Стекло - что такое и как производится? Свойства стекла. Как и из чего сделано стекло и стеклянные изделия

Получение стекла, бывшего когда-то редкостным и ценным произведением искусства, в настоящее время является распространенным производственным процессом. Изделия из стекла используются в качестве промышленной и бытовой тары, изоляторов, армирующего волокна, линз и предметов декоративного искусства. Материалы для получения различных типов стекла могут отличаться, но общий процесс его получения описан ниже.

Шаги

Использование печи

Приобретите кварцевый песок. Кварцевый песок - это основной ингредиент для производства стекла. Стекло без примесей железа ценится за прозрачность, так как если в стекле содержится железо, стекло будет казаться зеленоватым.

Надевайте маску, если вы работаете с очень тонкозернистым кварцевым песком. При вдыхании он может раздражать горло и легкие.
Кварцевый песок можно купить в интернет-магазинах. Он довольно дешевый, мешок весом 25 кг стоит в районе 200 рублей. Если вы хотите работать в промышленных масштабах, то для больших партий специализированные продавцы могут предложить хорошие цены - иногда менее 2000 рублей за тонну.
Если вы не можете найти песок, который содержит мало примесей, эффект зеленоватого оттенка можно компенсировать добавлением небольших количеств диоксида марганца. А если вы хотите зеленоватое стекло, оставьте железо как есть!

Добавьте к песку карбонат натрия и оксид кальция. Карбонат натрия (называемый кальцинированной содой) снижает температуру получения промышленных стекол. Однако он вызывает разъедание стекла водой. Поэтому, чтобы нейтрализовать это явление, в стекло дополнительно вводят оксид кальция, или известь. Для того, чтобы сделать стекло более стойким, в него вводят оксиды магния и/или алюминия. Обычно эти добавки занимают не более 26–30 процентов в составе стекла.

В зависимости от назначения стекла, добавьте другие химические вещества. Наиболее распространенная добавка для декоративных стекол - это оксид свинца, который обеспечивает блеск хрусталя, а также его низкую твердость, облегчающую резку, а также низкую температуру образования расплава. Линзы очков могут содержать оксид лантана, Который используется из-за своей преломляющей способности, тогда как железо способствует поглощению железа стеклом.
- Свинцовый хрусталь может содержать до 33 процентов оксида свинца, однако чем больше свинца, тем больше опыта требуется для того, чтобы сформовать расплавленное стекло, поэтому многие стеклоделы выбирают низкое содержание свинца.
Добавьте компоненты для получения желаемого цвета стекла, если это необходимо. Как было отмечено выше, примеси железа в кварцевом стекле придают ему зеленоватый вид, поэтому оксид железа добавляется для повышения зеленоватого оттенка, как и оксид меди. Соединения серы дают желтоватый, янтарный, коричневатый и даже черный оттенок, в зависимости от того, сколько углерода или железа дополнительно добавляют в стекольную шихту.

поставьте шихту в хороший температуроустойчивый тигель. Тигель должен выдерживать исключительно высокую температуру, которая достигается в печи. В зависимости от добавок, она может колебаться от 1500 до 2500 градусов. Тигель должен быть таким, чтобы захват его металлическими щипцами и прутьями не составлял затруднений.

Расплавьте смесь до жидкого состояния. Для промышленного силикатного стекла это осуществляется в газоотапливаемой печи, специальные стекла можно плавить в электрической, горшковой или муфельной печи.
- Кварц и песок без примесей переходят в стеклообразное состояние при температуре 2300 градусов Цельсия.Добавление карбоната натрия (соды) снижает температуру, необходимую для стеклообразования до 1500 градусов Цельсия.
Гомогенизируйте расплавленное стекло и удаляйте из него пузырьки. Это подразумевает размешивание стекла до равномерной густоты и добавление таких веществ, как сульфат натрия, хлорид натрия или оксид сурьмы.

Отформуйте расплавленное стекло. Формование стекла можно осуществлять одним из следующих способов:
- Расплав стекла можно вылить в форму и дать ему остыть. Этот метод использовался египтянами, именно так создаются большинство оптических линз.
- Большое количество расплавленного стекла можно собрать на конце полой трубы, а затем выдувать его, поворачивая трубу. Стекло формуется благодаря воздуху, продуваемому в трубу, силе тяжести, действующей на расплав стекла, и любым инструментам, которые использует стеклодув для работы с расплавленным стеклом.
- Расплавленное стекло можно выливать в ванну с расплавленным оловом, используемым в качестве субстрата, и продувать его сжатым азотом для формования и полировки. Сформованное по этому методу стекло называется флоат-стеклом и именно так производят листовое стекло с 1950-х годов.
Медленно охладите стекло в печи. Этот процесс называется отжигом, и при нем удаляются все точечные источники напряжений, которые могут образовываться в процессе охлаждения стекла. Неотожженное стекло гораздо менее прочное. Как только процесс будет завершен, на стекло можно наносить покрытие, ламинировать или обрабатывать его каким-либо другим способом для повышения прочности и стойкости.

Использование жаровни на древесном угле
1. Сделайте импровизированную печь из гриля для барбекю, отапливаемого древесным углем. В этом методе для расплавления кварцевого песка в стекло используется теплота, вырабатываемая пламенем от сжигания древесного угля. Используемые материалы относительно дешевы и доступны - теоретически, чтобы подготовить все необходимое для получения стекла, вам понадобится лишь сбегать в строительный магазин. Используйте большой гриль для барбекю - подойдет гриль стандартного размера модели «купол». Он должен быть как можно более толстостенным и прочным. Большинство грилей для барбекю имеют вентиляционное отверстие на дне - откройте его.
  - Даже при чрезвычайно высокой температуре, которая достигается при использовании данного метода, расплавить песок на гриле может быть очень сложно. Перед тем как начать, добавьте к песку небольшое количество (около 1/3–1/4 объема песка) стиральной соды, извести и/или буры. Эти добавки снижают температуру плавления песка.
  - Если вы собираетесь выдувать стекло, имейте под рукой длинную полую металлическую трубу. Если же вы собираетесь выливать стекло в форму, подготовьте ее заранее. Вам нужна форма, которая не сгорит и не расплавится от жара расплавленного стекла, для этих целей отлично подходит графит.
2. Знайте опасность этого метода. Этот метод предусматривает нагрев гриля для барбекю за пределы его нормальных температурных ограничений - настолько, что может даже расплавиться сам гриль. Неосторожная работа с использованием этого метода представляет угрозу тяжелейших ранений или даже смерти . Работайте с осторожностью. Держите под рукой большой объем земли, песка или огнетушитель, предназначенный для высоких температур, на случай, если вам понадобится уменьшить интенсивность огня.
  
  Предпримите все возможные меры предосторожности, чтобы защитить себя и ваши вещи от высокой температуры. Работайте по данному методу на бетонной поверхности вне помещения, в условиях достаточного пространства вокруг. Не используйте незаменимое оборудование. Держитесь подальше от гриля, когда вы варите стекло. Вам также нужно надеть как можно больше защитной одежды, включая:
  - высокопрочные перчатки или рукавицы для печей;
  - сварочную маску;
  - высокопрочный фартук;
  - огнестойкую одежду.
3. Приобретите пылесос для домашней мастерской с длинной насадкой на шланг. С помощью клейкой ленты или еще каким-нибудь образом изогните шланг так, чтобы он дул прямо в вентиляционное отверстие на дне, не касаясь корпуса гриля. Вероятно, вам понадобится прикрепить шланг к одной из ножек или колесиков гриля. Поставьте сам пылесос как можно дальше от гриля.
  - Убедитесь, что шланг закреплен и не двигается: в случае высвобождения его во время варки стекла, не подходите к грилю, если он будет сильно разогрет.
  - Включите пылесос, чтобы проверить положение шланга. Точно размещенный шланг будет дуть прямо в вентиляционное отверстие.
4. Выложите внутреннюю поверхность гриля древесным углем. Используйте больше угля, чем вы бы взяли для запекания мяса. Успешные результаты наблюдаются при заполнении гриля практически до краев. Поставьте в середину гриля чугунную кастрюлю или тигель с песком, обсыпав их древесным углем.

Стеклянная посуда, окна в домах и многое другое – для нас сегодня это привычные предметы обстановки. Однако много веков назад стеклянные кубки стоили баснословно дорого, и их можно было встретить только на столах у наиболее богатых и знатных вельмож.

Из чего же делают стекло, и как люди научились его изготавливать?

История изобретения стекла

Стекло было известно, по крайней мере, две тысячи лет назад. Древнеримский историк Плиний описал случай, в результате которого оно было изобретено. По его версии, однажды моряки, везшие на своем корабле соду, высадились заночевать на берегу, покрытом чистым золотым песком.

Они разожгли костер, чтобы приготовить ужин и согреться. Случайно один мешок из их груза прорвался, и сода высыпалась в костер. Ночью пошел дождь, смыл золу и головешки, и моряки увидели на месте костра сияющую стеклянную поверхность.

Компоненты для изготовления стекла

Так ли на самом деле было изобретено стекло, или, как гласит другая версия, оно получилось в ходе экспериментов с обжигом глиняных горшков – но люди овладели секретом его приготовления довольно давно.

Для того, чтобы изготовить стекло, требуется три основных компонента.

Кварцевый песок – это чистый речной песок, состоящий из оксида кремния. Доля песка в смеси для варки стекла составляет около 75%. Он плавится при очень высокой температуре: его нужно нагревать до 1700 градусов Цельсия. От качества песка во многом зависит прозрачность и качество будущих стеклянных изделий. Венецианские стеклодувы, изготавливавшие наиболее знаменитое в средневековой Европе муранское стекло, специально привозили песок из провинции Истрия, а для богемского стекла мастера измельчали в мелкий песок куски кварца.

Сода (или поташ) необходима для того, чтобы расплавить песок при более низкой температуре. Добавив в песок соду в нужной пропорции, температуру нагрева стеклянной смеси снижают практически вдвое.

В процессе нагрева сода разлагается до оксида натрия или калия, который и служит катализатором плавления. В древности ее получали путем выщелачивания золы после сжигания водорослей или хвойных пород дерева. Доля соды в смеси для стекла составляет около 16-17%.

Известь, или окись кальция , делает стекло нерастворимым большинством химических веществ, крепким и блестящим. Впервые добавлять ее в стекло начали богемские стеклодувы в семнадцатом столетии, применяя для этого известняк или мел.

Кроме того, сегодня в массу для приготовления стекла добавляют сульфат натрия, таламит и нефелиновый сиенит. Для получения разноцветного стекла в качестве добавок используют окиси различных металлов: меди, железа, серебра и т.д.

Этапы производства листового стекла

Все ингредиенты, из которых производится стекло, загружают в печь и нагревают до образования жидкой однородной массы.

Расплавленную массу загружают в гомогенизатор и перемешивают до полной однородности.

Стеклянную массу выливают в длинную емкость, где находится расплавленное олово. На его поверхности стекло разливается ровным слоем одинаковой толщины, постепенно остывая.

Застывшая стеклянная лента поступает на конвейер, где производится контроль толщины и нарезка на стандартные куски стекла. Обрезанные неровные края и брак, не прошедший контроль качества, поступает на переплавку.

Готовое листовое стекло проходит последнюю проверку качества и отправляется на склад готовой продукции.

Аналогичным образом изготавливается стекло для производства посуды, измерительных приборов, елочных игрушек и другой продукции. Состав стекла может изменяться в зависимости от свойств, которые оно должно иметь.

Кроме того, для повышения прочности оно может подвергаться процедуре закаливания, приобретая способность выдерживать сильные удары по поверхности.

Популярны сегодня дуплексные и триплексные стекла, склеенные специальными составами из двух или трех слоев тонкого стекла. Однако основу каждого из них составляют золотой кварцевый песок, питьевая сода и обычная известь.

Что только в настоящее время нельзя сделать своими руками? Будь то обычная поделка, вещь гардероба, мебель и прочее. Как сделать стекло в домашних условиях? — Казалось бы, это нереально. В современном мире нет ничего невозможного. Главное в этом деле — это желание. И в этой статье вы найдете подробный пошаговый алгоритм столь занимательного и интересного занятия.

Что известно о стеклоделии?

Из истории известно, что стеклоделие — весьма древний процесс. По временным рамкам относится примерно к периоду до 2500 г. до н.э. Ранее такое редкое и ценное занятие в наше время сменилось распространенным производством данного материала.

Стеклянные изделия встречаются повсеместно. Их используют в качестве тары, элементов быта и декора, изоляторов, армирующего волокна и прочего. Различаются стекла лишь составляющим материалом, которое используется для изготовления. А вот сам процесс практически одинаковый.

Основные материалы, которые понадобятся:

главный элемент — это кварцевый песок (диоксид кремния);
карбонат натрия или сода;
оксид кальция, она же известь;
печь для варки стекла;
другие соли и оксиды, которые могут использоваться по индивидуальному случаю дополнительно (оксиды алюминия, железа, магния, свинца и соли кальция или натрия);
защитная одежда;
гриль;
древесные угли;
формы и другие элементы для придания формы;
огнеупорный тигель.

Способы изготовления стекла с использованием печи

Первый способ, как спаять стекло в домашних условиях, — это использование печи.

Приобретение кварцевого песка:

Данный материал является основой для производства стекла. Стекло, в котором нет примесей железа, имеет свои преимущества — оно светлое. Что нельзя сказать о стекле, в котором оно присутствует. Оно будет отдавать зеленцой.
Важно перед началом работы надеть маску. Кварцевый песок — тонкозернистый и с легкостью попадает в носовую полость и далее в легкие. Это, в свою очередь, будет раздражать горло.
Приобрести кварцевый песок с легкостью можно в специализированном интернет-магазине. Стоимость у него невысокая.

Важно! Стоимость примерного количества, которое понадобится, будет в районе 20 у. е. В будущем можно приобретать его вплоть до тонны, примерная стоимость которой будет 100 у. е. Это если вы планируете работать в промышленном масштабе.

Бывает, что найти качественный песок не так-то и просто, и в нем превышает количество примесей. Не расстраивайтесь. В данном случае на помощь придет диоксид марганца. Его стоит добавить в небольшом количестве. Если же в вашей задумке именно стекло с зеленоватым оттенком, то делать абсолютно ничего не нужно. Оставьте все как есть.

Добавление карбоната и оксида кальция:

Карбонат в данном случае снижает температуру получения промышленных стекол. При этом он вызывает разъедание стекла при участии воды. Чтобы этого избежать, необходимо дополнительно в стекло ввести известь или оксид кальция.
Для стойкости стекла используют оксиды магния или алюминия. Как правило, эти включения занимают не большой процент в составе стекла. Цифра приблизительно 26-30 процентов.

Добавление других химических элементов:

Такой метод изготовить декоративное стекло в домашних условиях требует использования оксида свинца. Он придает блеск хрусталю, низкую его твердость, делает его доступным к резке, придает низкую температуру образования расплава.
Оксид лантана можно встретить в составе линз для очков. Он обладает преломляющим свойством.
Что касаемо свинцового хрусталя, то он может содержать до 33 процентов оксида свинца.

Важно! Чем больше свинца, тем больше необходимо ловкости, чтобы придать форму расплавленному стеклу. Исходя из этого, многие стеклодувы предпочитают меньшее его количество.

Примеси железа в стекле из кварца придают ему зеленый оттенок. При этом оксид железа добавляется для увеличения зеленоватого оттенка. Это касается и оксида меди.
Желтый, янтарный, и даже черный цвет можно получить при помощи соединения серы. Все зависит от количества углерода или железа добавленного в стекольную шихту.

Основные этапы изготовления стекла:

Поместите шихту в температуроустойчивый тигель. Последний должен быть максимально устойчив к температуре, которая будет в печи. Она может варьировать от 1500 до 2500 градусов. Это зависит от добавок.

Важно! Еще есть одно немаловажное требование к тиглю — он должен быть таким, чтобы при помощи металлических щипцов его с легкостью можно было зафиксировать.

Расплавьте смесь до жидкой консистенции. Для промышленного силикатного стекла это можно сделать в газоотапливаемой печи.

Важно! Также существуют электрические, муфельные и горшковые печи. В них можно выполнить специальное стекло. Учтите, что кварц и песок, которые не содержат дополнительных примесей, переходят в стеклообразное состояние, когда температура в печи 2500 градусов по Цельсию. Если к содержимому добавить карбонат натрия, это же обычная сода, то температура снизится до 1500 градусов.

Тщательно следите за консистенцией стекла. Важно своевременно удалить из него все пузырьки. Добиться этого можно при регулярном помешивании до равномерной густоты. Также необходимо добавить один из элементов — хлорид натрия, сульфат натрия или же оксид сурьмы.
Придайте форму стеклу. Для этого используйте один из перечисленных способов.
Самое простое — это вылить расплав стекла в форму и дождаться пока оно остынет. С помощью такого метода создаются множество оптических линз. Ранее именно этот способ использовали египтяне.
Готовое расплавленное стекло поместите в ванную, в которой содержится расплавленное олово. Последнее выступает в роли субстрата. Далее необходимо продувать его сжатым азотом для придания формы или же полировки. Еще один способ — это собрать на конце полой трубы необходимое количество стекла и, поворачивая трубу, выдувать его.

Важно! Стекло, выполненное по данному методу, имеет название флоат-стекло. С начала 1950-х годов производят именно его.

Оставляем стекло, чтобы оно остыло. Важно расположить его в таком месте, где оно не повредится, его не испортит вода, пыль или, например, листья. Имейте ввиду, что при контакте с холодными предметами, оно даст трещины.
Завершающим действием данного способа изготовить стекло в домашних условиях будет отжиг стекла. Этот способ тепловой обработки придаст прочность материалу. При его использовании будут убраны все точечные источники напряжений, с которыми можно столкнуться в процессе охлаждения стекла.

Важно! При завершении данной работы на стекло можно наносить дополнительные покрытия для увеличения стойкости и прочности. Также можно ламинировать.

Не отожженное стекло обладает меньшей прочностью.
Что касаемо температуры для завершающей работы, то она зависит от точного состава стекла — от 400 до 550 градусов по Цельсию.
Скорость охлаждения стекла зависит от размера. Крупные стеклянные изделия необходимо охлаждать медленно. С мелкими дела обстоят быстрее.

Способ изготовления стекла с применением жаровни

Второй способ изготовления стекла в домашних условиях – это жаровня на древесном угле. Давайте и в данном случае разберем все пошагово.

Оборудование для работы

Для начала нужно смастерить печь. Отлично для этого подойдет гриль для барбекю. Важно, чтобы он отапливался древесным углем. В данном случае для того, чтобы расплавить кварцевый песок в стекло используется тепло, которое вырабатывает уголь при сжигании. Опять-таки, стоимость данного материала не слишком высокая. Находятся они в широкой доступности.

Важно! Гриль используйте стандартного размера. Лучше если он будет в виде купола. Главные качества, которыми он должен обладать, — это наличие толстых стен и хорошая прочность. Если в гриле имеется отверстие для вентиляции, обычно оно расположено снизу, его нужно открыть.

Однако в данном методе могут быть небольшие препятствия. Даже если имеются очень высокие цифры температуры, не всегда можно расплавить его с легкостью. Для этого перед началом процесса нужно добавить в песок известь, буру или стиральную соду. Количество добавок не должно превышать ⅓-¼ от объема песка.

Важно! Помните, что эти добавки значительно снижают температуру плавления песка.

Форматирование стекла

Для выдува стекла подготовьте длинную полую металлическую трубку. Для того чтобы вылить стекло, необходима форма. Она должна быть плотной и не должна расплавиться от горячего стекла. Используйте, например, графит.

Важно! При использовании данного метода необходимо помнить, что нагрев гриля происходит намного выше его обычного нагрева. Не исключено, что может расплавиться и сам гриль. Поэтому при изготовлении стекла данным способом, нужно аккуратно и ответственно выполнять все действия. Халатность может привести к серьезным травмам или же вовсе к летальному исходу.

Меры безопасности:

Возле рабочей зоны расположите большой объем песка и огнетушитель.
Всю работу необходимо выполнять вне помещения.
Пол должен быть бетонным, например.
В момент варки стекла находитесь подальше от гриля, для того чтобы защитить себя и свою одежду от высоких температур.
Не забудьте надеть защитную одежду. Это — огнестойкая одежда, рукавицы для печей, высокопрочный фартук поверх одежды, и обязательно сварочную маску.
Также в данном способе вам понадобится пылесос. Он будет выполнять роль поддува угля. Располагаем его следующим образом: относим корпус на достаточное расстояние. Шланг фиксируем к вентиляционному отверстию, которое расположено снизу. Возможно, его придется изогнуть, чтобы придать необходимую форму. Фиксировать же можно к одной из ножек гриля. Шланг должен быть закреплен прочно и не двигаться.

Важно! Если же произошло обратное, то ни в коем случае к нему не подходите, ведь он очень сильно разогрет. Далее необходимо выключить пылесос и посмотреть положение шланга. Он должен быть направлен точно в вентиляционное отверстие.

Порядок работы:

На внутреннюю поверхность гриля выложите древесный уголь. Положить его необходимо в два, а то и три раза больше, чем для запекания мяса. Хорошо, если он будет наполнен практически до краев.

Важно! Используйте уголь из твердой древесины. Он горит быстрее и лучше, нежели брикетированный.

В середину чаши расположите чугунную емкость или тигель с песком.
Внимательно изучите упаковку от используемого угля. Разожгите его подходящим способом. Есть уголь который поджигается непосредственно сам, а есть материал, для которого используется жидкость для разжигания. Подождите, пока пламя равномерно распространится.
Ждите, пока уголь будет готов к дальнейшей работе. Готовность углей можно определить по цвету. Они будут оранжевыми.
Следующим шагом включите пылесос. Это необходимо для того, чтобы уголь продувался.

Важно! Уголь, на который воздействует поток воздуха, может нагреваться до очень высоких температур. Примерно до 1100 градусов по Цельсию. Это необходимо учитывать, находясь рядом с печью. Из нее могут появляться восходящие вспышки.

Если вам интересно, откуда берется стекло, пойдите на пляж. Почти все стекло делается из песка, который на самом деле является измельченным кварцем.

Песок содержит небольшую примесь железа. Именно железо придает стеклу, сделанному из обычного песка, зеленоватый цвет. Для производства абсолютно бесцветного прозрачного стекла стекловатры используют селен. Этот минерал придает стеклу легкий красноватый оттенок, который компенсируется зеленоватым цветом, и в результате стекло кажется бесцветным. (Для производства стекла других цветов стеклодувы добавляют другие вещества: кобальт - для глубокого синего цвета; марганец - для фиолетового; хром или железо - для зеленого.)

Чтобы получить стекло, песок необходимо расплавить. Вам наверняка приходилось ходить по раскаленному песку в солнечный день, поэтому вы догадываетесь, что для этого его нужно нагреть до очень высоких температур. Кубик льда тает при температуре около 0 С. Песок начинает плавиться при температуре не менее 1710 С, что превышает максимальную температуру нашей привычной духовки почти в семь раз. Нагревание любого вещества до такой температуры требует больших затрат энергии, а следовательно, и денег. По этой причине при производстве стекла для повседневных нужд стекловары добавляют в песок вещество, помогающее песку плавиться при более низких температурах - примерно 815 С. Обычно этим веществом является кальцинированная сода.

Однако, если при расплаве использовать смесь только песка с кальцинированной содой, можно получить удивительный сорт стекла - стекло, растворяющееся в воде (прямо скажем, не самый лучший выбор для стаканов).

Чтобы стекло не растворялось, нужно добавлять третье вещество. Стекловары прибавляют к песку и соде измельченный известняк (вы наверняка видели этот красивый белый камень).

Стекло, из которого обычно делают окна, зеркала, стаканы, бутылки и лампочки, называется натриево-кальциево-силикатным. Такое стекло очень прочное, а в расплавленном виде ему легко придать нужную форму. Кроме песка, кальцинированной соды и известняка в эту смесь (специалисты говорят «шихту») входит немного окиси магния, окиси алюминия, борной кислоты, а также вещества, предотвращающие образование пузырьков воздуха в этой смеси.

Все эти ингредиенты соединяют и смесь (шихту помещают в гигантскую печь (самые большие из этих печей могут вмещать почти 1110000 кг жидкого стекла).

Сильный огонь печи нагревает смесь, пока она не начнет плавиться и не превратится из твердого вещества в тягучую жидкость. Жидкое стекло продолжают прогревать при высоких температурах, пока из него не исчезнут все пузырьки и прожилки поскольку сделанная из него вещь должна быть абсолютно прозрачной. Когда масса стекла становится однородной и чистой, огонь уменьшают и ждут пока стекло превратится в вязкую тягучую массу - как горячий ирис. Затем стекло выливают из печи в отливную машину, где оно разливается по отливным формам и формуется.

Однако при производстве полых вещей, например бутылок, стекло приходится выдувать, как воздушный шарик. Раньше выдувание стекла можно было увидеть во время ярмарок и карнавалов, ныне этот процесс частенько показывают по телевизору. Вы, вероятно, видели, как стеклодувы дуют в кусок горячего стекла, висящего на конце трубки, и создают удивительные фигурки. Но выдувать стекло можно и с помощью машин. Основной принцип стеклодувов - дуть в стеклянную каплю, пока в середине не образуется воздушный пузырь, который станет полостью в готовой вещи.

После того как стеклу придана необходимая форма, его подстерегает новая опасность - оно может треснуть при охлаждении до комнатной температуры. Во избежание этого мастера стараются контролировать процесс охлаждения, подвергая застывающее стекло термообработке. Последний этап обработки - снятие лишних капелек стекла с ручек чашек или полировка тарелок с помощью специальных химикатов, делающих их идеально гладкими.

Ученые до сих пор спорят, чем следует считать стекло - твердым веществом или очень вязкой (сиропообразной) жидкостью. Поскольку стекла окон старых домов внизу толще, а вверху тоньше, некоторые заявляют, что стекло со временем стекает. Однако на это можно возразить, что раньше оконные стекла делали не идеально ровными и люди просто вставляли их в рамы более толстым краем вниз. Даже изделия из стекла времен Древнего Рима не демонстрируют никаких признаков «текучести». Таким образом, пример со старым оконным стеклом не поможет разрешить вопрос, является ли стекло в действительности жидкостью высокой вязкости.

Сталкиваясь со стеклянными изделиями ежедневно, мало кто из нас задумывается - из чего делают стекло? Как протекает процесс его производства? Появившись в Древнем Египте 5 тысяч лет назад, стекло было очень мутным, и имело непривлекательный вид. Материал, с которым мы сталкиваемся сейчас, был получен гораздо позже.

Состав стекла.

Для стекловарения используют чистый кварцевый песок (около 75%), известь и соду . Для получения продукта со специфическими свойствами, в состав могут входить оксиды и металлы.

Оксид борной кислоты . Понижает коэффициент теплового расширения полученных изделий, и повышает блеск и прозрачность готовых изделий.
Свинец . Этот компонент добавляют при производстве хрусталя. Изделия из хрусталя более холодные на ощупь и имеют характерный для этого материала блеск и звон.
Марганец . Добавление этого тяжелого металла способствует получению продукции с зеленым оттенком. Помимо марганца, при помощи никеля, хрома или кольта, можно получить изделия других цветов.

Физические свойства.

Самые главные характеристики стекла:

Плотность . Данная характеристика зависит от химического состава и колеблется от 2200 до 6500 кг/м³. При повышении температуры, плотность стекла уменьшается и оно становится особенно хрупким.
Прочность . В зависимости от вида стекла, его прочность варьируется от 50 до 210 кгс/мм². Небольшое повреждение поверхности материала, снижает этот показатель в 3-4 раза.
Хрупкост ь. Хрупкость стекла и неспособность противостоять удару, ограничивает его применение в некоторых сферах жизни. При добавлении в состав материала определенных химических элементов, данная характеристика увеличивается.
Термостойкость . Термостойкость - способность материала выдержать огромные температурные перепады. Обычное оконное стекло может выдержать температуру до 90°С. В промышленности эти показатели увеличиваются в разы.

Виды стекла.

Многие изделия, сделанные из стекла, мы видим на улице и используем в повседневной жизни. Это стеклянная посуда, лампочки, очки, окна. В зависимости от физических и химических свойств, стекло используют также в производстве витрин, зеркал, светильников. Какие же виды этого однородного аморфного тела существуют и что из него делают?

Хрустальное стекло. Содержит в своем составе оксид свинца. Высокая прозрачность и блеск придают такому стеклу привлекательный и эстетичный вид. Используют, в основном, для изготовления посуды и сувенирных изделий.
Кварцевое стекло . В составе присутствует чистейший кварцевый песок. Благодаря тому, что изделия из кварцевого стекла могут выдержать большие температурные скачки, из него делают лабораторную посуду, изоляторы, оптические приборы, окна.
Пеностекло . Представляет собой стеклянную массу, имеющую в своем составе многочисленные пустоты. Отличные тепловые и звукоизоляционные свойства обусловили его широкое применение в строительстве.
Стекловата . Имеет вид тонких стеклянных нитей, имеющих высокое сопротивление разрыву. Используют как в строительстве, так и в химической промышленности. Стекловата огнестойка. Поэтому ее используют в составе материала для пошива одежды сварщиков и пожарных.

К этому списку можно добавить стекла, имеющие специфические свойства :

Огнестойкое . Противостоит действию открытого пламени и выдерживает высокую температуру.
Термостойкое . Имеет низкий коэффициент термического расширения и выдерживает резкие скачки температуры
Пуленепробиваемое . Ударопрочное стекло способное противостоять мощным ударам.

Как делают стекло?

Производство стекла включает в свой процесс следующие этапы:

Подготовка необходимых материалов . Приготовленное сырье нуждается в специальной обработке. Кварцевый песок обогащают, и из его состава удаляют примеси железа. Известняк и доломит тщательно дробят.
Смешивание материала в определенных соотношениях . Количество того или иного материала и его процентное соотношение в подготовленной примеси зависит от требуемых физических и химических свойств стеклоизделий.
Варка в стекловаренных печах . Стадия варки происходит при высокой температуре, диапазон которой колеблется от 800°С до 1400°С. Идет активный процесс плавки кварцевого песка, и стекломасса становится вязкой и прозрачной.

После получения однородной стекольной смеси, происходит формирование будущих изделий, резкое охлаждение продукции с последующей термической и физической обработкой.

Применение в промышленности

Применение прозрачного, износостойкого и прочного материала, имеющего гладкую поверхность, поражает воображение. Несмотря на то, что стекло очень хрупкий материал, его широко используют в различных областях промышленности и быта.

Машиностроение - входит в состав противопригарных красок, которыми обрабатывают транспорт.
Бумажная промышленность - пропитка готовой бумажной массы.
Строительство - добавляют в кислотостойкие материалы и в жароупорные конструкции из бетона.
Химическая промышленность - производство моющих средств.

Этот функциональный материал можно гнуть, кроить, плавить и получать из него неповторимые и прекрасные изделия. Именно поэтому цветное стекло активно используют для декоративных работ при строительстве общественных зданий и изготавливают всевозможные сувениры.

Категории стекла

По своему назначению стекло делится на следующие категории :

Бытовое стекло . Эта группа состоит из пяти подгрупп - кухонная посуда, бытовая посуда, ламповые изделия, художественные изделия и посуда хозяйственного назначения.
Строительное стекло - листовое стекло, витрины, стеклопакеты, теплоизоляционные стеклопакеты, армированное стекло.
Стекло технического назначения - лабораторные приборы, защитные изделия для промышленности, стекловата, оптика.

Помимо защиты наших домов от ветра, дождя и холода, стекло дает человеку обширную область для творчества. Процесс создания его так же красив и загадочен, как и сам материал. Стекло прозрачное, твердое, стойкое к кислотам, стало незаменимым материалом в архитектуре и в повседневном быту.

В этой статье мы подробно рассмотрели, из чего делают стекло. Этот материал занял особое, важное место в жизни человека, без него многие бытовые вещи бы оказались намного сложнее.