Стекло
Получают стекло сплавлением кварцевого песка SiO2, известняка CaCO3 и соды Na2CO3:
Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = Na2O · CaO · 6SiO2 + 2CO2
Процесс осуществляют в печах при температуре 1100 – 1600 °C, после чего образовавшуюся стекломассу постепенно охлаждают.
Виды стёкол
В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стёкла бывают оксидными (силикатные, кварцевое, германатные, фосфатные, боратные), фторидными, сульфидными и т. д.
Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO2), соды (Na2CO3) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na2O·CaO·6SiO2.
Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула — SiO2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения (см. выше —кластофульгуриты), образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка (этот факт лежит в основе одной из исторических версий происхождения технологии).
Кварцевое стекло характеризуется весьма малым коэффициентом температурного расширения и потому его иногда используют в качестве материала для деталей точной механики, размеры которых не должны меняться при изменении температуры. Примером служит использование кварцевого стекла в точных маятниковых часах.
Оптическое стекло — применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.
Химико-лабораторное стекло — стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью.
Основные промышленные виды стекла
Кодовый символ указывающий, что стекло может быть вторично переработано
В качестве главной составной части в стекле содержится 70—75 % двуокиси кремния (SiO2), получаемой из кварцевого песка при условии соответствующей грануляции и свободы от всяких загрязнений. Венецианцы для этого применяли чистый песок из реки По или даже завозили его из Истрии, тогда как богемские стеклоделы получали песок из чистого кварца.
|
|
Второй компонент — окись кальция (CaO) — делает стекло химически стойким и усиливает его блеск. На стекло она идёт в виде извести. Древние египтяне получали её из щебня морских раковин, а в Средние века она приготовлялась из золы деревьев или морских водорослей, так как известняк в качестве сырья для приготовления стекла был ещё не известен. Первым подмешивать к стеклянной массе мел, как тогда назывался известняк, стали богемские стеклоделы в XVII веке.
Следующей составной частью стекла являются оксиды щелочных металлов — натрия (Na2O) или калия (K2O), нужные для плавки и выделки стекла. Их доля составляет примерно 16—17 %. На стекло они идут в виде соды (Na2CO3) или поташа (K2CO3), которые при высокой температуре легко разлагаются на окиси. Соду сначала получали выщелачиванием золы морских водорослей, а в местности, удалённой от моря, применяли содержащий калий поташ, получая его выщелачиванием золы буковых или хвойных деревьев.
Различаются три главных вида стекла:
· Содово-известковое стекло (1Na2O: 1CaO: 6SiO2)
· Калийно-известковое стекло (1K2O: 1CaO: 6SiO2)
· Калийно-свинцовое стекло (1K2O: 1PbO: 6SiO2)
Кальциево-натриевое стекло[править | править вики-текст]
«Содовое стекло» можно с лёгкостью плавить, оно мягкое и потому легко поддаётся обработке, а кроме того, чистое и светлое.
|
|
Калиево-кальциевое стекло[править | править вики-текст]
«Поташное стекло», в отличие от натриевого, более тугоплавкое, твёрдое и не такое пластичное и способное к формовке, но обладает сильным блеском. Оттого что раньше его получали непосредственно из золы, в которой много железа, стекло было зеленоватого цвета, и в XVI веке для его обесцвечивания начали применять перекись марганца. А так как именно лес давал сырьё для изготовления этого стекла, его называли ещё лесным стеклом. На килограмм поташа шла тонна древесины.
Свинцовое стекло[править | править вики-текст]
Свинцовое стекло (или «хрусталь») получается заменой окиси кальция окисью свинца. Оно довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжёлое, отличается сильным блеском и высоким показателем преломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая игру света.
Боросиликатное стекло[править | править вики-текст]
Включение оксида бора вместо щелочных составляющих шихты придаёт этому стеклу свойства тугоплавкости, стойкости к резким температурным скачкам и агрессивным средам. Изменение состава и ряд технологических особенностей, в свою очередь, сказывается на себестоимости — оно дороже обычного силикатного.
Пористое стекло[править | править вики-текст]
Воздействие воды и растворов кислот на силикатные стёкла выражается образованием на их поверхности тонкой плёнки пористого строения — об этом было известно давно. В определённой области тройной диаграммы лежат составы малоустойчивых щелочно-боросиликатных стёкол, такое воздействие на которые (в особенности — растворов кислот) результатом может иметь образование насквозь пористых продуктов — так называемых пористых стёкол. В этом случае в раствор переходит пребывавший в составе исходного материала практически весь щелочной оксид, весомая часть борного ангидрида, а пористый продукт реакции будет на 93—96% состоять из кремнезёма и при определённых условиях сохранит внешние качества исходного стеклянного материала: блестящую полированную поверхность и форму[32].
|
|
Получение пористых стёкол значительных размеров и толщины возможно только из стекла некоторых определённых составов. Пористые стёкла по объёму, соответствующему исходному — сравнительно небольшие, образуются из щелочно-боросиликатных стёкол, входящих в стёкла более сложного состава, и из двухкомпонентных боросиликатных стёкол, содержащих от 60 % SiO2[32].
Первые исследования пористых стёкол и их структуры относятся к началу 1930-х годов. Одной из первых публикаций, посвящённых настоящей теме, явилась работа 1931 годаИ. В. Гребенщикова и Т. А. Фаворской[33]. Особую интенсивность изучение свойств щелочно-боросиликатных стёкол и получаемых из них пористых стёкол И. В. Гребенщиковым и его сотрудниками приобрело с 1940 года[32].
Тогда и в последующих исследованиях было получено представление о том, что пористые стёкла, обладая некоторыми общими характерными особенностями, одновременно демонстрируют большое разнообразие структур, находящееся в зависимости от условий их образования, термической истории исходного стекла и его состава[32].
В дальнейшем многими исследователями были получены материалы данной категории разнообразной структуры, чрезвычайно широкого диапазона обусловленных ею свойств, имеющие очень большую сферу применения.
Прозрачное и цветное стекло[править | править вики-текст]
Прозрачное стекло[править | править вики-текст]
Рецептура прозрачного стекла была известна ещё в древности, о чём свидетельствуют античные флаконы и бальзамарии, в том числе и цветные,— на помпейских фресках мы видим совершенно прозрачную посуду с фруктами. Но вплоть до Средневековья, когда огромное распространение получают витражи, не приходится встречать образцов стеклоделия, выраженно обладающих этими свойствами[34][35].
Оптическое стекло[править | править вики-текст]
| Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его. |
Основная статья: Оптическое стекло
К оптическому стеклу предъявляют особые технические требования, первое из которых — однородность, оцениваемая до сих пор на основании экспертного анализа по степени и количеству находящихся в нём свилей и прозрачности в заданном диапазоне спектра.
Наличие у государства собственного производства оптического стекла является показателем уровня его научно-технического развития.
В зависимости от значений показателя преломления и коэффициента дисперсии (илисредней дисперсии) оптические стёкла делятся на различные типы. ГОСТ 3514-94 устанавливает следующие типы оптических стёкол[36]:
· Лёгкие кроны (ЛК)
· Фосфатные кроны (ФК)
· Тяжёлые фосфатные кроны (ТФК)
· Кроны (К)
· Баритовые кроны (БК)
· Тяжёлые кроны (ТК)
· Сверхтяжёлые кроны (СТК)
· Особые кроны (ОК)
· Кронфлинты (КФ)
· Баритовые флинты (БФ)
· Тяжёлые баритовые флинты (ТБФ)
· Лёгкие флинты (ЛФ)
· Флинты (Ф)
· Тяжёлые флинты (ТФ)
· Сверхтяжёлые флинты (СТФ)
· Особые флинты (ОФ)
В каждый из типов входит несколько марок стёкол, в общей сложности их количество составляет 180.
Цветное стекло[править | править вики-текст]
Обычная стеклянная масса после остывания имеет желтовато-зелёный или голубовато-зелёный оттенок. Стеклу можно придать окраску, если в состав шихты произвести включение, например, тех или иных оксидов металлов, которые в процессе варки изменят его структуру, что после остывания, в свою очередь, заставляет стёкла выделять определённые цвета из спектра проходящего сквозь них света. Железистые соединения окрашивают стекло в цвета — от голубовато-зелёных и жёлтых до красно-бурых, окись марганца — от жёлтых и коричневых до фиолетовых, окись хрома — в травянисто-зелёный, окись урана — в желтовато-зелёный (урановое стекло), окись кобальта — в синий (кобальтовое стекло), окись никеля — от фиолетового до серо-коричневого, окись сурьмы или сульфид натрия — в жёлтый (в самый же красивый жёлтый окрашивает, однако, коллоидное серебро), окись меди — в красный (так называемый медный рубин в отличие от золотого рубина, получаемого прибавкой коллоидного золота). Костяное стекло получается замутнением стекломассы пережжённой костью, а молочное — прибавкой смеси полевого и плавикового шпата. Теми же прибавками, замутив стекломассу в очень слабой степени, получают опаловое стекло. Окрашенные стёкла, помимо других областей применения, используют в качестве цветных светофильтров.
Художественное стекло[править | править вики-текст]
Художественное цветное стекло (Венеция)
Этот материал изначально, и в силу разнообразия своих декоративных возможностей, и благодаря уникальным свойствам, в том числе — подобию красивейшим самоцветам, а порой в чём-то и превосходя их, именно через изобразительное творчество, с момента, когда слиток впервые оказался на ладони мастера, — радует и, вероятно, всегда, чаруя, будет присутствовать в жизни способного ценить его красоту. Нелишним будет напомнить и то, что некогда ценой своей с золотом могло соперничать только стекло. Действительно, самые ранние его рукотворные образцы — украшения.
· Выдувание стекла — операция, позволяющая из вязкого расплава получить различные формы — шары, вазы, бокалы.
С точки зрения стеклодува стёкла делятся на «короткие» (тугоплавкие и термостойкие, например — «пирекс»), пластичные в весьма узком диапазоне температур и «длинные» (легкоплавкие, например — молибденовое) — имеющие этот интервал значительно более широким.
Стеклодув за работой
Важнейший рабочий инструмент стеклодува, его выдувальная трубка — это полая металлическая трубка длиной 1—1,5 м, на одну треть обшитая деревом и снабжённая на конце латунным мундштуком. Пользуясь трубкой, стеклодув набирает из печи расплавленное стекло, выдувает его в форме шара и формует. Для этого ему нужны металлические ножницы для отрезания стеклянной массы и прикрепления её к трубке, длинные пинцетообразные клещи из металла для вытягивания и формования стеклянной массы, для образования тиснёных украшений и т. д., сечка для отсекания всего изделия от трубки и деревянная ложка (скалка, долок — в форме коклюшки) для разравнивания набранной стекломассы. Предварительно отформованное с помощью этих инструментов стекло («баночку») стеклодув вкладывает в форму из дерева или железа. Оставшийся от отшибания след (насадок, колпачок) приходится удалять шлифовкой.
Готовое изделие отшибают от трубки на вилы и несут в отжигательную печь. Отжигизделия производится несколько часов при температуре около 500 °C с тем, чтобы снять возникшие в нём напряжения. Неотожжённое изделие может из-за них рассыпаться при малейшем прикосновении, а иногда и самопроизвольно. В демонстрационных целях это явление издавна эффектно показывается на батавских слёзках — застывших каплях из стекла.
· Шлифовка и полировка стекла
· Огранка стекла
· Металлизация и окрашивание стекла
Смарт-стекло[править | править вики-текст]
Основная статья: Смарт-стекло
Смарт-стекло — класс стекольных материалов. Представляет собой композит из слоев стекла и различных химических материалов, используемый в архитектуре и производстве светопрозрачных конструкций (окон, перегородок, дверей и т. п.), изменяющий свои оптические свойства (матовость, коэффициент пропускания, коэффициент поглощения тепла и т. д.) при изменении внешних условий, например, освещенности или температуры или при подаче электрического напряжения.
Стекловолокно и стеклоткань[править | править вики-текст]
Из обычного стекла можно получить тонкие весьма гибкие нити, пригодные для изготовления ткани. В современной технике стекловолокно из специальных марок стекла наиболее широко используется в волоконной оптике, для изготовления композиционных (фиберглас), электроизолирующих (напр. стеклолента,стеклотекстолит) и теплоизолирующих (стекловата) материалов.
Литература
1) Википедия
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%F2%E5%EA%EB%EE#.D0.92.D0.B8.D0.B4.D1.8B_.D1.81.D1.82.D1.91.D0.BA.D0.BE.D0.BB
2)«Энциклопедия для детей. Химия» Издательский центр «Аванта+»