Реферат: стекло

Этапы развития стеклоделия.

Естественное стекло известно человеку с древнейших вре мён. Након ечники стрел, ножи и т. п., изготовленные первобытным человеком из природн ого вулканического стекло (обсидиана), были найден ы в самых различных местах земного шара.

Возникновение стеклоделия связано, по-видимому, с развитием гончарного производства. Получение стекла сперва было, вероятно, случайным. Примером такой возможности является образование стекла в результате расплавления золы при пожаре зернохранилищ. Производство стекла в Древнем Египте началось около 3000 лет до н. э. Из стекла делались различные украшен ия, амулеты. Цилиндр из светло -голубого стекла прекрасн ого качества, найденны й 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 знамен итая ваза с начертанным на ней именем ассирийского царя Саргопа II (722— 705 до н. э.), находящаяся в Британском музее (Лон дон), сделана из полупрозрачного зеленоватого С .

Во времен а Птолемеев (4—1 вв. до II. э.) в Египте существовало относите льно развитое стекольное производство. Египет оставался центром стеклоделия вплоть до нашей эры; его стеклянные изделия вывозились во многие другие страны. Стеклоделие было развито также в странах Ближнего Востока, в частности в Сирии и Финикии, а также в Причерноморье. Кроме рядовой продукции, здесь изготовлялись богатые ун икальн ые изделия, украшенные эмалью и золотом. С древних времён стекло было известн о в Китае, где в 5—3 вв. до н. э. стеклянные изде лия появляются уже в довольно большом количестве [в т. ч. бусы с «глазовидным» узором и спе цифическим химич еским составом С . (примесь бария)]. Первые письмен ные свиде те льства об изготовле нии стекла в Китае отн осятся к концу 3 в. В источниках 5 в. говорится об умении китайцев изготовлять С. пяти цветов.

Примерно за 1200 лет до и. э. уже была известна техника прессования стекла в открытых формах. Этим способом изготовлялись вазы, чаши, блюда, кубки, цветные мозаичные украшения. Особенн о распространённым было голубое и бирюзовое стекло, окрашенное ме дью. Зелёное стекло получали окрашивание м ме дью и железом. Синее стекло, окрашенн ое кобальтом, появилось в Египте в начале нашей эры.

При некоторых достижен иях древн его стеклоделия техника его была примитивна и везде, в том числе в Древнем Егип те, на протяжении многих столетий переживала период застоя. Высоких температур получать не уме ли, плавку стекла вели в небольших глиняных тигельках, стекло получалось не проваренным , часто непрозрачным и в очень малых количествах. Чтобы прикрыть обычн о неприглядный вид изделий, изготовленных из такого н есове рше нного мате риала, прибегали к красителям и шли по пути подражания природн ым полудрагоце нным камням. Формовка изделий из густой, вязкой раскалённ ой стекломассы была нелёгкой задачей; она выполнялась простейшими приёмами ручной лепки, для которой исп ользовались плоские камни и примитивные глиняные формы, а при изготовлен ии изделий в виде небольших сосудов — деревянные палочки, обмазанные смесью песка и глин ы, обволакивавшиеся стекломассой. Ассортимент изделий ограничивался мелкими туалетными украшениями: бусами, серьгами, браслетами, застёжками, амулетами, флакончиками для ароматических. веществ и т.п.

Переворот в технологии стеклоделия был вызван на рубеже нашей эры изобретен ием метода выдуван ия полых стеклянных изделий. Возможность широкого применения нового метода была обеспечена крупными успехами в те хн ике стекловарения. Тогда стали уверенн о получать прозрачное стекло, выплавлять его сразу в значительн ых количествах, н аучились изготовлять выдуванием красивые сосуды относительно большого размера и самой разнообразной формы. Выдувательная трубка, это простейшее приспособление, оказалась инструментом, при помощи которого че ловек с художественным чутьём и даром точной координации движений в результате длительных упражне ний достигал высокого совершенства в работе.

Открытие способа выдуван ия стекла положило начало второму большому периоду развития стеклоделия, продолжавшемуся до конца 19—начала 20 вв. и характеризующемуся на всём своём протяжении единством технологич еских приёмов, не претерпевших за это вре мя прин ципиальных изменен ий. В соответствии с технологией и характер продукции оставался в этот период более или менее постоян ным, охватывая все возможные разн овидности полых изделий, главным обр азом всевозможн ые сосуды «настольн ого» масштаба, а также отдельные декоративн ые изделия — кубки , вазы, бокалы, блюда, туалетные флаконы, осветительные приборы и т. п. С амо собой разумеется, что эта однообразн ая по типам и назначению продукция с точки зрения стиля, композиции и исполнения отраж ала характерн ые особенности развития искусства и народного творчества в отдельных странах в различн ые эпохи.

Первыми овладели методом выдувания стеклянных изделий мастера Древнего Рима, где на протяжении нескольких ве ков искусство стеклоделия находилось на большой высоте и где были создан ы стеклянные изделия, относящиеся к выдающимся образцам мирового искусства (например, находящаяся в Британском музее Портландская ваза). В римское время стекло было впервые использовано в качестве оконн ого материала. После падения Западной Римской империи (конец 5 в.) центр стеклоделия перемещается в Византию, где, в частности, быстро развивается особый вид художественного производства — выплавка цветного н епрозрачного стекла (смальты ) для смальтовой мозаики, сменившей в раннем средневековье античную каменную мозаику.

На Руси стеклоде лие было значительно развит о в домонгольский период. В Киеве, в слоях 11—13 вв., раскопками вскрыты большие стекольн ые мастерские , в частн ости мастерские стеклянных браслетов, бывших тогда модным женским украшен ием во все х русских городах. Такая мастерская была обнаруже на и при раскопках в Костроме. С 11 в, на Руси развилось производство смальты для монументальных мозаик, Монголо-татарское н ашествие пре рвало стекольное производство на Руси, которое возобн овилось только в 17 в. В средние века мо заика из смальты создавала сь в ряде цен тров Грузии (н апример, знаменитая мозаика 12 в. в Гелати). Высокого уровня развития достигло стеклоделие в средние века в Египте, где его традиции не прерывались с древних времён. С текло изготовлялось и в других странах Востока, например, в 12—14 вв. производством стеклянных изделий с росписью эмалями славилась С ирия. В странах Западной Европы в сред ние века развивает-1 ск ус ст во витража — картин или орна ментальных композиций из цветн ого стекла. Фигурно вырезанные стекла скреплялись свинцовыми перемыч ками и вставлялись в окон ные проёмы зданий. Появляются первые опыты росписи витражей н ами, закрепле нными обжигом. Контуры заливались темно-коричневой краской (шварцлотом), преобладавшей и в самой росп иси. В 14 в. начнется применяться же лтая к раска, в состав которой входит серебро. Ею покрывали большие участки стекла и это д авало возможн ость увеличить размеры отдельных частей витража и ум еньшить число и длин у новых перемычек. Расцвет искусства средневе ковых ви траже й приходится на 13—14 вв.

Ведущая роль Византии в развитии стеклоделия сохраняется до 13 в., когда главным центром производства стекла в Европе стан овится Венеция. Художественное стеклоделие получает здесь интенсивн ое развитие и достигает подъёма в 15—16 вв.. Венециан ские мастера изготовляют разнообразнейшие по форме и технике декоративн ые сосуды из топкого или окрашенн ого стекла, туалетные зеркала, ставшие тогда удивительной новостью, бисе р, бусы и другие художественные стеклянные изделия, поль зовавшиеся широчайшей известностью. Изде лия из стекла расписывались эмалями, покрывались позолотой, украшались узором из трещинок (кракле), стеклянными нитями. Особой художест венной тонкости достигло венецианское стекло к 16 веку вместе с тем в 16 в., после открытия Америки, ( широко развивается промышленность, в частности стекольное производство, в Испан ии, Португалии, Нидерландах, зате м во Франции, Англии и других странах. Здесь строятся стекольные предприятия, ведущую роль в которых составляют беглые ве нецианские мастера, соблазнившие огромными заработками. Развивается стеклоделие в Германии, где традиции этого производства сохранились, по-видимому, со времён римского вла ствования. 1 612 во Флоренции была издан а книга А. П ери, которую можно считать первым науч ным трудом в области стеклоделия. В ней даны сведен ия об использовании окисей свинца и бора, а также окиси мышьяка как осве тляющего стекло реагента, составы цветных стекол и прочее. Книга эта сделалась надолго руководством по технологии получения стекла.

В 1615 в Англии предлагается способ использования угля в качестве топлива для стекловаренн ых печей. Это даёт возможн ость получать при высоких температурах тугоплавкое и термостойкое стекла. В 70-х годах. 17 века в Англии был предложен состав стекла с окисью свинца, что повысило показатель светопреломле ния. Это стекло, отличающееся блеском и радужной игрой, получило распространение и в других странах. Со второй половины 1 7 в. перве нство по производству художе ственного стекла в Европе переходит к Чехии, где начали изготовлять толстостенные сосуды из стекла со значительным содержанием кальция. По своей бесцветности и чистоте это стекло напоминало горн ый хрусталь. Большая толщина стенок изделий позволяла производить особенно глубокую огранку, и в таком виде это стекло, известное под названием богемского хрусталя, получило широчайшую известность.

На Руси новый этап развития стеклоделия начин ается с 17 в., когда близ Можайска был построе н (1 635) шведом Елисеем Коэтом первый в России стекольный завод. В 1668 был построен Измайловский завод под Москвой, в 90-х гг. 17 в.— завод у Тайпицких ворот в Москве; до 1717 — Ямбургские заводы. Важне йшую роль в дальнейше м развитии стеклоделия в России сыграл государственный стекольн ый завод, зал оженный Пе тром I в первые годы 18 века на Воробье вых горах под Москвой и к середине 18 в. вместе с Ямбургскими заводами переведённый в Петербург. Завод этот стал образцом для всех других стекольных предприятий страны, подлинн ой школой для русских мастеров стекольного дела и лабораторией освое ния новой техники. В е го работе принимали в разное время участие видные 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 мастера стекольного дела — создавали на этом заводе замечательные произведения искусства, изумлявшие всю Европу и хранящиеся сейчас во дворцах и музеях. Выдающуюся роль в развитии научного стеклоделия в России сыграл М, В. Ломоносов. . В 1748 он организовал при Петербургской академии паук лабораторию, в которой проводил опыты с окрашиванием стекла, лично варил смальту, разработав палитру цветной стеклянн ой мозаики. В 1753 им была построена для производства цветного стекла Усть-Рудицкая фабрика (близ Петербурга). Из сваренной здесь смальты Ломоносов сам и по его указаниям ученики выполнили ряд мозаичных произведений, в числе которых грандиозная цветная мозаичная картина «Полтавская баталия» (1762—1764). В 1764 был основан А. И. Бахметье вым в Никольской-Пестравке Пензе нской губернии крупный потому времени завод для производства хрустальной посуды и зеркального стекла (ныне завод «Красный гигант»). Который дает возможность массового изготовления относительно крупных изделий из стекла, что даёт начало новой отрасли стеклоделия — производству архитектурно-художественного стекла как отделочного материала в строительстве главным образом общественных зданий. К этой категории стеклянных изделий можно отнести художественно исполненные облицовочные плитки, карнизы, наличники, фризы, колонны, капители, вентиляционные решётки, балясины для лестничных перил и ба л юстрад, витражи, смальту для мозаики, барельефы, скульптуру. По решению правительства в 1939—40 на основе Ленинградской зеркальной фабрики был организован экспериментальный завод художественного стекла, который должен служить базой для изыскания путей дальнейшего усовершенствования советского художественного стеклоделия.

В С СС Р развернулось строительство крупных мех анизированных новых стекольных заводов и реконструкция старых заводов. Накануне Великой Отечественной войны стекольная промышленность выдвинулась по объёму производства на 1-е место в Европе (с 11-го, какое занимала Россия в 1913).

Основы современной технологии стекла.

Те хнология получения стекла состоит из двух производственных циклов. Ц икл технологии стекломассы включае т операции:

а) подготовки сырых материа лов;

б) смешивания их в опреде лённых соотноше ниях, в соответствии с заданным химич еским составом стекла в однородную шихту;

в) варки шихты в стекловарен ных пе чах для получения однородной жидкой стекломассы.

Цикл технологии получения стеклянных и здели й складывается из опе раций:

а) дове дени я стекломассы до темпе ратуры (и вязкости), т ребуемой условиями формования из не ё разноо бразных стеклянных изде лий;

б) формования изделий;

в) посте ленного охлаждения изделий до комнатной темпе ратуры с целью ликвидации возникающих в процессе формов ания напряжений;

г) те рмической, механиче ской или химической (в отде льности либо во взаимн ом сочетании) обработки отформованных изделий для придания им заданных свойств.

Сырые материалы, применяемые для стекловарения, делятся на главные и вспомогате льные. Послед-р е служат для улучше ния качества стекла и получения стекла с особыми свойствами. Главные сырые материалы содержат кремнезём, борн ый и фосфорный г идриды, амфотерную окись алюминия, оксиды елочных и щёлочноземельных металлов, окись свинца, цинка и др. Кремнезём, являющийся главной частью стекла, вводится в виде молотого кварца. Пригодность песка для стекловарения определяется содержанием в нём примес ей и гранулометрическим (зе рновым) составом. Вредными п римесями являются прежде всего соединение железа и хром а, придающие желтовато-зелёный зеленый цве та. Размер зёрен песка для сте кловарения дол жен находиться в пределах примерно 0,2—0,5 мм. Окись алюминия, применяемая в производстве большинства промышленных стекол., вводится с глиной, каолином, гидратом окиси алюминия или в виде чистого глинозёма. Окись натрия вводится с одной кальцинированной содой либо (частично) с се литрой. Окись калия вводится в виде солей — кислой или азотнокислой (селитра); применяется главным образом в производство посуды, цветных, оптиче ских и некоторых технических стекол. Окись лития используется при выработке опаловых и некоторых спе циальных стекол и даётся в виде содержащих литий минералов. Окись кальция вводится преимущественно в виде мела или известняка; окись магния — в виде доломита, магнези та или жжён ой магне зии. Окись бария приме няется в виде угле кислого, азотнокислого и (роже) се рноки слого бария; используется при производстве оптических стекол и хрусталя. В тех же производствах находит примене ние окись свинца, которая вводится в виде сурика или глёта. Окись цинка даётся как таковая или в виде цинковых бе лил; приме няе тся в производство оптиче ских, химико-лабораторных и некоторых других стекол. В стекловарении используются также материалы, содержащие одновре менно соответстве нные горные породы, доменный шлак, сте клянный бой и др.

К вспомогательным сырым мате риалам относятся осветлители, обесцвечиватели, красите ли, глушите ли, а также восстановители (углеродистые ве ще ства). В каче ство осветлителей, сп особствующих удале нию из стекла пузыре й, приме няют в не больших количе ствах сульфаты натрия и аммония, хлористый натрий, трёхокись и пятиокись мышьяка в соче тании с селитрой, плавиковый шпат. Некоторые из этих веществ одновременно являются обесцвечивателями. Химическое де йствие обесцвечивателей сводится к окислению в стекло соединений железа. При применении физического ме тодов обесцвечивания в шихту вводятся в незначительных количествах ве щества, окрашивающие сте кломассу в дополнительный к зелёному цвет (селе н, соединения кобальта, марганца и др.). В качестве красителей применяют сое динения кобальта, никеля, железа, хрома, марганца, селена, меди, урана, кадмия, серу, хлорн ое золото и др. Рассеивающие све т, т. е. белые , мало прозрачные стекла называются глухими или заглуше нными. В зависимости от степени глушения различают молочные (наиболее заглуше нные), опаловые и опалесцирующие С. В качестве глушителе й применяются различные фтористые соединения, фосфаты, сое динения сурьмы, олова и др.

Подготовка сырых материалов заключае тся в сушке, измельчении в дробилках, бе гунах или де зинтеграторах, просеивании и сме шивании в. определённых весовых отнош ениях. Однородная смесь сырых материалов составляет шихту. Однородность шихты, от которой в значительной мере зависит качество стекломассы, определяется гранулометрическим, составом сырых материалов, сте пенью их увлажнения, постоянством их химического состава, способом и продолжительностью пе ремешивания шихты и др. На стекольных заводах чаще всего применяют таре льчатые либо конусные барабанные смесители. На крупных заводах шихту хранят в бунке рах. Наибольш ая однородность шихты достигается при её брикетировании, которое исключает расслое ние шихты при хране нии и особенно передвижении, а также устраняет загрязнение пылью реге нератора и уменьшает изн ос в печах огнеупоров. Расчёт шихты ведётся обычно на 100 весовых частей С., с учётом частичного улетучивания некоторых составных частей — борной кислоты, щелоче й, фтора и др.

С текловарение ве дётся при темпе ратурах порядка 1400°—1600°. В н ём . различают три стадии. Первая стадия — провар, или варка в собственном смысле слова, когда происходит химическое взаимодействие между составными частями шихты и образование вязкой массы. Так как при нагрева нии из шихты обильно выделяются газы, то в вязкой массе оказы вается огромное количество пузырьков. Во второй стадии, называе мой очисткой или осветлением, происходит удаление пузырьков, а также растворение е ще оставшихся нерастворёнными зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживае тся в печи в тече ние нескольких часов при наиболее высокой те мпературе. Тре тья, заключите льная, стадия — т. и . студка стекломассы, когда он а охлаждае тся до такой температуры (в зависимости от проце сса производства и, сле довательно, вязкости), при которой становится возможным и н аиболе е удобным изготовлять из неё те или иные изделия. Варка стекла производится в стекловаренных печах. Выбор того или иного типа пе чи обусловливае тся видом применяемого топлива, ассортим ентом вырабатывае мых изде лий, размерами производства и прочее. Управление совреме нной стекловаре нной печью строго контролируется и в значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени точности. Например, давлен ие (разрежение) газов в рабочем пространстве печи измеряется с точностью до 0,02 мм водя ного столба, уровен ь стекломассы — с точностью до 0,1 мм и т. д. Автоматиче ски регулируются: давление (тяга) в печи; соотноше ние газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество подаваемого в печь топлива; уровен ь сте кломассы в ванне и другие параметры. Каждый из них влияет на температуру в печи, поэтому, регулируя их в совокупности, можно обе спечить постоянство температурного режима варки стекломассы и, следователь но, надлежащее её качество.

Процесс варки стекла некоторых видов, н апример оптического, кварцевого, стеклянного волокна, отличается специфич ескими особе нностями. Так, при производстве оптического стекла, к которому пре дъявляются особо жёсткие требования в отношении постоянства оптических свойств, однородности, прозрачности и прочее, тре буе тся на всех стадиях варки длительное размешивание массы. В связи с очень большой е ё вязкостью и приме нением высоких температур своеобразна техника варки кварце вого стекла. Прозрачное кварцевое стекло изготовляе тся из горного хрусталя в графитовых тиглях, разогревае мых под вакуумом до 1900°—2000° индукционными токами высокой частоты, либо прямым пропусканием электрич еского тока (эле ктропроводность стекла значительно возрастае т при повыше нии темпе ратуры). В конце варки в пе чь впускают воздух под атмосферным или повыше нным (от компре ссора) давление м. Другой способ варки этого стекла— сплавление кварцевого порошка в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварце вое стекло получается путём оплавления кварце вого песка на угольном или графитовом сте ржне, разогретом электрическим током до 1800°.

Формование (ин аче —выработка) стекля нных изде лий из стекл омассы на протяжении тысячеле тий производилось вручн ую. Значительно эффе ктивнее ручного машинное формование. В зависимости от вида вырабатываемых изде лий на практике используют несколько способов формования. Пре ссование приме няе тся в производстве некоторых видов посудных изделий (чайные стаканы, пивные кружки, маслёнки, сахарницы и т. п.), стеклянной тары, архите ктурных де талей и др. Оно может быть как ручным, так и машинным. Для ручного прессования служат пружинные или эксцентриковые п рессы. Как ни разнообразны конструкции ручных и машинных прессов, все они имеют три основные формующие детали: форму (матрицу) с поддоном, пуансон и съёмное формовое кольцо. Первая деталь определяет внешнюю форму изделия, вторая внутреннюю, тре тья край изделия. Выд увание —спе цифиче ский ме тод формования, применяемый в технике только к стеклу. Возможности э того ме тода весьма широки: производство сортовой (столовой) посуды, узкогорлой тары, электровакуумных изде лий и т. д. При производстве немассовых изделий до сих пор применяется ручной способ выдувания. Основным инструментом рабочего выдувальщика является стеклодувная трубка. В тече ние долгой истории сте клоделия выдувание производилось ртом, ныне сконструированы и применяются «трубки-самодувки». Прессовыдувание приме няе тся в машинном производстве широкогорлой стеклянной тары (банки различных типов). Предварительная заготовка и формование горла изделия производятся при этом способе прессованием (в че рновой форме), а остальная часть изделия — выдувание м (в чистовой форме). Вытягивание изделий из стекломассы, как и выдувание, — своеобразный метод формования, приме нимый только к таким весьма вязким мате риалам, как стекло, притом с вязкостью, быстро возрастающей при понижении те мпе ратуры. Методом вытягивания на различных машинах (разными способами) изготовляются: оконное и техническое листовое стекло, стеклянные дроты (трубки малого диаме тра), трубы, стержни, стеклянное волокно. Прокатка стекла в её современн ом виде заключае тся в том, что струя стекломассы непрерывно поступает из печи в пространство между вращающимися вальцами, где и прокатывается в ленту, убираемую транспортёром. Методом непрерывной прокатки изготовляется листовое сткло, различных видов, пре имущественно строительное, толщиной в 3 мм и больше: армированное (стекло с закатанной в него металлич еской сеткой), узорчатое, вол нист ое (име ющее форму кровельного шифера) и др. Прокатка применяется также в производстве стеклянных труб: стекломасса непре рывно поступает на вращающийся вал и развальцовывается двумя роликами; вн утре нний диаметр трубы определяется диаме тром формующего вала. Отливка стеклян ных изде лий в формы встречается на практике редко; так изготовляются, например, крупные диски для астрономич еских приборов. Ведутся опыты по отливке фасонных труб с раструбами и фланцами в быстро вращающие ся формы (способ центробежного литья). Моллирование — способ образования изделий в формах, при подаче в них стекла в виде твёрдых кусков. В результате постепенного нагревания стекла становится вязким и заполняет форму под действием либо собстве нного веса, либо вне шнего усилия (прессование). Моллированием формуются заготовки из оптич еского стекла и крупная стеклянная скульптура.

Отжиг отформованных, е ще горячих издел ий служит для предотвращения возникновения в них внутренних неравномерных напря жении , появляющихся при быстром охлажде нии на воздухе и вызывающих самопроизвольное растрескивание стекла. Отжиг сводится к выдерживанию изделий в течение некоторого времени при температуре, близкой к температуре размягче ния стекла, и к последующему медле нн ому охлаждению их по определён ному режиму. Отжиг производится в отжигательных печах непрерывного или периодич. действия. Длительность отжига определяется 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— оп ерация, обратная отжигу. Её назначение — создать в изделиях сильные равномерно распределённые напряжения. Закалённые изделия термически и механически гораздо более прочн ы, чем отожжённые. В результате закалки получается небьющееся стекло, применяемое для остекления окон вагонов, автомобилей, самолётов и т. п. Чтобы закалить листовое стекло, его предварительно разогревают до 600°—650°, затем быстро охлаждают в обдувочной решётке путём равномерного обдувания воздухом.

Обработка (иначе —отделка) отформованных стеклянных изделий может быть разделена на горячую (огневую), холодную (механическую) и химическую, которые применяются в отдельности либо во взаимном соче тании.

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

К холодной обработке стекла относятся его резка, ( сверление, шлифовка и полировка. Последние две операции придают стеклу ровную и гладкую поверхность. { Шлифовка—сначала грубая (обдирка), затем тонкая (дистировка) — осуществляется с помощью ( абразивов и даёт матовую поверхность изделий. Полировка (обычно крокусом) сглаживает микро неровности поверхности, остающиеся после шли ф овки, и придаёт стеклу прозрачность и блеск. В производство листового стекла шлифовка и полировка вып олняются на одинаковых станках (ручных или конвейерных), только при шлифовке применяется {м еталлический плоский диск, а при полировке — {м ягкий (например, суконный) полировальник. При масс овом поточном производстве автоматические шлифовка и полировка осуществляются на конвейер ных линиях, производительность которых определяетс я сотнями тысяч квадратных метров листового стекла в год. Ш лифовка применяется также для нанесения матовых узоров на поверхность стеклянных изд елий с помощью пескоструйных аппаратов и для образования на изделиях алмазных граней. Химич еская обработка применяется для получения при кислотной полировке, клеймении, художественно-декоративной отделке стеклянных изделий. Распространённым ме тодом химической обработки является травление стекла азотобразным фтористым водородом или растворами плавиковой кислоты и её солей. Взаимодейтвие фтористых соединений со стеклом приводит к обра зованию нерастворимых и малорастворимых химических соединений, и поверхность изделия становится матовой. При травлении слабыми растворами плавиковой кислоты в смеси с концентрированной серной кислотой на поверхности стекла происходит равномерное образование растворимых соединений, и она становится гладкой и бле стящей (кислотная полировка). Для нане сения на изделия методом травления рисунков применяют специальные маши ны — пантографы, резе ц которых выче рчивает рисунок на предварительно нанесённом на изделие защитном кислотоупорном слое, снимая его; после этого изделие погружают в ванну с раствором кислоты, которая протравливает стекло в местах, где оно обнаже но резцом. Обработкой парами хлористого олова в сочетании с другими солями получают ирризирующие стекла, поверхность которых похожа на перламутр; при комбинированном прогреве слабо окрашенного стекла с молочным стеклом и последующем травлении плавиковой кислотой получают атласные стекла и т.д.

С таринным способом украше ния посуды является живопись по стеклу путём нане сения на него муфельных красок (смеси легкоплавкой глазури и минеральных красок) с последующим обжигом. Для художестве нной отделки стекла на него наносят также различными способами тончайшие плёнки золота и серебра. Основой химических способов золочения и серебрения стекла является осаждение на поверхности изделий коллоидно-дисперсных частиц ме талла при его восстановлении из растворов солей. Серебрение, а также алюминирование широко применяются в производстве зеркал.

Химический состав стекла.

Схема строения стекла.

Карбонат кальция, подобно соде, при сплавлении с песком взаимодействует с ним, образуя силикат кальция и двуокись углерода. При сплавлении с избытком песка смеси карбонатов натрия и кальция получают переохлажденный взаимный раствор полисиликатов кальция и натрия; это и есть обыкновенное 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 до полного затвердевания. Стекло — аморфное вещество. Аморфные вещества отличаются от кристаллических тем, что атомы в них не образуют кристаллической решетки. Однако известная упорядоченность расположения атомов существует и в стеклах. Для плавленого кварца и силикатных стекол остаются в силе общие законы кристаллохимии силикатов; каждый атом кремния в них тетраэдрически окружен четырьмя атомами кислорода, но эти тетраэдры сочетаются друг с другом беспорядочно, образуя непрерывную пространственную сетку, в пустотах которой тоже беспорядочно располагаются ионы металлов (рис). Благодаря этому один «микроучасток» стекольной массы отличен по атомному строению от другого, сосед ствующего с ним. Этим и объясняется отсутствие у стекла постоянной точки плавления, постепенность перехода его из твердого в жидкое состояние и обратно.

Как материал стекло широко используется в различии областях народного хозяйства, В соответствии с назначение м изве стны разнообразные виды стекла: оконное посудное, тарное, хи мико-лабораторное, термическое, жаростойкое, строите льное, оптическое, электровакуумное и многочисленн ые другие вид стекла технического. В пределах каждого вид стекла имеются самые разнообразные его сорта. В зависмости от условий службы каждого вида и сорта стеклу п редъявляются оп ре делённые требования в отношении свойств, сформулированные в соответствующих стандартах и технич еских условиях. Физико-химические свойства стекла определяются главным обр азом его составом В таблице приводится примерный химич еский состав некоторых п ромышленных стекол.

Примерный химическ ий состав нек оторых промышленных сте кол (в %)

Вид стек ла

Оконное ....... .....

Посудн ое ...... ..... ..

Зерк альное ...........

Парфюмерное ..... .. ...

Бу тыл очное ......... ..

Хрусталь ....... .....

Полухрусталь ..... ....

Химико-лабораторное .. ...

Термостойкое ти па

Опалово е . ...........

Термометрическ ое

Электровакуумное .......

Стеклянное во локно. .... .

При детальном исследовании стекла изучаются, в зависимости от технич еских условий, следующие его физико-химич еские свойства: вязкость, поверхностное натя жение, внутренние напряжения, те мпе ратура раэмягчения, удельный вес, предел прочности на с жа тие , разрыв и изгиб, твёрдость, модуль упругоси, газопрон ицаемость, термич еское расширение, теплоём кость, теплопроводность, электропроводность, диэлектрические потери, по казате ль преломле ния, спектральные характеристики в видимой и невиди мой части спектра, химическая стойкость, кристаллиза ционная способность и другие. Прочность на разрыв зависит от толщины стекла и от термической его обработки. Наибольшей теплопроводностью отличается прозрачное кварцевое стекло.

СТЕКЛО ОПТИ ЧЕСКОЕ — прозрачное стекло любого химического состава, обладающее высокой стептнью однородности. С одержат 46,4% РЬО, 47,0% Si0 и другие оксиды; кроны — 72% SiO щелочные и другие оксиды.

Оптическое стекло применяется для изготовления линз, призм, кювет и др. Стекло для оптич еских приборов изготовлялось уже в 18 веке, однако возникновения собственн о производства оптического стекла относится к началу 19 века, когда швейцарским учёным П. Гинаном был изобретён способ механич еского размешивания стекломассы во время варки и охлаждения — круговым движением глиняного стержня, вертикально погруже нного в стекло. Этот приём, сохранившийся до н астоящего времени, позволил получить стекло высокой степени однородности. Производство оптического стекла получило дальнейшее развитие благодаря совместным работам немецких учёных Э. Аббе и Ф. О. Шотта, в ре зультате которых в 1886 возник изве стный стекольный завод товарищества Шотт в Иене (Германия), впервые выпустивший огромное многообразие современ ных оптич ескиъх сте кол. До 1914 производство оптического стекла существовало только в Англии, Франции и Германии. В России начало производства оптического стекла относится к 1916. Он о достигло большого развития только после Великой Октябрьской социалистической революции благодаря работам советских учён ых Д. С . Рождественского, И. В. Гребенщикова, Г. Ю. Жуковского, Н. Н. Качалова и др.

Основное требование, предъявляемое к оптическому стеклу— это высокая степен ь одн ородности. Отсутствие однородности вызывает отклонение лучей света от их правильного пути, что делает стекло негодным для его прямого назначения. Однородность оптического стекла н арушается причинами химич еского и физич еского порядка. Химическая не одн ородность обусловлена местными изменен иями химического состава и устраняется размешиванием оптического стекла в процессе варки. Физическая неодн ородность вызывается напряжениями, возникающими в процессе охлаждения оптического стекла, и устран яется тщательным отжигом. Оптическое стекло должно иметь определённые оптические свойства— точные величины показателей преломления для лучей различных длин волн. Большой ассортимен т оптического стекла с различными показателями преломления и средней дисперсией имеет огромн ое значение при расчёте и конструировании оптич. систем для снижения их дефектов, в частности для уничтожения вредного влияния вторичного спектра и исправле ния качества изображения.

Оптические свойства стекла зависят от его химического состава. Разнообразным сочетанием окислов удаётся получить стекло с требуемыми значениями оптических постоянных. Некоторые сорта оптического стекла, например, н е содержат кремнезёма (основного составляющего любого стекла), другие содержат обычно применяемые окислители, но в чре звычайн о больших количествах. Прозрачность оптического стекла должна быть высокой, порядка 90—97% на 100 мм пути луча в стекле. Оптическое стекло должно быть химически устойчивым по отношению к действию влажной атмосферы и к действию слабых кислот, характеризующему «пятнимость» их, т. е. чувствительность к прикосновению рук.

Для производства оптического стекла применяются такие же сырьевые материалы, как и для других типов ст екол. Однако требования к чистоте сырья весьма высоки. Особенно вредными приме сями 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 в процессе охлаждения. Для разделки оптического стекла применяются три способа:

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

2) отливка стекломассы в железную форму;

3) прокатка в лист отлитой на стол стекломассы.

Оптические стекла выпускаются стекловаренными заводами в виде прямоугольных кусков различных размеров «плитки» и в виде заготовок — «прессовки» (линзы, призмы).

К оптическим стеклам можно отнести также и специально окрашенные цветн ые сте кла, применяемые для изготовления точных све тофи льт ров, которые в виде плоско-параллельных пластин часто применяются в оптических приборах и служат для изменения спектральн ого состава проходящего через них света. Эти цветные сте кла изготовляются на заводах оптического стекла теми же приёмами, что и оптическое стекло.

СТЕКЛО СТРОИ ТЕЛЬНОЕ — изделия из стекла, применяемые в строительстве. Строительное стекло служит для стекления световых проёмов, устройства прозрачных и полупрозрачных перегородок, облицовки и отделки стен, лестниц и других частей зданий. К строительным стеклам, относят также тепло- и звукоизоляционные материалы из стекла (пеностекло и стеклянная вата) , стеклянные трубы для скрытой электропроводки, водоп ровода, канализации и других целей, архитектурные детали, элементы стекложелезобетонных перекрытий и т. д. Б ольшая часть ассортимента строительного стекала служит для остекления световых проёмов: листовое оконное стекло, зеркальное, ри флёное, армированное, узорчатое, двухслойн ое, пустотелые блоки и др. Тот же ассортимент стекла может быть использован и для устройства прозрачных и полупрозрачных перегородок.

Листовое оконное стекло , наиболее широко применяемое в строительстве, вырабатывается из расплавленной стекломассы, главным образом вертикальным или горизонтальн ым непрерывным вытягиванием ленты, от которой по мере её охлаждения и затвердевания отрезаются от одн ого кон ца листы требуе мых размеров. Существенным н едостатком листового оконн ого стекла является наличие некоторой волнистости, искажающей предметы, просматриваемые через него (в особе нности под острым углом).

Зеркальное стекло обрабатывается шлифование м и полировкой с обеих сторон, благодаря чему оно обладает минимальными оптическим искажениями. С овременный наиболее распространённый способ производства зеркального стекла состоит в горизонтальной непрерывной прокатке стекломассы между двумя валами, отжиге отформованной ленты в туннельной печи, шлифовке и полировке на механизированных и автоматизирован ных конвейерных установках. Зеркальное стекло изготовляется толщиной от 4 мм и выше (в особых случаях — до 40 мм), для варки его приме няют высококачественные материалы, поэтому оно о бладае т и более высоким светопропусканием , че м обычное оконное стекло; применяется главным обр азом для остекления окон и две рей в общественных здани ях, витрин и для изготовле н ия зеркал; механич еские свойства мало отличаются от механич еских свойств оконного стекла.

Прокатн ое узорчатое стекло имеет узорчатую поверхность, п олучае мую п утём прокатки между двумя валками, один из которых рифлё ный; вырабатывае тся как бесцветное, так и цветное; приме няется в тех случаях, когда требуется получить рассеян ный свет.

Узорчатое стекло с матовыми или «морозным» рисунком приме няется для внутренних перегородок, дверных филёнок и остекления лестн ичных клеток; изготовляется путём обработки поверхности оконного или зеркального стекла. Матовый рисунок получается обработкой поверхности струе й песка под шаблон . Рисун ок, напоминающий морозный узор на стекле, получают нанесением на поверхность слоя животного клея, который в процессе сушки отрывается вместе с верхними слоями стекла.

Армированное стекло содержит в толще своей проволочную сетку; оно более прочно, чем обычное; при разбивании ударами или растрескивании во время пожара осколки его рассыпаются, будучи связанными арматурой; поэтому армированное стекло примен яют для остекления фон арей промышленн ых и общественных здан ий, кабин подъёмников, лестн ичных клеток, проёмов противопожарных стен . Вырабатывается методом непрерывного проката между валками с закаткой проволочной се тки, сматываемой с отдельного барабана. Волнистое армированное стекло, по форме напоминающе е волн истые асбестоцементные листы, применяется для устройства перегородок, фонарей, пе рекрытия стеклянн ых галлерей и пассаже й.

С двоенные (пакетн ые) сте кла с воздушн ой или светорасссивающей прослойкой (н апример, из стеклянн ого волокна ) обладают хорошими теплоизоляционными свойствами; изготовляю тся путём склейки 2 оконных сте кол с прокладной рамкой. Толщина сдвоен ных сте кол с воздушной прослойкой 12—15 мм.

Пустотелые стеклянные блоки изготовляются путём прессования и последующе й сварки двух стеклянных полукоробок; примен яются для заполнения световых проёмов, главным образом в промы шленных здан иях; обеспечивают хорошую освещённость рабочих мест и обладают высокими теплоизоляционными свойствами. Укладка блоков в проёмы производится на строительном растворе в виде панелей, перевязан ных металлич. переп лётами.

Облицовочное стекло (марблит) пред ставляет собой не прозрачн ое цветн ое листовое стекло . Изготовляется путём периодич еской прокатки стекломассы на литейном столе с последующим отжигом в тунне льных печах. Примен яется для отделки фасадов и интерьеров жилых и общественных зданий. К облицовочному стеклу относится также цветное металлизированное стекло.

СТЕКЛО КВАРЦЕВОЕ — содержит не менее 99% SiO - (кварца). Кварцевое стекло выплавляют при температуре более 1700° С из самых чистых разновидностей кристаллического кварца, горного хрусталя, жильного кварца или чистых кварцевых песков. Кварцевое стекло пропускает ультрафиолетовые лучи, имеет очень высокую температуру плавления, благодаря небольшому коэффициенту расширения выдерживает резкое изменение температур, стойкое по отношению к воде и кислотам. Кварцевое стекло применяют для изготовления лабораторной посуды, тиглей, оптических приборов, изоляционных материалов, ртутных ламп («горное солнце»), применяемых в медицине и др.

СТЕКЛО ОРГАНИЧЕСКОЕ (плексиглас) — прозрачная бесцветная пластическая масса, образующаяся при полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты. Легко поддается механической обработке. Применяется как листовое стекло в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в лабораториях и др.

СТЕКЛО РАСТВОРИМОЕ — смесь силикатов натрия и калия (или только натрия), водные растворы которых называются жидким стеклом. Растворимое стекло применяют для изготовления кислотоупорных цементов и бетонов, для пропитки 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 повышения этих свойств в состав стекла вводят оксиды цинка и бора.

СТЕКЛОВОЛОКНО — искусственное волокно строго цилиндрической формы с гладкой поверхностью, получаемое вытягиванием или расчленением расплавленного стекла. Широко применяется в химической промышленности для фильтрации горячих кислых и щелочных растворов, очистки горячего воздуха и газов, изготовления сальниковых набивок в кислотных насосах, армирования стеклопластиков и др.

Реферат: стекло

Похожие рефераты: