемые их круглосуточной работой, вынудили городские власти перенести производство на расположенный поблизости остров Мурано. В1454 г. в Венеции был издан закон о смертной казни за разглашение тайны получения венецианского стекла. Мастерам и их семьям грозили тюрьмой и смертью за попытки покинуть Венецию. Изделия из муранского стекла ценились в Европе невероятно высоко, считались предметами роскоши и были очень дорогими. Венецианские дожи подносили изделия из стекла в качестве драгоценных подарков важным персонам, посещавшим город.
В XVII в. лидерство в развитии технологии производства стекла постепенно перешло к английским мастерам, благодаря изобретению Джорджем Равенкрофтом в1674 г. нового способа производства хрусталя: он заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами, которое очень хорошо поддавалось глубокой резке и гравировке. В1615 г. в Англии предлагается способ использования угля в качестве топлива для стекловаренных печей. Это дает возможность получать при высоких температурах термостойкое стекло.
В1905 г. бельгиец Фурко совершил еще один переворот в стекольной индустрии: он изобрел метод вертикального вытягивания из печи стеклянного полотна постоянной ширины. В1914 г. его метод усовершенствовал другой бельгиец – Эмиль Бишеруа, который предложил вытягивать стеклянное полотно между двух роликов, что значительно упрощало процесс дальнейшей обработки стекла.
Флоат - метод был разработан в1959 г. исследователем А. Пилкингтоном. При этом процессе стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг. Преимущества этого метода по сравнению со всеми предыдущими: стабильная толщина стекла, высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки, отсутствие оптических дефектов в стекле, высокая производительность процесса. Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 6×3,21 м, а толщина листа может быть от 2 до25 мм. В настоящее время в мире производится около 16 500 млн т листового стекла в год. В последние годы созданы такие принципиально новые стеклокристаллические материалы, обладающие уникальными свойствами, как ситаллы и шлакоситаллы.
Впервые стекло как строительный материал предложили использовать конструктивисты в конце прошлого века. В наши дни стекло стало доступным и очень часто используется как для наружной отделки, так и в дизайне помещений. Несмотря на постоянно меняющиеся тенденции моды и появление новых стилей, стекло не сдает своих позиций, органично вписываясь как в классический интерьер, так и в комнату в стиле хай-тек.
Стекло с давних времен служит человеку. Сочетая такие свойства, как прозрачность, твердость, стойкость против разъедания минеральными кислотами и жаропрочность, а также способность изменять эти свойства, легко окрашиваться в разные цвета и формоваться разнообразными способами, стекло стало незаменимым материалом в архитектуре XXI века, в технике и в быту.
Первое стекло – обсидиан возникло из вулканической лавы и использовалось людьми для изготовления режущих предметов. Отвечая на вопрос, откуда появилось стекло, ученые сделали вывод, что это произошло примерно 55 веков назад, на территории Древнего Египта и Месопотамии. Первыми предметами из стекла были небольшие шарики правильной формы. Скорее всего, они не имели практической ценности, поскольку образовывались случайно при производстве керамики и обработке металла.
Когда впервые появилось стекло, сделанное руками человека, оно было непрозрачным, темного, почти черного цвета. В самом начале изготавливали его на кострах, позднее были созданы специальные стекловаренные печи. Песка и извести такое стекло содержало немного, благодаря чему плавилось при более низкой температуре.
Как появились первые стекла
В качестве основного сырья для непрозрачного стекла использовались:
· сода, полученная от сжигания галофитов (растений, обитающих на берегах древних соленых озер и в почвах с повышенным содержанием соли);
Цветное стекло египетские мастера изготавливали, добавляя в смесь песка и соды железо, марганец или медь. Ответ на вопрос, как появилось стекло, ученые дают на основании древних рисунков и записей. Технология производства содержалась под строгим секретом не только самих мастеров, но властей древнего государства. Стекло изготавливали только при дворе правящих особ и использовали исключительно в декоративных целях.
Самым первым египетские мастера начали производить катаное стекло. Исходное сырье смешивали и неоднократно плавили в тиглях. Только после нескольких плавок материал становился достаточно чистым. Из такого сырья делали вазы и украшения. Перед тем, как изготовить необходимый предмет, мастер расплавлял кусок уже готового стекла, формировал основу из песка или глины, затем облеплял его мягким разогретым стеклом, надевал на прочный шест и в таком виде прокатывал по гладкой поверхности. В результате чего поверхность самого сосуда тоже становилась гладкой. Ее декорировали нитями из разноцветного стекла различной толщины. Эти нити вдавливались в еще мягкий разогретый сосуд. Цвета мастер подбирал таким образом, чтобы общий фон и узор контрастировали между собой.
Самыми первыми стеклянными предметами считаются амулеты, украшения и сосуды – вазы, кувшины, кубки, малые сосуды для благовоний, позднее начали производить столовую посуду и литые оконные стекла. Когда появилось 1 стекло, оно было доступно исключительно представителям знати и считалось истинной роскошью, а оконные стекла изготавливались только для храмов.
После появления технологии листового стекла, византийские мастера научились изготавливать цветное плоское стекло – смальту. Цвет ей придавали с помощью золота, меди, железа, ртути и марганца. В Византии производилась смальта нескольких сотен расцветок. В результате чего большее развитие получила мозаика. Для производства картин и фресок смальту отливали в виде листов, раскалывали их на одинаковые фрагменты, а затем из них составляли настоящие произведения искусства.
Выдувание стекла
В период между 27 годом до нашей эры и 14 годом нашей эры сирийские мастера изобрели стеклодувную трубку. Этот инструмент позволил придавать стеклу различные формы. С помощью технологии выдувания стеклянную посуду производят и сегодня. В те времена Сирия находилась под защитой Римского государства, что создавало благоприятные условия для развития стеклодувного ремесла и его распространения по всей территории Римской Империи. В восточных ее провинциях были построены первые термические печи, пригодные для производства прозрачного стекла.
В современном стеклодувном производстве используется точно такая же трубка, с какой работали мастера древности. За тысячелетия инструмент не претерпел никаких изменений. Это полый металлический стержень, одна треть которого обшита деревом. Длина стержня – 1 – 1,5 метра. Помимо трубки, в работе мастера участвуют специальные ножницы и щипцы. С их помощью стеклянную массу разрезают, прикрепляют к концу трубки, формуют и вытягивают.
Процесс выдувания стекла выглядит так: трубку сильно разогревают в расплаве стекла. Затем ею же из печи достают стекло, температура которого в этот момент составляет 1300 градусов. Выглядит оно, как комок вязкой массы ярко-красного цвета. Комок этот концентрируется на наконечнике трубки, налипает на нее и в таком виде выходит из печи. Мастер слегка раскатывает его на плоской стальной поверхности и дует во второй наконечник, в результате чего на нем образуется пузырь – будущий кувшин или украшение.
Необходимая текстура придается с помощью специальной лопатки. Мастер обрабатывает ею предмет, пока он не остыл. После завершения манипуляций трубка все еще остается внутри поделки и вынимается из нее только после окончательного остывания.
В каком году появилось стекло, созданное по краун-технологии
Во 2 веке нашей эры сирийские ремесленники научились изготавливать плоское стекло. Для этого на конце стеклодувной трубки выдувался большой пузырь, который затем интенсивно вращался и под действием центробежной силы становился плоским диском. Сегодня такой метод носит названии краун-процесса. С его помощью современные стеклодувы острова Мурано изготавливают цветные диски для декорирования интерьеров на территории всего мира.
Когда появилось стекло в России
В период с 10 по 12 век в Киевской Руси работали стекловарные мастерские. Однако монгольское нашествие остановило развитие ремесла на несколько столетий. Возобновилось оно в 17 веке. Первый стекольный завод был построен в 1634-1639 годах в селе Духанине, под Москвой. В 1669 г такой же завод построен в Измайлове. В 18 веке М.В. Ломоносов разработал технологию создания цветного стекла.
Виды стекла сегодня
В зависимости от материала производства стекло бывает:
В соответствии со стеклообразующим сырьем оно делится на:
· лабораторное или медицинское;
В зависимости от области использования специалисты подразделяют стекло на:
Стекло в интерьере
С того момента, когда появилось стекло, прошло несколько тысяч лет. Сегодня стекло является неотъемлемой частью каждого помещения, активно используется во внешней и внутренней отделке. Оно максимально увеличивает световые потоки и расширяет пространство. Возможности этого материала в интерьере можно назвать безграничными. Он прочен, экологически чист, долговечен, негорюч, относительно легко поддается резке и обработке. Это позволяет изготавливать из стекла не только отдельные элементы декора – витражи, перила, дверные полотна, но и целые части помещения – стены и перегородки.
Нередко для интерьерных и архитектурных решений используется флоат-стекло. Производится оно одноименным флоат-методом. Его суть заключается в том, что расплавленная исходная масса наливается на слой жидкого металла. После застывания образуется термополированное стекло равной толщины, с высококачественной поверхностью. Из такого материала изготавливаются витрины, светопропускающие межкомнатные перегородки. Также с его помощью остекляют фасады, монтируют зимние сады и элементы кровли.
Изготовление листового стекла началось около 2000 лет назад. Но до его появления уже существовали основные приемы работы с расплавленным стеклом и разнообразная техника изготовления несложных изделий из стекла в виде бус, сосудов и браслетов.
Возникновение древнего стеклоделия восходит примерно к III тыс. до н. э. К этому периоду древними мастерам создан новый материал – стекло. Создание стекла по масштабам открытия — колоссальное научно-техническое достижение, его появление в истории техники и культуры может быть сопоставлено с открытием металлов, керамики и металлических сплавов.
Как, где, когда и кто начал делать искусственное стекло? На этот вопрос существуют разные версии. Стекло – искусственный материал, который создан человеком, но известны и природные стекла — обсидианы, которые образуются в магматических расплавах при высоких температурах во время извержения вулканов и падение метеоритов. Обсидианы представляют собой полупрозрачные черные стекла, обладающие высокой твердостью, и коррозионной стойкость и использовались в древности в качестве режущего инструмента. Некоторые считают, что именно обсидианы толкнули человека на создание их искусственных аналогов, однако области распространения природных и искусственных стекол не совпадают.
Наиболее вероятно, что представления о стекле развивались в тесной связи с изготовление гончарных изделий и металлообработкой. Возможно, на ранних стадиях стеклоделия древние мастера увидели аналогии в свойствах стекла и металлов, которое и определили технологические приемы обработки стекла. Признав стекло аналогичным металлу (пластичность в горячем состоянии, твердость в холодном), древние создали возможность перенести в стеклоделие приемы обработки металлов. Таким путем были заимствованы тигли для варки стеклянной массы, формы для отливки изделий, технологические приемы горячей обработки (литье, сварка). Этот процесс происходил постепенно, особенно на первых этапах, настолько различны по своей природе стекло и металл.
Самые древние изделия имели только стекловидный слой на поверхности фаянса, и найдены в гробнице фараона Джосера (III династия Древнего царства в Египте, 2980—2900 г.г. до н.э). Образцы стекла в виде слитков, датируемые XXII-XXI вв. до н. э., обнаружены при раскопках в области Древнего Двуречья.
Кто изобрел стекло?
История этого материала так далека во времени, что изменялась не один раз в свете археологических открытий и всё ещё считается спорной. На первенство в стеклоделании претендуют Египет, Средиземноморье, Африка и Древняя Месопотамия.
Первое стекло
Образцы египетского стекла — это стеклянная глазурь на фаянсовых плитках пирамиды Джессера, время создания которой — XXVII век до н. э. Есть и ещё более ранние образчики — фаянсовые украшения возрастом около 5 000 лет.
Сначала стекло у египтян выходило мутного синеватого или зеленоватого оттенка — в зависимости от того, где добывали песок для его производства и какие примеси он содержал. Бесцветное стекло люди научились делать гораздо позднее, вероятно — в I веке уже нашей эры: для обесцвечивания стали использовать марганец.
В Месопотамии археологи нашли стеклянную цилиндрическую печать возрастом примерно 4 500 лет. Сосуды для благовоний — одна из частых находок учёных при раскопках территории Старовавилонского царства.
История появления стекла на Руси. Развитие ремесла
В 18 веке несколько стекольных заводов заработало в окрестностях Петербурга. Было заново изобретено цветное стекло. Изделия расписывались золотом и серебром, украшались прозрачными и непрозрачными эмалями.
Древнейшие технологии
История стекла в истории человечества насчитывает более 4 тысяч лет. Изображения и артефакты, найденные в гробницах фараонов, дают представление о древнейших способах производства и вкусовых предпочтениях египтян. Так, стекло изначально использовали в качестве глазури для глиняной посуды. Также из него делали бусины, флакончики и подвески.
Египтяне, в отличие от жителей Двуречья, предпочитали непрозрачное стекло. Его окрашивали окислами металлов в синий, фиолетовый, желтый и другие цвета. Только чиновники и особы царской крови могли позволить себе стеклянные изделия. Мелкие предметы изготавливались следующим методом: на металлический прут помещался глиняный сердечник, на который наматывали горячее стекло.
Крупные делались так: форму помещали в стеклянную массу и поворачивали. Стекло тонким слоем оседало на стенках и затвердевало, а форма впоследствии извлекалась.
Стекло на Руси. Развитие ремесленного дела
К нам стекло попало из Византии. Осуществляя раскопки в Киево-Печерской лавре, археологами были найдены стекольные мастерские, относящиеся к XI веку. Изделий, конечно, сохранилось не много и большинство секретов мастерства оказались утраченными. А потому сложно предположить, какой именно была история стекла в России и была ли она вообще.
Всемирная история неоднократно подтверждает: некоторые вещи человечеству приходилось изобретать заново. Возрождение стекольного дела произошло в XVII веке, а именно в 1639, когда мастер из Швеции Ю. Койет отстроил неподалеку от Санкт-Петербурга завод, производивший стекла для окон и аптекарские склянки, через 30 лет открылся Измайловский завод. Там изготавливались только дорогие изделия, прообразом которых стали венецианские шедевры.
В XVIII веке в окрестностях Санкт-Петербурга функционировало уже несколько стекольных предприятий. Была разработана новая технология производства цветного стекла. Изделия отделывались серебром и золотом, а также украшались разного рода эмалями.
Первое оконное стекло
Первое оконное, по настоящему плоское стекло впервые появилось значительно позже, в Древнем Риме. Оно было обнаружено при раскопках Помпеи и датируется годом извержения вулкана Везувий, 79 г. н. э. Оконное стекло получали методом литья на плоскую каменную поверхность. Конечно, качество стекла при этом сильно отличалось от современного.
Производство оконного стекла методом вытягивания из расплава
Уильям Кларк из Питтсбурга первый предложил способ производства листового стекла вытягиванием со свободной поверхности расплав. В 1857 г. он представил английский патент, согласно которому, формование плоского листа осуществляется медленным вертикальным вытягиванием затравки с поверхности расплава. В течение последующих 50 лет старались решить основную проблему – сужение ленты стекла при вытягивании, но все попытки были неудачными.
В 1871 году бельгийский изобретатель Ф.Вэллин (F.Vallin) получил французский патент (№ 91787) на производство оконного стекла механическим вытягиванием стекла. Для непрерывной подачи расплава он предложил систему горшков, которые связаны между собой трубкой, так что стекломасса из одного горшка поступала в другой. В последний большой овальный горшок, который был заключен в трубу, опускалась металлическая пластина (затравка).
Формование плоского листа происходило при движении этой пластины вверх. В трубе также располагались по бокам стекла воздушные трубки с отверстиями для охлаждения стекла. Лист стекла поддерживался роликами, покрытыми асбестовой тканью. Вытягивание стекла может происходить в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном. В последнем случае предусматривался специальный металлический валок. Вэллин был гениальным изобретателем и предложил практически все основные элементы механического вытягивания, которые в 20 столетии будут применяться во всех способах вытягивания стекла.
В то время, когда ванные печи были неизвестны, он представил систему стекловаренных горшков, в которых осветленная стекломасса поступала снизу по трубкам из одного горшка в другой, до основного, из которого происходило вытягивание стекла. Эта система непрерывной подачи расплава стала основой появления ванных стекловаренных печей. В 1890 году Вэллин основал в Гифорсе компанию по производству оконного стекла механическим вытягиванием.
В 1905 году бельгийский инженер Эмиль Фурко (Emile Fourcault) предложил свой способ вертикального вытягивания стекла. При этом старейшем способе (ВВС) используется шамотная лодочка, из щели которой под действием гидростатического давления вытекает постоянный поток стекла. Скорость вытягивание можно регулировать глубиной погружения лодочки. Лента стекла из лодочки поступала в шахтную камеру, где с двух сторон находятся водо-охлаждаемые трубки, и далее по роликам поступала в печь отжига.
Процесс вытягивания стекла позволил производить дешевое оконное стекло с огненно-полированными поверхностями Основной дефект тянутого стекла появляется при формовании (вытягивании) и связан с нарушением плоскостности стекла. Такие нарушения приводят к оптическому эффекту линзы и искажению изображения. Тянутое (машинной выработки) оконное стекло широко применялось в строительстве для остекления окон и теплиц.
Переход на новые способы производства оконного стекла – флоат-процесс
Заслуга создания революционного способа производства полированного стекла (флоат процесс) принадлежит Сэру Аластару Пилкингтону
Лайонел Александр Бетин (Аластар) Пилкингтон родился в 1920 году, после окончания школы в Шерборне поступил в Тринити Колледж в Кембридже, где получил свою первую научную степень в области механики. Во время войны он покинул университет и поступил на службу в Королевскую артиллерию. Участвовал в военных действиях в Греции и на Крите. После освобождения из плена в конце войны, он вернулся в Кембридж для продолжения учебы и решил продолжить карьеру как гражданский инженер.
В марте 1947 году он был назначен техническим помощником на фабрике листового стекла Пилкингтон, а через два года выполняет обязанности производственного менеджера на фабрике в Донкастере. В 1952 году Аластар возвращается в Сент-Хеленс, и под его руководством начинаются экспериментальные работы над разработкой флоат процесса. В результате первых экспериментов, он предложил для формования и транспортировки ленты стекла использовать расплав металла.
В 1953 году на первой опытной установке был изготовлен образец флоат-стекла (float-glass) шириной 300 мм.
В 1955 году на новой экспериментальной установке было получено флоат-стекло шириной 760 мм, и правление Пилкингтон принимает смелое и рискованное решение о строительстве производственной флоат линии (float-line) шириной 2540 мм. Компания надеялась на успех, но в тоже время понимала, что в случае неудачи финансовые потери будут составлять миллионы фунтов. С другой стороны, успешный запуск линии гарантировал значительный и революционный скачок в технологии листового стекла за всю длительную историю производства стекла.
Производственная линия, работающая по флоат-методу, была введена в Коулей Хилле (Великобритания) 6 мая 1957 года. Многие в то время не верили в новый процесс, и говорили, что эта линия не произведет даже 1 m² стекла. Только через 14 месяцев было получено первое качественное флоат-стекло (float-glass) толщиной 6,5 мм, и 20 января 1959 года компания Пилкингтон официально опубликовала пресс-релиз, в котором представила флоат-процесс следующими словами:
В соответствии с разработанной компанией Пилкингтон (Pilkington) флоат-способом стекломасса из студочного бассейна при температуре 1100°С непрерывной лентой поступает из стекловаренной печи на поверхность расплавленного олова. Лента выдерживается при достаточно высокой температуре для удаления всех дефектов и неровностей на поверхности стекла. Так как поверхность расплавленного металла является идеально ровной поверхностью, то стекло приобретает “огненно-полированную” блестящую поверхность, которая не нуждается в дальнейшей шлифовке и полировке.
При проведении экспериментов установлено, что расплавленная стекломасса не растекается бесконечно на поверхности расплавленного олова. Когда силы тяжести и поверхностного натяжения уравновешиваются, лента приобретает равновесную толщину около чуть меньше 7 мм. Для получения ленты стекла различной толщины были созданы методы, основанные на регулировании вязкости стекла в зоне формования и величины растягивающего усилия. Если необходимо получить толщину ленты стекла больше 7 мм, то ее сжимают несмачивающими бортовыми ограничителями.
В начале работе возникла проблема выбора расплавленного металла, который должен находиться в жидком состоянии в пределах температурного интервала от 600 до 1050°С, иметь низкие значения давления паров, а величина плотности должна быть выше, чем стекла. Исследования показали, что всем этим требованиям соответствует олово, которое почти не взаимодействует со стеклом, и является вполне доступным и дешевым продуктом. Но олово при высоких температурах окисляется кислородом с образованием оксидных соединений. Поэтому, чтобы исключить окисление поверхности расплава олова, во флоат-ванне необходимо создавать инертную атмосферу азота с малой добавкой водорода. После формования лента стекла охлаждается до 620°С и транспортируется в печь отжига.
Стекольное дело сегодня
Промышленная революция XVIII-XIX веков стала важным этапом и в истории стекла. Разрабатывались печи нового типа, изменялись технологии. Появилось множество новых заводов, продукция которых создавалась уже для широких масс, а не для титулованных особ. Стекло стало доступным для всех. В начале прошлого века в России работала масса предприятий, производивших как посуду, так и листовое стекло. Но оставался немалым и объем импорта.
Это случилось в Древнем Египте. Именно здесь появились первые стеклянные украшения и амулеты. Одно из таких украшений было обнаружено учеными в саркофаге царицы Хатшепсут, оно имело зеленовато-черный оттенок. Также встречались древние голубые амулеты. Так как ученые считают эти находки древнейшими, то на вопрос, когда появилось стекло, они отвечают – около 12 тысяч лет назад. Именно столько лет насчитывает существование голубых и зеленых украшений из числа египетских археологических находок.
Перед тем, как появилось стекло в прозрачном виде, каким мы знаем его сейчас, древние египтяне практиковали изготовление цветных изделий. Для этого брали песок, добавляли известь и щелочные компоненты (золу, соду). Подкрашивали стеклянные изделия с помощью марганца, меди, железа. Так получали голубое, бирюзовое, синее, зеленое стекло.
Далее история появления стекла получила значительное развитие. Это произошло в промежутке 250-ти лет до нашей эры. Появился первый стекольный завод, который был построен в Александрии. Позже из стекла научились выдувать цилиндры, выпрямлять его для получения листов. Эти древние технологии использовались вплоть до конца 20-го века нашей эры, активно применялись для создания художественных изделий из стекла.
Из Египта стеклянные изделия начали проникать в Рим, в период римских завоеваний. Далее материал получил распространение в Европе, Британии. После того, как Римская империя пала, стекольное ремесло начало приходить в упадок.
Однако, в 18 веке начался расцвет стекольного искусства на острове, расположенном рядом с Венецией, начали активно использовать стекло в быту и художественных целях. До сих пор на весь мир славится настоящее муранское стекло. Это разноцветные изделия из разных по форме и оттенку деталей. К концу 18 века был найден способ получения зеркальной поверхности, появился метод шлифования. Это открыло совершенно новые возможности для декоративного и прикладного применения стекла.
В конце 19-го века началась эпоха массового промышленного изготовления стекла, что связано с развитием производства соды.
Стекло является самым древним и универсальным по свойствам материалом, которое известно человеку. Об этом свидетельствуют найденные фаянсовые украшения, которые относятся к периоду правления первой фараоновой династии в Египте. О стекле здесь было известно 5 000 лет назад. При археологических раскопках в Месопотамии обнаружили цилиндрическую стеклянную печать, относящуюся к династии Аккада. Ее возраст около 4 000 лет. Также подобные изделия находили в Индии и Японии. Ученые до сих пор не пришли к единому мнению, где и когда появилось стекло.
Как появилось стекло? Легенда
Согласно легенде финикийские купцы, после длительного плаванья, остановились на песчаном берегу, чтобы приготовить пищу. Они сложили из кусков африканской соды очаг для огня. В качестве топлива была взята солома. Когда купцы проснулись утром, чтобы плыть дальше, то обнаружили на своем пепелище небольшой слиток из стекла. Русские мастера овладели секретом производства стекла больше 1000 лет назад. Тогда сырьем для материала служили песок, щелочь и известь. Иногда вместо щелочи использовали соду или золу из растений.
Химический состав стекла
Стекла бывают искусственными и естественными. Естественное стекло образуется в ходе извержения вулкана или когда молния попадает в залежи кварцевого песка. Но этот процесс настолько редкостное явление, что для своих нужд человек научился получать искусственное стекло.
Этот материал является аморфным телом, которое получается путем переохлаждения расплава, состоящего из разнообразных окислов. В зависимости от основного компонента, различают боратные (В203), комбинированные, фосфатные (Р205) и силикатные стекла (SiO2). Самым распространенным считается силикатное стекло. На 70-75% оно состоит из двуокиси кремния (SiO2). Ее получают из кварцевого песка. Второй компонент, придающий стеклу химический блеск и стойкость – это окись кальция. Раньше его добывали из золы деревьев или морских раковин, а сегодня люди знакомы с известняком. Также в состав материала входят оксид калия (K2O) и оксид натрия (Na2O), благодаря которым плавится стекло. Если стекло преимущественно состоит из высокой чистоты кремнезема, то оно именуется кварцевым.
Виды стекол
По физическим свойствам выделяют обычные, жаростойкие и цветные стекла. Немного о каждом виде.
Обычные стекла бывают известково-натриевые, известково-калиевые и известково-натриево-калиевые. Из них изготавливают оконные стекла, посуду. Они обладают высокой термостойкостью и химической стойкостью. Их основной недостаток – хрупкость. Для расширения области применения их в производстве стекла закаливают и получают многослойное стекло – триплекс.
Их еще называют термостойкими или огнеупорными. Их используют для изготовления особых изделий – жаростойкой посуды, установок для химического машиностроения. К ним относят лабораторное стекло, боросиликатное стекло и ситаллы. Жаростойкие стекла характеризуются высокой антикоррозийной стойкостью, теплостойкостью.
В такие стекла после их застывания (когда они имеют желтовато-зеленый или голубовато-зеленый оттенок) добавляются разные оксиды металлов. В процессе варки они изменяют структуру стекла и его цвет. Из таких материалов делают посуду, художественные изделия, витражи.
Как изготавливают стекло?
В промышленности стекло производится в процессе варки. Сырье имеет название шихты. Стеклодувы доводят его до высоких температур и расплавляют. После нагревания нужно расплавленный материал охладить с особой температурой и скоростью для того, что оно застыло, так как надо. Самая важная задача состоит в том, чтобы не дать ему закристаллизоваться. Иначе стекло не будет таким ровным и гладким. Готовое стекло обладает пределом прочности, упругостью, плотностью, твердостью, хрупкостью, теплопроводностью и своей температурой плавления.
Читайте также: