Реферат: стекло

Этапы развития делия.

     Естественное стеклоизвестно человеку с древнейших времён. Наконечники стрел, ножи и т. п.,изготовленные первобытным человеком из природноговулканического стекло (обсидиана), были найдены всамых различных местах земного шара.

Возникновениестеклоделия связано, по-видимому, с развитием гончарного производства.Получение стекла сперва было, вероятно, случайным. Примером такойвозможности является образование стекла в результате расплавления золы при пожарезернохранилищ. Производство стекла вДревнем Египте началось около 3000 лет до н. э. Из стекладелались различные украшения, амулеты. Цилиндр из светло-голубого стеклапрекрасного качества, найденный в Тель-Асмаре, близ Багдада (современный Ирак), сделан в середине 3-го тысячелетия до н. э.; плотность этого стекла 2,463,показатель преломления 1,515, в нём нет неоднородностей и посторонних включений. Найденная при раскопках знаменитая ваза с начертанным на ней именем ассирийскогоцаря Саргопа II (722— 705 до н. э.), находящаяся в Британском музее (Лондон), сделана из полупрозрачного зеленоватого С.

    Во времена Птолемеев (4—1вв. до II. э.) в Египте существовало относительноразвитое стекольное производство. Египет оставался центром стеклоделия вплотьдо нашей эры; его стеклянные изделия вывозились во многие другие страны.Стеклоделие было развито также в странах Ближнего Востока, в частности в Сириии Финикии, а также в Причерноморье. Кроме рядовой продукции, здесь изготовлялись богатые уникальные изделия, украшенные эмалью и золотом. С древних времён стеклобыло известно в Китае, где в 5—3 вв. до н. э.стеклянные изделия появляются уже в довольнобольшом количестве [в т. ч. бусы с «глазовидным»узором и специфическим химическимсоставом С. (примесь бария)].Первые письменные свидетельства об изготовлениистекла в Китае относятся к концу 3 в. В источниках5 в. говорится об умении китайцев изготовлять С. пяти цветов.

 Примерно за 1200 лет до и. э. уже была известна техника прессования стекла воткрытых формах. Этим способом изготовлялись вазы, чаши, блюда, кубки, цветные мозаичные украшения.Особенно распространённымбыло голубое и бирюзовое стекло, окрашенное медью. Зелёное стекло получали окрашиванием медью и железом. Синее стекло, окрашенное кобальтом, появилось в Египте в начале нашей эры.

При некоторых достиженияхдревнего стеклоделия техника его была примитивна ивезде, в том числе в Древнем Египте, на протяжении многих столетий переживала период застоя. Высоких температур получатьне умели, плавку стекла вели в небольших глиняныхтигельках, стекло получалось не проваренным, частонепрозрачным и в очень малых количествах. Чтобы прикрыть обычно неприглядный вид изделий, изготовленных из такого несовершенного материала,прибегали к красителям и шли по пути подражания природнымполудрагоценным камням. Формовка изделий из густой,вязкой раскалённой стекломассы была нелёгкойзадачей; она выполнялась простейшими приёмами ручной лепки, для которой использовалисьплоские камни и примитивные глиняные формы, а при изготовлении изделий в виде небольших сосудов — деревянныепалочки, обмазанные смесью песка и глины,обволакивавшиеся стекломассой. Ассортимент изделий ограничивался мелкимитуалетными украшениями: бусами, серьгами, браслетами, застёжками, амулетами,флакончиками для ароматических. веществ и т.п.

Переворот в технологии стеклоделия был вызван на рубеже нашей эрыизобретением метода выдуванияполых стеклянных изделий. Возможность широкого применения нового метода былаобеспечена крупными успехами в технике стекловарения. Тогда стали уверенно получать прозрачное стекло,выплавлять его сразу в значительных количествах, научились изготовлять выдуванием красивые сосудыотносительно большого размера и самой разнообразной формы. Выдувательная трубка, это простейшее приспособление,оказалась инструментом, при помощи которого человек с художественным чутьём и даром точнойкоординации движений в результате длительных упражненийдостигал высокого совершенства в работе.

Открытие способа выдувания стекла положилоначало второму большому периоду развития стеклоделия, продолжавшемуся до конца19—начала 20 вв. и характеризующемуся на всём своём протяжении единством технологических приёмов, не претерпевших за это время принципиальных изменений. В соответствии с технологией и характер продукцииоставался в этот период более или менее постоянным,охватывая всевозможные разновидностиполых изделий, главным образом всевозможные сосуды «настольного» масштаба, а также отдельные декоративные изделия —кубки, вазы,бокалы, блюда, туалетные флаконы, осветительные приборы и т. п. Само собой разумеется, что эта однообразная по типам и назначению продукция с точки зрениястиля, композиции и исполнения отражала характерные особенности развития искусства и народноготворчества в отдельных странах в различные эпохи.

Первыми овладели методом выдувания стеклянных изделий мастера ДревнегоРима, где на протяжении нескольких веков искусствостеклоделия находилось на большой высоте и где были созданы стеклянные изделия, относящиеся к выдающимсяобразцам мирового искусства (например, находящаяся в Британском музее Портландская ваза). В римское время стекло быловпервые использовано в качестве оконного материала.После падения Западной Римской империи (конец 5 в.) центр стеклоделияперемещается в Византию, где, в частности, быстроразвивается особый вид художественного производства — выплавка цветного непрозрачного стекла (смальты) для смальтовоймозаики, сменившей в раннем средневековье античную каменную мозаику.

    На Руси стеклоделие было значительноразвито в домонгольскийпериод. В Киеве, в слоях 11—13 вв., раскопками вскрыты большие стекольные мастерские, в частности мастерские стеклянных браслетов, бывших тогдамодным женским украшением во всех русских городах. Такая мастерская была обнаружена и при раскопках в Костроме. С 11 в, на Русиразвилось производство смальты для монументальных мозаик, Монголо-татарское нашествиепрервало стекольное производство на Руси, которое возобновилосьтолько в 17 в. В средние века мозаика из смальтысоздавалась в ряде центровГрузии (например, знаменитая мозаика 12 в. в Гелати). Высокого уровня развития достигло стеклоделиев средние века в Египте, где его традиции не прерывались с древних времён. Стекло изготовлялось и в других странах Востока,например, в 12—14 вв. производством стеклянных изделий с росписью эмалямиславилась Сирия. В странах Западной Европы в средние века развивает-1скусство витража  —картин или орнаментальныхкомпозиций из цветного стекла. Фигурно вырезанныестекла скреплялись свинцовыми перемычками ивставлялись в оконные проёмы зданий. Появляютсяпервые опыты росписи витражей нами, закрепленными обжигом. Контуры заливалисьтемно-коричневой краской (шварцлотом),преобладавшей и в самой росписи. В 14 в. начнется применяться желтая краска, в состав которой входит серебро. Еюпокрывали большие участкистекла и это даваловозможность увеличить размеры отдельных частей витража и уменьшитьчисло и длину новыхперемычек. Расцвет искусства средневековых витражей приходится на13—14 вв. />

   Ведущая роль Византии вразвитии стеклоделия сохраняется до 13 в., когда главным центром производствастекла в Европе становится Венеция. Художественноестеклоделие получает здесь интенсивное развитие и достигаетподъёма в 15—16 вв.. Венецианские мастера изготовляют разнообразнейшие по форме и техникедекоративные сосуды из топкого или окрашенногостекла, туалетныезеркала, ставшие тогда удивительной новостью, бисер, бусы и другиехудожественные стеклянные изделия, пользовавшиесяширочайшей известностью. Изделия из стекларасписывались эмалями, покрывались позолотой,украшались узором из трещинок (кракле), стеклянныминитями. Особой художественнойтонкости достигло венецианское стекло к 16 веку вместес тем в 16 в., после открытия Америки, (широко развивается промышленность, в частности стекольное производство, в Испании, Португалии, Нидерландах,затем во Франции, Англии и других странах. Здесьстроятся стекольные предприятия, ведущую роль в которых составляют беглые венецианскиемастера, соблазнившие огромными заработками.Развивается стеклоделие в Германии, где традицииэтого производства сохранились, по-видимому, со времён римского властвования. 1612 воФлоренции была издана книга  А. Пери, которую можносчитать первым научным трудомв области стеклоделия. В ней даны сведения обиспользовании окисей свинца и бора, а также окиси мышьяка как осветляющего стекло реагента, составы цветных стекол ипрочее. Книга эта сделалась надолго руководством по технологии получениястекла.

  В 1615 в Англии  предлагается способ использования угля в качестветоплива для стекловаренных печей. Это даёт возможность получать при высоких температурах тугоплавкое итермостойкое стекла. В 70-х годах. 17 века в Англии был предложен состав стеклас окисью свинца, что повысило показатель светопреломления. Это стекло,отличающееся блеском и радужной игрой, получило распространение и в другихстранах. Со второй половины 17 в. первенство по производству художественногостекла в Европе переходит к Чехии, где начали изготовлять толстостенные сосудыиз стекла со значительным содержанием кальция. По своей бесцветности и чистотеэто стекло напоминало горный хрусталь. Большая толщина стенок изделий позволяла производитьособенно глубокую огранку, и в таком виде это стекло,известное под названием богемского хрусталя, получило широчайшую известность.

На Руси новый этап развития стеклоделия начинаетсяс 17 в., когда близ Можайска был построен (1635) шведом Елисеем Коэтом первый вРоссии стекольный завод. В 1668 был построен Измайловский завод под Москвой, в90-х гг. 17 в.— завод у Тайпицких ворот в Москве;до 1717 — Ямбургские заводы. Важнейшую роль в дальнейшемразвитии стеклоделия в России сыграл государственный стекольный завод, заложенный Петром I в первые годы 18 века наВоробьевых горах под Москвой и к середине 18 в.вместе с Ямбургскими заводами переведённый вПетербург. Завод этот стал образцом для всех других стекольных предприятийстраны, подлинной школой для русских мастеровстекольного дела и лабораторией освоения новойтехники. В его работе принимали в разное время участиевидные русские специалисты в области искусства, науки и техники, в их числе М.В. Ломоносов, Т. де Томон, К. И. Росси, А.Н. Воронихин, В.П.Стасов, И. П.Кулибинидр. Русские рабочие—выдающиеся мастерастекольного дела — создавали на этом заводе замечательные произведенияискусства, изумлявшие всю Европу и хранящиеся сейчас во дворцах и музеях.Выдающуюся роль в развитии научного стеклоделия в России сыграл М, В. Ломоносов..В 1748он организовал при Петербургской академии паук лабораторию, в которой проводилопыты с окрашиванием стекла, лично варил смальту,разработав палитру цветной стеклянной мозаики. В1753 им была построена для производства цветного стекла Усть-Рудицкая фабрика (близ Петербурга). Из свареннойздесь смальты Ломоносов сам и по его указаниям ученики выполнили ряд мозаичныхпроизведений, в числе которых грандиозная цветная мозаичная картина «Полтавскаябаталия» (1762—1764). В 1764 был основан А. И. Бахметьевымв Никольской-Пестравке Пензенской губернии крупный потому времени завод для производствахрустальной посуды и зеркального стекла (ныне завод «Красный гигант»). Который дает возможность массового изготовленияотносительно крупных изделий из стекла, что даётначало новой отрасли стеклоделия — производству архитектурно-художественного стеклакак отделочного материала в строительстве главным образом общественных зданий.К этой категории стеклянных изделий можно отнести художественно исполненныеоблицовочные плитки, карнизы, наличники, фризы, колонны, капители,вентиляционные решётки, балясины для лестничных перил и балюстрад, витражи,смальту для мозаики, барельефы, скульптуру. По решению правительства в 1939—40 на основе  Ленинградской зеркальной фабрики былорганизован экспериментальный завод художественного стекла,который должен служить базой для изыскания путейдальнейшего усовершенствования советского    художественного стеклоделия.

В СССРразвернулось строительство крупных механизированныхновых стекольных заводов и реконструкция старых заводов. Накануне ВеликойОтечественной войны стекольная промышленностьвыдвинулась по объёму производства на 1-е место в Европе (с 11-го, какоезанимала Россия в 1913).

Основысовременной технологии стекла.

Технология получениястекла состоит из двух производственных циклов. Цикл технологии стекломассы включает операции:

 а) подготовки сырых материалов;

 б) смешивания их в определённых соотношениях, всоответствии с заданным химическимсоставом стекла в однородную шихту;

 в) варки шихты в стекловаренных печах для полученияоднородной жидкой стекломассы. 

Циклтехнологии получения стеклянных изделий складывается из операций:

 а) доведениястекломассы до температуры (и вязкости), требуемой условиями формования из неё разнообразныхстеклянных изделий;

 б) формования изделий;

 в) постеленного охлаждения изделий до комнатнойтемпературы с целью ликвидации возникающих впроцессе формования напряжений;

  г) термической, механической или химической (в отдельности либо во взаимномсочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств.

 Сырыематериалы, применяемые для стекловарения,делятся на главные и вспомогательные. Послед-ре служат для улучшениякачества стекла и получения стекла с особыми свойствами. Главные сырые материалы содержаткремнезём, борный и фосфорный гидриды, амфотерную окисьалюминия, оксиды елочных и щёлочноземельных металлов, окись свинца, цинка и др. Кремнезём, являющийся главнойчастью стекла, вводится в виде молотого кварца. Пригодность песка для стекловарения определяется содержанием в нём примесей и гранулометрическим(зерновым) составом. Вреднымипримесями являются прежде всего соединение железа и хрома,придающие желтовато-зелёный зеленый цвета. Размер зёрен песка для стекловарениядолжен находиться в пределах примерно 0,2—0,5 мм.Окись алюминия, применяемая в производствебольшинства промышленных стекол., вводитсяс глиной, каолином, гидратом окиси алюминия или в виде чистого глинозёма. Окисьнатрия вводится с одной кальцинированной содой либо(частично) с селитрой. Окись калия вводится в видесолей — кислой  или азотнокислой (селитра); применяется главным образом в производство посуды, цветных, оптических и некоторыхтехнических стекол. Окись лития используется при выработке опаловых и некоторыхспециальных стекол и даётся в виде содержащих литийминералов. Окись кальция вводится преимущественно в видемела или известняка; окись магния — в виде доломита, магнезита или жжёной магнезии. Окись бария применяетсяв виде углекислого, азотнокислого и (роже) сернокислого бария;используется при производстве оптических стекол и хрусталя. В тех жепроизводствах находит применение окись свинца, которая вводится в видесурика или глёта. Окись цинка даётся как таковаяили в виде цинковых белил;применяется впроизводство оптических, химико-лабораторных инекоторых других стекол. В стекловарении используются также материалы,содержащие одновременно соответственные горные породы,доменный шлак, стеклянный бой и др.

К вспомогательным  сырым  материаламотносятся осветлители, обесцвечиватели, красители, глушители, а также восстановители(углеродистые вещества).В качество осветлителей, способствующихудалению из стекла пузырей,применяют в небольших количествахсульфаты натрия и аммония, хлористый натрий, трёхокисьи пятиокись мышьяка в сочетании с селитрой,плавиковый шпат. Некоторые из этих веществодновременно являются обесцвечивателями. Химическоедействие обесцвечивателейсводится к окислению в стекло соединений железа. При применении физического методов обесцвечивания в шихту вводятся внезначительных количествах вещества, окрашивающиестекломассу в дополнительный к зелёному цвет (селен, соединения кобальта, марганца и др.). В качествекрасителей применяют соединения кобальта, никеля,железа, хрома, марганца, селена, меди, урана, кадмия, серу, хлорное золото и др. Рассеивающиесвет, т. е. белые, мало прозрачные стекла называются глухими илизаглушенными. В зависимости от степени глушения различают молочные (наиболее заглушенные), опаловые и опалесцирующиеС. В качестве глушителей применяются различныефтористые соединения, фосфаты, соединения сурьмы,олова и др.

Подготовка сырых материалов заключается всушке, измельчении в дробилках, бегунах или дезинтеграторах, просеивании и смешивании в. определённых весовых отношениях. Однородная смесь сырых материалов составляетшихту. Однородность шихты, от которой взначительной мере зависит качество стекломассы, определяется гранулометрическим, составом сырых материалов, степенью их увлажнения, постоянством их химическогосостава, способом и продолжительностью перемешиванияшихты и др. На стекольных заводах чаще всего применяют тарельчатые либо конусные барабанные смесители. Накрупных заводах шихту хранят в бункерах. Наибольшая однородность шихты достигается при её брикетировании, которое исключает расслоение шихты при хранении иособенно передвижении, а также устраняет загрязнение пылью регенератора и уменьшает износв печах огнеупоров. Расчёт шихты ведётся обычно на 100 весовых частей С., с учётом частичного улетучиваниянекоторых составных частей — борной кислоты, щелочей,фтора и др.

Стекловарениеведётся при температурахпорядка 1400°—1600°. В нём.различаюттри стадии. Первая стадия — провар, или варка в собственном смысле слова, когдапроисходит химическое взаимодействие междусоставными частями шихты и образование вязкой массы. Так как при нагревании из шихтыобильно выделяются газы, то в вязкой массе оказываетсяогромное количество пузырьков. Во второй стадии, называемойочисткой или осветлением, происходит удаление пузырьков, а также растворениееще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в этойстадии стекло выдерживается в печи в течение нескольких часов при наиболее высокой температуре. Третья, заключительная,стадия — т. и. студкастекломассы, когда она охлаждается до такой температуры (в зависимости от процесса производства и, следовательно,вязкости), при которой становится возможным и наиболее удобнымизготовлять из неё те или иные изделия. Варка стекла производится встекловаренных печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и прочее. Управлениесовременной стекловареннойпечью строго контролируется и в значительной мереавтоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Например, давление (разрежение) газов в рабочемпространстве печи измеряется с точностью до 0,02 мм водяного столба, уровеньстекломассы — с точностью до 0,1 мм и т. д.Автоматически регулируются: давление (тяга) в печи;соотношение газообразного или жидкого топлива ивоздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровеньстекломассы в ванне и другие параметры. Каждый изних влияет на температуру в печи, поэтому, регулируя их в совокупности, можнообеспечить постоянство температурного режима варкистекломассы и, следовательно, надлежащее её качество.

Процесс варки стекла некоторых видов, напримероптического,кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфическимиособенностями. Так, при производстве оптического стекла, к которому предъявляются особо жёсткиетребования в отношении постоянства оптических свойств, однородности,прозрачности и прочее, требуется на всех стадиях варки длительное размешивание массы. Всвязи с очень большой её вязкостью и применением высоких температур своеобразна техника варкикварцевого стекла. Прозрачное кварцевое стекло изготовляется изгорного хрусталя в графитовых тиглях, разогреваемыхпод вакуумом до 1900°—2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямымпропусканием электрического тока (электропроводность стекла значительно возрастает при повышении температуры). В конце варки в печьвпускают воздух под атмосферным или повышенным (откомпрессора) давлением.Другой способ варки этого стекла— сплавлениекварцевого порошка в пламени кислородно-водородной  горелки. Непрозрачное кварцевое стекло получаетсяпутём оплавления кварцевогопеска на угольном или графитовом стержне,разогретом электрическим током до 1800°.

Формование (иначе —выработка) стеклянных изделий из стекломассы на протяжении тысячелетийпроизводилось вручную. Значительно эффективнее ручного машинное формование. В зависимости отвида вырабатываемых изделий на практике используютнесколько способов формования. Прессование применяется в производственекоторых видов посудных изделий (чайные стаканы, пивные кружки, маслёнки,сахарницы и т. п.), стеклянной тары, архитектурных деталей и др. Ономожет быть как ручным, так и машинным. Для ручного прессования служат пружинныеили эксцентриковые прессы. Как ни разнообразныконструкции ручных и машинных прессов, все они имеют три основные формующиедетали: форму (матрицу) с поддоном, пуансон и съёмное формовое кольцо. Перваядеталь определяет внешнюю форму изделия, вторая внутреннюю, третья край изделия. Выдувание—специфический метод формования,применяемый в технике только к стеклу. Возможности этого метода весьмашироки: производство сортовой (столовой) посуды, узкогорлой тары,электровакуумных изделий и т. д. При производственемассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основныминструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В течение долгой истории стеклоделиявыдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки».  Прессовыдуваниеприменяется в машинномпроизводстве широкогорлой стеклянной тары (банкиразличных типов). Предварительная заготовка и формование горла изделияпроизводятся при этом способе прессованием (в черновойформе), а остальная часть изделия — выдуванием (вчистовой форме). Вытягивание изделий из стекломассы, как и выдувание, —своеобразный метод формования, применимый только ктаким весьма вязким материалам, как стекло, притом с вязкостью, быстро возрастающей припонижении температуры.Методом вытягивания на различных машинах  (разнымиспособами)  изготовляются: оконное и техническое листовое стекло,стеклянные дроты (трубки малого диаметра), трубы,стержни, стеклянное волокно. Прокатка стекла в её современном виде заключается втом, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство междувращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, убираемую транспортёром.Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое сткло, различных видов, преимущественно строительное, толщиной в 3 мм и больше: армированное (стекло с закатанной в него металлической сеткой), узорчатое, волнистое (имеющее форму кровельного шифера) и др. Прокаткаприменяется также в производстве стеклянных труб: стекломасса непрерывно поступает на вращающийся вал иразвальцовывается двумя роликами; внутренний диаметр трубы определяется диаметром формующего вала. Отливка стеклянных изделий в формы встречаетсяна практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономических приборов. Ведутся опыты по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в быстровращающиеся формы (способ центробежного литья). Моллирование— способ образования изделий в формах, приподаче в них стекла в виде твёрдых кусков. В результате постепенного нагреваниястекла становится вязким и заполняет форму под действием либо собственного веса, либо внешнегоусилия (прессование). Моллированием формуютсязаготовки из оптического стекла и крупнаястеклянная скульптура.

Отжиг отформованных, еще горячих изделий служитдля предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напряжении, появляющихся прибыстром охлаждении на воздухе и вызывающихсамопроизвольное растрескиваниестекла. Отжиг сводится к выдерживанию изделий втечение некоторого времени при температуре, близкойк температуре размягчения стекла,и к последующему медленномуохлаждению их по определённому режиму. Отжигпроизводится в отжигательных печах непрерывного илипериодич. действия. Длительность отжигаопределяется толщиной (массивностью) изделий до нескольких месяцев (астрономич, объективы). Не требуют отжига только некоторые тонкостенные изделия, например дроты, колбы(оболочки) для электрич, ламп и т. п.

Закалка стекла— операция,обратная отжигу. Её назначение — создать в изделиях сильные равномернораспределённые напряжения. Закалённые изделия термическии механически гораздо более прочны, чем отожжённые.В результате закалки получается небьющееся стекло,применяемое для остекления окон вагонов, автомобилей, самолётов и т. п. Чтобызакалить листовое стекло, его предварительноразогревают до 600°—650°, затем быстро охлаждают в обдувочнойрешётке путём равномерного обдувания воздухом.

Обработка (иначе —отделка) отформованныхстеклянных изделий может быть разделена на горячую (огневую), холодную(механическую) и химическую, которые применяются вотдельности либо во взаимном сочетании.

Горячаяобработка стекла включает отколку, отопку, огневую полировку и другие операции,требующие нагревания изделий. Отколка колпачков («набелей»),образующихся на выдувных изделиях после выработки в форме, производитсяпосредством надреза алмазом и последующего прогрева изделия у надреза узким пламенемгорелки; колпачок отскакивает, по линии надреза,после чего острые края шлифуются или подвергаются оплавлению ручную, с помощью горелки, или на машинахпериодического либо непрерывного действия. Огневая полировка (оплавление поверхности изделий) обычно производитсявручную.

Кхолодной обработке стекла  относятся его резка, (сверление,шлифовка и полировка. Последние две  операции придают стеклу ровную и гладкуюповерхность. {Шлифовка—сначала грубая (обдирка),затем тонкая (дистировка)— осуществляется с помощью (абразивов и даётматовую поверхность изделий. Полировка (обычно крокусом) сглаживает микро неровности поверхности, остающиеся после шлифовки, и придаёт стеклупрозрачность и блеск. В производство листовогостекла шлифовка и полировка выполняются наодинаковых станках (ручных или конвейерных), только при шлифовке применяется {металлический плоский диск, а при полировке — {мягкий (например, суконный) полировальник. При массовом поточном производстве автоматические шлифовка и полировка осуществляются на конвейерных линиях,производительность которых определяется сотнямитысяч квадратных метров листового стеклав год. Шлифовкаприменяется также для нанесения матовых узоров наповерхность стеклянных изделий с помощьюпескоструйных аппаратов и для образования на изделиях алмазных граней. Химическая обработка применяется для получения прикислотной полировке, клеймении,художественно-декоративной отделке стеклянныхизделий. Распространённым методом химическойобработки является травление стекла азотобразнымфтористым водородом или растворами плавиковойкислоты и её солей. Взаимодейтвие фтористыхсоединений со стеклом приводит к образованию нерастворимых и малорастворимых химическихсоединений, и поверхность изделия становится матовой. При травлении слабымирастворами плавиковой кислоты в смеси с концентрированной серной кислотой наповерхности стекла происходит равномерное образование растворимых соединений, иона становится гладкой и блестящей (кислотнаяполировка). Для нанесения на изделия методомтравления рисунков применяют специальные машины — пантографы,резец которых вычерчиваетрисунок на предварительно нанесённом на изделиезащитном кислотоупорном слое, снимая его; после этого изделие погружают в ваннус раствором кислоты, которая протравливает стекло вместах, где оно обнажено резцом. Обработкой парамихлористого олова в сочетании с другими солями получают ирризирующиестекла, поверхность которых похожа на перламутр;при комбинированном прогреве слабо окрашенного стекла с молочным стеклом ипоследующем травлении плавиковой кислотой получают атласные стекла и т.д.

Старинным способом украшения посуды является живопись по стеклу путём нанесения на него муфельных красок (смеси легкоплавкойглазури и минеральных красок) с последующим обжигом. Для художественной отделки стекла на него наносят также различнымиспособами тончайшие плёнки золота и серебра.Основой химических способов золочения и серебрения стекла является осаждение наповерхности изделий коллоидно-дисперсных частиц металлапри его восстановлении из растворов солей. Серебрение, а также алюминирование широко применяются в производствезеркал.

Химический состав стекла.

        Схема строениястекла.

/>Карбонаткальция, подобно соде, при сплавлении с пес­комвзаимодействует с ним, образуя силикат кальция и двуокись углерода. Присплавлении с избытком песка смеси карбонатов натрия и кальция получаютпереохлажденный взаимный раствор полисиликатов кальция и натрия; это и естьобыкновенное оконное стекло. Главное свойство всякого стекла заключается в том,что оно переходит из жидкого в твердое состояние не скачком, а загустевает по мере остывания постепенно вплоть дополного затвердевания. Стекло — аморфное вещество. Аморфные веществаотличаются от кристаллических тем, что атомы в них не образуют кристаллическойрешетки. Однако известная упорядоченность расположения атомов существует и встеклах. Для плавленого кварца и силикатных стекол остаются в силе общие законыкристаллохимии силикатов; каждый атом кремния в них тетраэдрическиокружен четырьмя атомами кислорода, но эти тетраэдры сочетаются друг сдругом беспорядочно, образуя непрерывную пространственную сетку, в пустотахкоторой тоже беспорядочно располагаются ионы металлов (рис). Благодаря этомуодин «микроучасток» стекольной массы отличен по атомному строению от другого, соседствующего с ним. Этим и объясняется отсутствие устекла постоянной точки плавления, постепенность перехода его из твердого вжидкое состояние и обратно.

Как материал стекло широко используется в различииобластях народного хозяйства, В соответствии с назначением известны разнообразныевиды стекла: оконное посудное,тарное, химико-лабораторное, термическое, жаростойкое, строительное, оптическое, электровакуумное имногочисленные другие вид стеклатехнического. В пределах каждого вид стекла имеются самые разнообразные его сорта. Взависмости от условий службы каждого вида и сорта стеклу предъявляются определённые требования в отношениисвойств, сформулированные в соответствующих стандартах и технических условиях. Физико-химическиесвойства стекла определяются главным образомего составом В таблице приводится примерный химический состав некоторыхпромышленных стекол.

Примерный химический состав некоторых промышленныхстекол (в %)

Вид стекла

 

 

Оконное ............

Посудное .............

Зеркальное ...........

Парфюмерное ..........

Бутылочное ...........

Хрусталь ............

Полухрусталь .........

Химико-лабораторное .....

Термостойкое типа

Опаловое ............

Термометрическое

Электровакуумное .......

Стеклянное волокно......

При детальном исследованиистекла изучаются, в зависимости от технических условий, следующиеего физико-химические свойства: вязкость,поверхностное натя­жение, внутренние напряжения, температура раэмягчения, удельный вес, предел прочности на сжа­тие, разрыв и изгиб, твёрдость, модуль упругоси, газопроницаемость,термическое расширение, теплоём­кость, теплопроводность, электропроводность,диэлектрические потери, по­казатель преломления,спектральные характеристики в видимой и невидимойчасти спектра, химическая стойкость, кристаллиза­ционнаяспособность и другие. Прочность на разрыв зависит от толщины стекла и оттермической его обработки. Наибольшей теплопроводностью отличается прозрач­ноекварцевое стекло.

СТЕКЛО  ОПТИЧЕСКОЕ —прозрачное стекло любого химического состава, обладающее высокой стептнью однородности. Содержат46,4% РЬО, 47,0%Si0и другие оксиды; кроны —72% SiO  щелочныеи другие оксиды.

Оптическое стекло применяется для изготовления линз, призм, кювет и др.Стекло для оптических приборов изготовлялось уже в 18 веке,однако возникновения собственно производства оптического стекла относится к началу19 века, когда швейцарским учёным П. Гинаном был изобретён способ механического размешиваниястекломас­сы во время варки и охлаждения — круговым движе­нием глиняногостержня, вертикально погруженного в стекло. Этотприём, сохранившийся до настоящего времени,позволил получить стекло высокой степени однородности. Производство оптическогостекла получило дальней­шее развитие благодаря совместным работам немецкихучёных Э. Аббе и Ф. О. Шотта, в результате которых в 1886возник известныйстекольный завод товарище­ства Шотт в Иене (Германия), впервые выпустивший огромноемногообразие современных оптическиъхстекол. До 1914 производство оптического стекласуществовало только в Англии, Франции и Германии. В России начало производстваоптического стекла относится к 1916. Оно достиглобольшого развития только после Великой Октябрь­ской социалистической революцииблагодаря рабо­там советских учёных Д. С. Рождественского,И. В. Гребенщикова, Г. Ю. Жуковского, Н. Н. Качалова и др.

Основное требование, предъявляемое коптическому стеклу— это высокая степень однородности. Отсутствие одно­родности вызываетотклонение лучей света от их правильного пути, что делает стекло негодным дляего прямого назначения. Однородность оптического стекла нару­шается причинами химическогои физического порядка. Хими­ческая неоднородностьобусловлена местными из­менениями химическогосостава и устраняется размешиванием оптическогостекла в процессе варки. Физическая неодно­родностьвызывается напряжениями, возникающими в процессе охлаждения оптического стекла, и устраняетсятщатель­ным отжигом. Оптическое стекло должно иметь определённые оптическиесвойства— точные величины показателей преломления для лучей различных длин волн. Боль­шой ассортиментоптического стекла с различными показателями преломления и средней дисперсиейимеет огромное значение при расчёте иконструировании оптич. систем для снижения их дефектов, в частности дляуничтожения вредного влияния вторичного спектра и исправления качества изображения.

Оптические свойства стекла зависят от егохимического состава. Разнообразным сочетанием окислов удаётся получить стекло стребуемыми значениями оптических постоянных. Некоторыесорта оптического стекла, например, не содер­жат кремнезёма (основногосоставляющего любого стекла), другие содержат обычно применяемые окислители, нов чрезвычайно большихколичествах. Прозрачность оптического стекла должна быть высокой, порядка90—97% на 100 мм пути луча в стекле. Оптическое стекло должно бытьхимически устойчивым по отношению к действию влажной ат­мосферы и к действиюслабых кислот, характери­зующему «пятнимость» их,т. е. чувствительность к прикосновению рук.

Дляпроизводства оптического стекла применяются такие же сырьевыематериалы, как и для других типов стекол. Однакотребования к чистоте сырья весьма высоки. Особенно вредными примесями являются соединения железа и хрома,окрашивающие стекло и увеличивающие его светопоглощепие.Варка оптического стекла производится в одно-,двухгоршковых печах. Важ­нейшая операция в производстве оптического стекла— размешивание стекла в процессе варки и особенно впроцессе охлаждения. Для разделки оптического стекла применяются триспособа:

1)  охлаждение стекла вместе с горшком с последующейразбивкой на куски и формовкой этих кусков в нагретом состоянии;

 2)отливка стекло­массы в железную форму;

 3)прокатка в лист отлитой на стол стекломассы. />

Оптическиестекла выпускаются стекло­варенными заводами в виде прямоугольных кусковразличных размеров «плитки» и в виде заготовок — «прессовки» (линзы, призмы).

К оптическим стеклам можно отнести также и специально окра­шенные цветные стекла, применяемые для изготов­ления точных светофильтров, которые в виде плоско-параллельных пластин частоприменяются в оптических приборах и служат для изменения спек­трального состава проходящего через них света. Эти цветныестекла изготовляются на заводах оптического стеклатеми же приёмами, что и оптическое стекло.

СТЕКЛО СТРОИТЕЛЬНОЕ —изделия из стекла, применяемые в строительстве. Строительное стекло служит длястекления световых проёмов, устройства прозрач­ных и полупрозрачныхперегородок, облицовки и отделки стен, лестниц и других частей зданий. Кстроительным стеклам, относят также тепло- и звукоизоляционные материалы изстекла (пеностекло и стеклянная вата), стеклянные трубы для скрытойэлектропро­водки, водопровода, канализации идругих целей, архитектурные детали, элементы стекложелезобетонныхперекрытий и т. д. Большаячасть ассор­тимента строительного стекала служит для остекления световых проё­мов:листовое оконное стекло, зеркальное, рифлё­ное,армированное, узорчатое, двухслойное, пусто­телыеблоки и др. Тот же ассортимент стекла может быть использован и для устройствапрозрачных и полупрозрачных перегородок.

Листовое оконное стекло, наиболее широкоприменяемое в строительстве, вырабаты­вается из расплавленной стекломассы,главным образом вер­тикальным или горизонтальнымнепрерывным вытя­гиванием ленты, от которой помере её охлаждения и затвердевания отрезаются от одногоконца листы требуемыхразмеров. Существен­ным недостаткомлистового оконного стекла являет­ся наличие некоторой волнистости, искажающей пред­меты,просматриваемые через него (в особенности подострым углом).

Зеркальное  стекло   обрабатывается шлифованием и полировкой с обеих сторон, благо­даря чему онообладает минимальными оптическим искажениями. Современныйнаиболее распростра­нённый способ производства зеркального стекла состоит вгоризонтальной непрерывной прокатке стекломассы между двумя валами, отжигеотформо­ванной ленты в туннельной печи, шлифовке и поли­ровке намеханизированных и автоматизированных конвейерных установках. Зеркальное стекло изго­товляетсятолщиной от 4 мм и выше (в особых слу­чаях — до 40 мм), для варки его применяютвысоко­качественные материалы, поэтому оно обладает и более высоким светопропусканием,чем обычное оконное стекло; применяется главным образом для остекления окон и дверей в общественных зданиях,витрин и для изготовле­ния зеркал; механическиесвойства мало отличаются от механических свойствоконного стекла.

Прокатноеузорчатое стекло имеет узорчатую поверхность, получаемую путём про­каткимежду двумя валками, один из которых рифлё­ный;вырабатывается как бесцветное, так и цветное; применяется в тех случаях, когда требуется полу­читьрассеянный свет.

Узорчатое стекло с матовыми или «морозным» рисунком применяется для внутренних перегородок, дверных филёнок иосте­кления лестничных клеток; изготовляется путёмобработки поверхности оконного или зеркального стекла. Матовый рисунокполучается обработкой поверхности струей песка подшаблон. Рисунок,напоминающий морозный узор на стекле, получают нанесением на поверхность слояживотного клея, который в процессе сушкиотрывается вместе с верх­ними слоями стекла.

Армированное стекло содержит в тол­ще своей проволочнуюсетку; оно более прочно, чем обычное; при разбивании ударами или растрескивании во время пожара осколки егорассыпаются, будучи связанными арматурой; поэтому армирован­ное стекло применяют для остекления фонарейпромышленных и общественных зданий, кабин подъёмников, лестничныхклеток, проёмов противопожарных стен. Вырабатывается методом непре­рывного проката междувалками с закаткой про­волочной сетки, сматываемойс отдельного бара­бана. Волнистое армированное стекло, по форме напоминающее волнистые асбестоцементные листы, применяется для устройстваперегородок, фонарей, перекрытия стеклянных галлерей и пассажей.

Сдвоенные(пакетные) стекла своз­душной или светорасссивающейпрослойкой (например, из стеклянного волокна) обладают хорошими теп­лоизоляционнымисвойствами; изготовляются путём склейки 2 оконныхстекол с прокладной рамкой. Тол­щина сдвоенных стекол с воздушнойпрослойкой 12—15 мм.

Пустотелые стеклянные блоки изготовляются путём прессования ипоследующей сварки двух стеклянных полукоробок;применяются для заполнения световых проёмов,главным образом в промышленных зданиях; обеспечивают хорошую осве­щённость рабочих мести обладают высокими тепло­изоляционнымисвойствами. Укладка блоков в проёмы производится на строительном растворе ввиде панелей, перевязанных металлич. переплё­тами.

Облицовочное стекло (марблит)пред­ставляет собой непрозрачное цветное листовоестекло. Изготовляется путём периодическойпрокатки стекломассы на литейном столе споследующим от­жигом в туннельных печах. Применяется для от­делки фасадов и интерьеров жилых иобщественных зданий. К облицовочному стеклу относится также цветное металлизированное стекло.

СТЕКЛО КВАРЦЕВОЕ — содержит не менее 99% SiO — (кварца). Кварцевое стекловыплав­ляют при температуре более 1700° С из самых чистых разновидностейкристал­лического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или чистыхкварцевых песков. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолето­вые лучи, имееточень высокую темпера­туру плавления, благодаря небольшому коэффициентурасширения выдерживает резкое изменение температур, стойкое по отношению к водеи кислотам. Кварцевое стекло применяют для изготовления лаборатор­ной посуды,тиглей, оптических прибо­ров, изоляционных материалов, ртутных ламп («горноесолнце»), применяемых в медицине и др.

 СТЕКЛООРГАНИЧЕСКОЕ (плекси­глас) — прозрачная бесцветная пласти­ческая масса,образующаяся при полиме­ризации метилового эфира метакриловойкислоты. Лег­ко поддается механическойобработке. Применяется как листовое стекло в авиа- имашиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в ла­бораторияхи др.

СТЕКЛО РАСТВОРИМОЕ — смесь си­ликатов натрия и калия (илитолько натрия), водные растворы которых назы­ваются жидким стеклом. Растворимоестекло применяют для изготовления кислотоупорных цемен­тов и бетонов, дляпропитки тканей, изго­товления огнезащитных красок, силика-геля,для укрепления слабых грунтов, канцелярского клея и др.

СТЕКЛО    ХИМИКО-ЛАБОРАТОР­НОЕ —стекло, обладающее высокой хи­мической и термической стойкостью. Для повышенияэтих свойств в состав стекла вводят оксиды цинка и бора.

СТЕКЛОВОЛОКНО — искусственное волокнострого цилиндрической формы с гладкой поверхностью, получаемое вы­тягиваниемили расчленением расплав­ленного стекла. Широкоприменяется в химической промышленности для фильтрации горячих кислых ищелочных растворов, очистки горячего воздуха и газов, изготовления сальниковыхнаби­вок в кислотных насосах, армирования стеклопластиков и др.