Почему что то грустное называют стеклом
Стекло — это жидкость?
Ежегодно на Земле происходит тысячи землетрясений разной силы. Некоторые вызывают большие разрушения, некоторые проходят незаметно. Все они заставляют задуматься насколько тверда почва у нас под ногами и что вообще значит «быть твердым»?
На первый взгляд смола кажется твердой. Если ее положить на стол и подождать, она не превратится в лужу и даже не потеряет свою форму. Тем не менее — это жидкость, просто очень вязкая при комнатной температуре. Вязкую жидкость мы часто называем густой.
У оливкового масла, к примеру, вязкость почти в 100 раз больше чем у воды, а густое варенье в 100 раз более вязкое чем масло. Смола, в свою очередь, в 230 000 000 000 раз более вязкая чем вода.
Кстати, в одном из университетов Австралии, уже много десятилетий проводится самый долгий в истории лабораторный эксперимент. В начале прошлого века (в 1927 году) кусок смолы поместили в специальную воронку. С тех пор из воронки упало всего 9 капель — примерно по 1 капле в 10 лет. Примечательно, что еще никому не удавалось увидеть сам момент падения.
Твердое ли стекло?
Возможно вы когда-нибудь слышали, что стекло тоже является жидкостью. Просто невероятно вязкой. В доказательство этому, приводятся в пример витражные стекла старых храмов. Если присмотреться, у этих стекол в нижней части можно увидеть утолщение — с течением веков стекло якобы медленно стекает вниз. На самом деле это ошибка. В старых телескопах, например, где оптика крайне чувствительна к малейшим дефектам и сдвигам, до сих пор не наблюдается никаких искажений и все они все еще отлично работают.
В случае с витражами, все объясняется несовершенством древних технологий изготовления стекла, которые не позволяли сделать его ровным по всей поверхности. И тогда их приходилось устанавливать утолщенной стороной вниз, для устойчивости.
Кстати у свинца вязкость меньше чем у стекла, поэтому если бы стекло было бы жидкостью, то свинцовые рамы витражей уже давно превратились бы в лужу.
Необычность стекла в том, что это аморфное твердое вещество. Это значит, что молекулы кремния в нем расположены не как в обычной кристаллической решетке, а вперемешку. Все потому, что в процессе производства стекло очень быстро остывает, в результате чего молекулы не успевают образовать типичную кристаллическую структуру.
Можно сделать вывод, что правильная кристаллическая структура вещества — это не то что делает его твердым. На самом деле, твердое тело от жидкого отличает сильная химическая связь между атомами и молекулами. Эта связь удерживает их на месте не давая смещаться. В воде, масле или даже смоле, молекулы могут перемещаться относительно друг друга при комнатной температуре, а в стекле это невозможно.
Твердая ли земля?
Так что же насчет самой земли? Под земной корой находится мантия. Когда мантия приходит в движение она двигает тектонические плиты, вызывая землетрясения. В таком случае, возможно мантия — это жидкость? Проблема в том, что ученые не могут изучать ее напрямую. Однако, когда что-то вырывается из-под земли, мы видим красный расплавленный камень, то есть лаву. Можно было бы предположить, что мантия тоже состоит из этой лавы — горячего текучего камня. И это логично, ведь, чтобы вытекать, она должна быть жидкой. И это неверное предположение. Мантия — это твердое тело. Даже в условиях огромного давления, и несмотря на высокую температуру она не превращается в жидкость.
Ученые определили это, благодаря измерению волн от землетрясений, которые проходят через мантию, а проникать сквозь жидкую среду они не могут. Как например они не могут пройти сквозь жидкое ядро земли. Ведь жидкость в ответ на толчок, растекаясь, гасит колебания. В результате при измерении сейсмических волн на другой стороне планеты, ученые фиксируют «тень» от жидкого ядра планеты.
Но почему тогда мантия подвижна? Все дело в несовершенстве строения кристаллов — в разных местах кристаллической решетки иногда возникают пустоты. Под высоким давлением соседние атомы иногда перескакивают на пустующее место. С точки зрения человека каких-то последствий от этого придется ждать невероятно долго, но с точки зрения геологии эффект моментальный. Вязкость мантии на несколько порядков выше чем у стекла, так что жидкостью ее вряд ли можно назвать. Разве что в масштабах геологического времени.
Смола, являясь жидкостью настолько вязкая, что выглядит как твердое тело. В то же время мантия земли — твердое тело, но ведет себя как жидкость. Известный американский геолог Гроув Карл Гилберт сказал:
«Мне кажется эта проблема является совершенно надуманной. Жесткость и пластичность — не абсолютные свойства, а относительные. И все твердые тела одновременно и жесткие, и пластичные. Когда задействованы большие массы и силы, это различие не имеет большого значения.»
Почему перестали выпускать урановое стекло
Вокруг уранового стекла всегда много домыслов – раз его перестали производить, ведь это же неспроста.
Многие слышали, что большую коллекцию посуды из уранового стекла собрала Людмила Гурченко, но связь красивой антикварной посуды с какими-то проблемами актрисы, конечно, байки.
Урановое стекло – это обычное боросиликатное стекло, в которое добавлены окислы урана. Эти добавки придают стеклу красивый цвет, разный, в зависимости от того, какое именно соединение ввели в стеклянную массу.
Цвет уранового стекла обычно варьируется от канареечно-желтого до почти изумрудного, иногда делали коричневое или оранжевое стекло. Это стекло имеет особые преломляющие свойства и поэтому очень красиво блестит, подобно хрусталю – именно поэтому оно было таким популярным в 19-м и первой половине 20-го века, когда его производили много.
Уже после окончания производства этого стекла выяснилось, что оно еще и флюоресцирует в ультрафиолете – поэтому коллекционеры хранят его в особенных витринах со специальной подсветкой.
Посуда из уранового стекла в обычном свете и в ультрафиолете
Вообще урановое стекло известно с античных времен, в средние века его изготовляли, добавляя в стекольную массу настуран, минерал урана, добываемый в Богемии. Это был распространенный краситель, в 19-м веке, когда «канареечное» стекло было в моде, его выпускали тысячами тонн.
Даже знаменитые витражи на станции метро Новослободская по самому первому проекту собирались сделать из уранового стекла – по замыслу проектировщиков оно создавало бы совершенно особенное освещение станции и интересные световые эффекты. Но государство урановое стекло запретило, и пришлось сделать витражи из обычного (это было в начале 1950-х годов).
Коллекция посуды из уранового стекла, собранная Людмилой Гурченко и хранящаяся в ее доме-музее
Так вот, когда рассуждают о том, почему перестали выпускать такое красивое стекло, выдвигают три основные версии:
— это вредно для потребителей;
— это вредно для изготовителей;
— перестали выпускать, потому что слово «урановый» приобрело негативный оттенок, и никто не хотел покупать.
Все три версии верны лишь частично. Вред от уранового стекла для потребителей совершенно незначителен. Хотя в составе стекла содержится солидный процент окислов урана, и стекло имеет радиоактивное излучение, это совершенно безвредно в бытовом плане.
Сила флюоресценции стекла зависит от процентного содержания окислов урана, максимальное свечение достигается при 6%-содержании, а дальше уменьшается.
Уровень излучения невелик (оно растет со временем, но по настоящему интенсивным должно стать через несколько тысяч лет после изготовления стекла), и это излучение не уходит дальше 15 см от поверхности урановой посуды. Так что стоящая в серванте ваза из такого стекла никогда не нанесет ущерба здоровью своего владельца.
Теоретически, радиоактивный уран может выщелачиваться из посуды и так способен попасть в организм человека. Но реально выщелачивание наступает, если в посуду наливать кислоту, причем в такой концентрации, употребление которой делает вред от урана смешным.
Урановое стекло, произведенное в Чехии в 19-м веке (музейная витрина)
Для стеклодувов, изготовлявших урановое стекло вред действительно был огромный – средний срок жизни стеклодува в 19-м веке редко превышал 35-38 лет. Но это никого тогда не волновало, профсоюзы были не в чести. В викторианское время большинство технологий были очень вредными, я писала, как шляпники сходили с ума от паров ртути а трубочисты умирали от сажи.
А в 20-м веке посуду из уранового стекла начали делать промышленным способом, и она стала очень дешевой. Ее даже прозвали «депрессивной посудой», потому что во времена Великой депрессии в Америке правительство поддерживало производителей стекла, скупая их изделия и буквально раздавая бесплатно населению.
Но это продолжалось ровно до 40-х годов.
Настоящая причина, почему урановое стекло перестали производить – это то, что урану нашли новое применение в середине 20-го века, военное и мирное. Уран вдруг стал поистине драгоценным и стратегическим сырьем, теперь о растрате его на изготовление посуды не могло идти и речи.
Потому советское правительство и не разрешило урановые витражи в метро, архитекторам пообещали любое сырье, но уран – ни за что, стратегический ценнейший минерал.
Колье из уранового стекла, 1930-е годы
К тому же, такая посуда теперь стала бы очень дорогой в производстве, ведь рыночная цена урановых соединений скакнула в космос.
Да и маркетинг такой посуды находился бы в зоне риска – ведь про радиоактивность урана известно всем.
Но при этом антикварное урановое стекло можно купить довольно недорого, если есть желание – его производили очень много.
Друзья, коллекционируете что-нибудь? Много тратите на пополнение коллекции?
СОДЕРЖАНИЕ
Общие причины
Наиболее частые причины:
Повреждение установки
Пока стекло перемещается и устанавливается, стекольщики могут легко надрезать или сколоть края стекла с помощью различных инструментов. Также возможно, что крепежные детали, такие как гвозди или винты, используемые для крепления упоров для стекла, будут надрезать края стекла, если эти крепежные элементы установлены под неправильным углом. Эти небольшие зазубрины или сколы не могут привести к немедленной поломке. Однако со временем, когда стекло расширяется и сжимается, вокруг зазубрины могут образовываться концентрации напряжений, что приводит к разрушению. В случае закаленного стекла обычно ломается весь блок.
Переплет в раму
Стекло расширяется и сжимается при изменении температуры и отклоняется под действием ветра, поэтому почти все современные стекла устанавливаются на упругие блоки внизу и с пространством для расширения по бокам и вверху. Прокладки, удерживающие стекло в раме, также обычно являются упругими, чтобы смягчить стекло от ударов ветра. Если по периметру устройства нет места, стекло будет упираться в раму, вызывая в стекле внутренние напряжения, которые могут превышать прочность стекла, что приводит к разрушению.
Внутренние дефекты и включения в стекле
В стекле могут присутствовать включения сульфида никеля («камни»). Наиболее частой причиной этих включений является использование оборудования из нержавеющей стали в процессе производства и обработки стекла. Небольшие стружки из нержавеющей стали, содержащие никель, со временем изменяют структуру и растут, создавая внутренние напряжения в стекле. Когда эти напряжения превышают прочность стекла, возникает разрушение. Этот тип поломки почти всегда встречается в закаленном стекле и обозначается характерным рисунком «восьмерка», где каждая «петля» восьмерки составляет приблизительно 30 мм в диаметре.
В качестве альтернативы, небольшие куски огнеупорного кирпича могут разрушаться расплавленным стеклом с внутренних стен печи во время обработки и врастать в готовое стекло. Они также известны как «камни», они также могут разбить стекло при нагревании, поскольку создают тепловые аномалии.
Термические напряжения
Поломка из-за термического напряжения чаще всего встречается в больших кусках герметичного изоляционного стекла с толстым теплопоглощающим (отражающим) покрытием. Покрытие обычно наносят на поверхность «номер два» (внутреннюю грань внешней поверхности). Это приводит к тому, что внешняя поверхность стекла нагревается больше, чем внутренняя, поскольку покрытие преобразует лучистое тепло Солнца в явное тепло. Поскольку внешняя оболочка расширяется из-за нагрева, весь блок изгибается наружу. Если разделительная планка или другое краевое состояние соединяет две стеклянные перемычки очень жестко, могут возникнуть изгибающие напряжения, которые превышают прочность стекла, вызывая поломку. Это стало причиной обширного разбития стекла в башне Джона Хэнкока в Бостоне.
Несоответствующая толщина стекла
Средства
Любая проблема с поломкой имеет более серьезные последствия, если стекло установлено над головой или в общественных местах (например, в многоэтажных зданиях). На закаленное стекло можно нанести защитную оконную пленку для защиты от падения. Старомодной мерой предосторожности была установка металлических экранов под световыми люками.
Рекомендации
Американское общество испытаний и материалов ( ASTM ):
Где и когда появилось стекло
История появления стекла в мире и в России
Первое стекло – обсидиан возникло из в
улканической 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:
Кто изобрел стекло? История производства первого стекла
Происхождение стекла
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.
Наиболее ранняя «теория» происхождения стекла – предложена римским ученым Плинием Старшим в «Естественной истории»:
«Однажды, в очень далекие времена, финикийские купцы везли по Средиземному морю груз добытой в Африке природной соды. На ночлег они высадились на песчаном берегу и стали готовить себе пищу. За неимением под рукой камней обложили костер большими кусками соды. Поутру, разгребая золу, купцы обнаружили чудесный слиток, который был тверд как камень, горел огнем на солнце и был чист и прозрачен как вода. Это было стекло».
Рассказ этот мало достоверен, даже сам Плиний начинает его cловами «fama est…. » или «по слухам…», потому что образование стекла при температуре пламени костра на открытом пространстве произойти не может. Всего вероятнее предположение немецкого ученого Вагнера, который связывает появление стекла с получением металлов. В процессе плавления меди и железа образовывались шлаки, которые могли под действием тепла превращались в стекло. Сейчас трудно установить, как именно было изобретено стекло, но без сомнений это открытие было случайным.
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
На Русь этот дорогой материал попал из Византии. В Киево-Печерской лавре археологи раскопали мастерские стеклоделов, относящиеся к 11 веку. Но изделий сохранилось мало, секреты мастерства были утрачены. Поэтому сложно предположить, была ли русская история стекла. В истории человечества нередко случалось так, что многие вещи приходилось изобретать заново. Возрождение ремесла случилось только в 17 веке (в 1639 году), когда швед Ю. Койет выстроил неподалеку от столицы завод по производству оконных стёкол и аптекарской посуды. Тридцатью годами позже был создан Измайловский завод. Здесь изготавливались предметы роскоши, главным образом изысканные «потешные» кубки по образцу венецианских.
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.
Это стекло было окрашенным в зеленоватые тона и матовым (бесцветное стекло в то время изготавливать еще не умели), содержало большое количество пузырей, что говорило о низкой температуре варки, и было довольно толстым (около 8-10 мм). Но, тем не менее, это был первый случай применения стекла в архитектуре, что дало значительный толчок к дальнейшему развитию стекловарения и распространению стекла по всей Европе.
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.
Для предотвращения сужения ленты по краям ленты были установлены бортоформующие ролики и охлаждаемые трубки. Толщина ленты стекла определялась скоростью вытягивания и температурой в зоне вытяжки («луковицы»). Первые машины Фурко для вытягивания листового стекла были установлены в Бельгии и Чехии в 1913 году. Производительность 11 машин, установленных на одной ванной печи, составляла 250 тонн стекла в день.
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:
«Флоат-процесс является наиболее фундаментальным, революционным и важным достижением в производстве стекла в 20 столетии»
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.
В середине века британскими специалистами был разработан способ растяжки, а также выравнивания стекла – для этого использовалась ванна с расплавленным оловом. Данный вариант получил название «флоат-метод». В настоящий момент, пройдя модернизацию, эта технология продолжает массово использоваться.