Стекло представляет собой неорганический прочный, хрупкий, непроницаемый для природных элементов, прозрачный или полупрозрачный материал, который используется во многих областях нашей повседневной жизни. Талантливые стекольщики и дизайнеры Eraglass работают со стеклом каждый день, и его уникальные качества воспринимаются ими как должное. Вот несколько интересных фактов об этом материале.
Состав стекла
Стекло изготавливается из натурального сырья, которое плавится при очень высокой температуре. Основной ингредиент стекла – это песок, но, технически, главным составляющим является компонент песка – кварц, он же диоксид кремния (SiO2), кремнезем или кварцевый песок.
Кварц соединяется с другими ингредиентами, которые могут различаться. Это такие элементы, как:
- кальцинированная сода (карбонат натрия);
- доломит (минерал из класса карбонатов);
- известняк (карбонат кальция);
- стеклобой (вторичное стекло);
- иные химикаты (оксиды металлов, кобальт).
Стекло производится путем охлаждения расплавленных при температуре от +300 до +2500 °C компонентов, с достаточной скоростью, чтобы предотвратить образование видимых кристаллов. Одного песка достаточно для изготовления стекла, однако температура, необходимая для его плавления, будет намного выше. По этой причине сода добавляется в качестве модификатора. Известняк делает его более прочным. Оптимальный состав: около 75 % кремнезема, 10 % извести и 15 % соды.
Силикатное стекло
Композиции стекла разработаны таким образом, чтобы проявлять его различные физические, химические и оптические свойства. Разнообразие применения требует определенных типов стекла и производственных процессов. В промышленном производстве обычно используют несколько составов. Мы кратко остановимся на силикатном стекле.
Силикатное стекло – это обычное стекло, которое встречается повсеместно. Список изделий практически бесконечен: от посуды, объектов декора, очков, лабораторных сосудов, ламп накаливания, окон и до сотни других предметов, которые мы прямо или косвенно используем в нашей повседневной жизни.
Основные виды:
- содово-известковое;
- калийно-известковое;
- калийно-свинцовое.
Промышленное стекло делится на строительное, техническое, электровакуумное, тарное, лабораторное, безопасное, оптическое, сортовое.
Стандарты качества
Видов стекла огромное множество. Для определения качества каждого вида созданы государственные стандарты, в котором описаны свойства и качественные характеристики.
Существуют ГОСТы для стекла кварцевого, листового, медицинского, многослойного, моллированного, неорганического, оптического и прочих разновидностей. В них описаны технологии производства, марки, методы определения качества, классификации.
Структура стекла
Стекло может быть сформировано естественным путем; например, в вулканах или когда молния попадает на песчаный пляж, и оно производилось людьми в течение тысяч лет. Таким образом, может быть удивительно, что наше понимание точной структуры стекла не является полным даже после столь длительного времени. Очень часто стекло обозначается как аморфное. Это слово пришло из греческого языка и означает «без формы». Таким образом, у нас есть грубое представление о том, что стекло как-то бесформенно.
Строение стекла еще окончательно не установлено. Есть расхождения даже между основной его массой и поверхностным слоем. Это связано с тем, что различные стекла имеют разный состав. Помимо этого на его структуру влияет технологический процесс.
Расположение атомов в стекле
Слева: кристаллическая форма, справа: аморфная форма.
Стекло имеет какой-то оттенок мистики – вероятно, из-за своего странного химического и физического поведения. Оно достаточно надежно, чтобы защитить нас, но может разбиться на тысячи осколков. Оно сделано из непрозрачного песка, но полностью прозрачно. И, пожалуй, самое поразительное – оно выглядит и ведет себя как твердое тело, но на самом деле это замаскированная форма странной жидкости. В результате его можно наливать, выдувать, прессовать и формовать.
Производственное сырьё
В производстве стекла, в качестве основного материала, могут использоваться следующие химические вещества: оксиды, фториды или сульфиды. Классическая, наиболее распространённая технология предусматривает применение в качестве основного ингредиента кварцевого песка (до 70% от общей массы), содержащего в себе большое количество оксида кремния SiO2. Как дополнительные компоненты используются доломиты и известняки, а также сульфат натрия.
В качестве катализатора и ускорителя процесса стеклообразования в состав шихты добавляются стеклообразующие окислы. Кроме того, для придания производимому стеклу неких требуемых свойств, в его состав вводятся дополнительные компоненты — колеровочные материалы, изготовленные на основе марганца, кобальта, хрома; осветлители из селитры или окиси мышьяка.
В зависимости от основного стеколообразующего сырья и дополнительных компонентов имеются следующие виды стёкол:
- Силикатные. Производство их основывается на силикатном оксиде SiO2. Основная разновидность, используемая сегодня повсеместно в быту и в промышленности. Это оконные и автомобильные стёкла, зеркала, экраны телевизоров и компьютерных мониторов.
- Натриево-кальциевые. Также этот тип стёкол именуется «содовым» или «кронгласом», и отличается лёгкостью плавления и мягкостью, что делает его простым в обработке. Часто применяется для изготовления мелких деталей сложной конструкции, либо в декоративном искусстве.
- Калиево-кальциевое, или поташное. Характеризуется тугоплавкостью и твёрдостью. Производство поташного стекла требовало большого количества древесины — основного сырья для поташа. Чтобы получить один килограмм поташа требовалось пережечь тонну деревьев, поэтому данный сорт стёкол также именовался «лесным стеклом». Вплоть до 18 века в России поташное стекло являлось основной разновидностью, которое выпускала отечественная стекольная промышленность.
- Свинцовое. В быту эта разновидность стекла более известна под наименованием «хрусталь». Производство хрусталя отличается от традиционной технологии введением в состав, в качестве дополнительного компонента, оксида свинца. В итоге получается тяжёлые стеклянные изделия, обладающие ярким блеском и способностью к дисперсии — разложению светового луча на отдельные составляющие. В итоге, при прохождении сквозь хрусталь, свет начинает играть всеми оттенками радуги.
- Борсиликатное. Отличается высокой механической устойчивостью к различным агрессивным воздействиям: тугоплавкость, невосприимчивость к кислотным и щелочным средам, резким скачкам температуры. Достигается это путём введения в процессе изготовления в состав стекольной массы оксида бора. Себестоимость борсиликатного стекла получается выше, нежели простого силикатного, но его высокие механические свойства с лихвой компенсируют этот недостаток. Применяется для изготовления медицинской и лабораторной посуды.
Особые виды стекла
Существуют различные виды стекла, используемые для разных целей. Развитие стекольной промышленности и производство многофункциональных стекол позволяют решать архитектурные задачи в строительных конструкциях Эрагласс, а также использовать возможности для специальных технических и научных применений.
Плоское стекло
Плоское или листовое стекло наиболее распространенно в окнах, дверях, автомобильных стеклах, зеркалах и солнечных панелях. Его изготавливают путем распределения жидкого стекла до желаемой толщины и охлаждения в конечный продукт. Затем его можно согнуть.
Стеклопакет
объединяет несколько стеклянных панелей в единую оконную систему. Большинство имеют двойное или тройное остекление. Стеклянные листы в стеклопакетах разделены прокладкой и неподвижным слоем воздуха или вакуума.
Стеновые стеклоблоки
Стеклоблоки изготавливаются из двух разных половинок, они спрессовываются и отжигаются вместе в процессе плавления стекла. Они используются в архитектурных целях при строительстве стен, световых люков и т. д. Они обеспечивают эстетичный внешний вид при прохождении света.
Бронированное
Пуленепробиваемое стекло имеет множество применений в различных отраслях промышленности, включая строительство. Оно делается из многослойного стекла, изготовленного по особой технологии. Бронированное стекло используется в зданиях, требующих безопасности, таких как ювелирные магазины, банки и посольства.
Кварцевое
Это однокомпонентный материал, который является одним из самых ценных материалов для науки и промышленности. Сырье – природный кристалл, добываемый из земли в виде горного хрусталя или пегматитового кварца. Его измельчают до мелкозернистого гранулята и расплавляют. Используется для изготовления деталей точной механики (кварцевые часы), колб ультрафиолетовых ламп, контейнеров химических реагентов, оборудования лабораторий.
Стеклокерамика
Стеклокерамика была разработана на заводе Corning и имеет общие свойства стекла и поликристаллических материалов. Изначально использовалась в зеркалах и креплениях астрономических телескопов. Стала известной благодаря стеклокерамическим варочным панелям, а также посуде и высокопроизводительным отражателям для цифровых проекторов.
Стеклокерамика имеет аморфную фазу и одну или несколько кристаллических фаз. Она производится путем «контролируемой кристаллизации» (в отличие от самопроизвольной), которая обычно не требуется в производстве стекла.
Светочувствительные стекла
Фоточувствительное стекло, также известное как фотоструктурированное или светочувствительное, представляет собой кристально чистое стекло, принадлежащее к семейству литий-силикатных. Предоставляет возможность получить изображение путем образования микроскопических металлических частиц в стекле после воздействия электромагнитного излучения. Является очень перспективным материалом для производства компонентов сложных микросистем.
Стекловолокно
Расплавленное стекло пропускается через сверхтонкие отверстия, создавая стеклянные нити. Затем их можно сплести в крупные образцы материала или оставить в пухлом веществе, используемом для тепло- или звукоизоляции. Изделия из стекловолокна включают монтажные платы, плавательные бассейны, двери, доски для серфинга, спортивное оборудование, корпуса лодок и внешние автомобильные детали.
Жидкое стекло
Покрытие на основе кремния или жидкое стекло, пожалуй, самый важный нанотехнологический продукт. Оно заполняет поры и недостатки, и может защитить любую поверхность от любого повреждения, такого как вода, ультрафиолетовое излучение, грязь, жара и бактериальные инфекции. Воздухопроницаемое покрытие имеет толщину в 500 раз тоньше человеческого волоса.
Хрусталь
Свинцовое хрустальное стекло – это особый вид стекла, который используется для изготовления различных декоративных элементов. При резке материала оптическое явление полного внутреннего отражения происходит очень резко, и, таким образом, создается приятный ослепительный блеск.
Богемское
Часто называется богемским хрусталем. Это стекло, производимое в регионах Чехии и Силезии. Оно имеет многовековую историю признания во всем мире за его высокое качество, мастерство, красоту и инновационный дизайн. Особенности: ручная резка, гравировка, выдувное и окрашенное декоративное стекло.
Стекло является одним из тех волшебных материалов, которые мы считаем само собой разумеющимися, но оно неуклонно служит цели, для которой предназначено, при условии, что вы используете его с осторожностью!
Поделиться
Изготовление стеклянных изделий
Стеклянные изделия можно разделить на два больших вида. Первые это те изделия которые производятся в промышленных масштабах, так называемая стеклотара, например стеклянные бутылки, банки. Второй большой вид это художественные изделия. Так называются все изделия, которые делаются вручную стеклодувами, например вазы, стеклянные статуэтки, фигурки и тому подобное. При изготовлении стеклянных изделий, промышленного стекла и вообще любого стекла начальный этап производства всегда абсолютно схож, до получения стеклянной массы. Различны только компоненты входящие в состав шихты, температура плавления и последующая обработка получившейся стеклянной массы
Производство промышленных стеклянных изделий
Готовая стекломасса из печи попадается в линию стекла, из которой она вытекает в форме колбасы и нарезается резаком на цилиндрические капли, одна такая капля это будущая бутылка или банка. Капля направляется в так называемый черпак, который направляет их в формовочную машину. Она работает следующим методом: держатели берут каплю за край и держат в висячем положении, вся нижняя часть капли закрывается с двух сторон нужной формой, будь то банка или бутылка, на форме также могут быть определенные узоры. После того как форма закрылась держатель отодвигается и в каплю вставляется устройство для выдувки. Оно, как воздушный шарик, раздувает каплю изнутри сжатым воздухом и масса приобретает нужную форму. Излишки расплавленного стекла уходят в первоначальную форму.
Кстати для придания стеклу какого либо цвета или оттенка в шихту добавляют определенные вещества, например для придания зеленого цвета добавляют оксид железа или хрома, для голубого оксид меди и так далее.
Теперь почти готовые изделия двигаются по обогреваемому конвейеру, для того чтобы не произошел резкий перепад температур и изделие не треснуло. С этого конвейера погрузочная машина передвигает изделия в лер, по которому они медленно перемещаются и постепенно остывают. Здесь же их обрабатывают специальным раствором, который позволяет им скользить и двигаться гладко. А движутся они дальше на проверочную и упаковочную линию. После прохождения всех этапов мы получаем готовое изделие.
Как делают художественные стеклянные изделия
Художественные стеклянные изделия делают все из той же стеклянной массы. На производстве таких изделий стоит все та же печь, но только температура для изготовления немного ниже промышленных, около 1200 градусов. Непосредственно само изделие делают стеклодувы. Стеклодувы как ювелиры для стекла, они могут работать как в одиночку, так и парами или даже больше.
При помощи длинной трубки мастера по стеклу достают необходимое количество раскаленного стекла прямо из печи и сразу же начинают придавать ему форму различными методами, при этом периодически выдувая через трубку. В процессе можно будет добавить еще материала, например для каких либо дополнительных деталей. Совсем маленькие детали делаются отдельно, тоже различными методиками.
После формирования деталей и общей формы изделия, его на сутки помещают в другую печь для обжига. Как правило, температура в разогретом состоянии около 400 градусов, на ночь такую печь выключают и изделия в ней постепенно остывают до 70 градусов, там самым закаляясь и затвердевая.
Технология формовки
Следующим шагом требуется из расплава получить заготовку определённой формы. Чаще всего, это листовое стекло определённой толщины и линейного размера. Современная стекольная промышленность располагает двумя технологиями получения листовых стёкол:
- Метод Фурко;
- Флоат-метод.
Метод Фурко
Технология Фурко получила своё наименование в честь французского изобретателя, впервые внедрившего данный метод в производство в начале ХХ века. В основе данной технологии лежит метод постепенного вытягивания стекольного расплава из стекловаренной печи через специальные валики. В результате непрерывного проката стеклянной массы получалось длинное полотно. По мере вытягивания, расплав поступал в специальную камеру, где происходило его постепенное охлаждение методом обдува нагретым воздухом.
Затем остуженная стеклянная лента при помощи особых стеклорезных станков раскраивается на листы требуемого размера. Толщина стеклянного листа регулируется посредством перемены скорости вытягивания расплава из печи. Из-за особенности изготовления, подобное стекло получило наименование «тянутое». Производство стёкол методом Фурко, несмотря на технологическую отсталость, используется и в настоящее время. Правда, данная методика всё более уступает позиции в стекольной отрасли другой технологии — флоат-методу.
Флоат-метод
Производство листового стекла при помощи флоат-метода является более современным способом, чем технология вытягивания. Название данного метода происходит от английского слова «флоат», что означает «плавать». Изобретателем данной методики считается британская стекольная , впервые разработавшая и внедрившая в производство этот способ получения листовых стёкол. С момента изобретения флоат-методики прошло чуть более полувека, но на сегодняшний день она стала основной технологией, повсеместно потеснив способ вытягивания Фурко.
Особенностью данного метода является изготовление листового стекла путём формовки его на поверхности металлического расплава. Из плавильной печи жидкое стекло выливается в ванну, заполненную расплавленным оловом. Стеклянный расплав, будучи легче олова, растекается по его поверхности, постепенно, застывая. Это достигается тем, что температура плавления олова значительно ниже, чем у стекла — на поверхности жидкого олова образуется стеклянный лист. Толщина его определяется определённым объёмом влитого в ванну жидкого стекла, а конфигурация листа — формой самой ванны. Производство листового стекла флоат-методом на сегодня является основной технологией в стекольной отрасли не только в России, но и во всём мире.
Транспортировка и хранение стеклоизделий
Кассетные системы для хранения стекла
Любое стеклоизделие маркируется. В марке должны быть указаны название предприятия, где было изготовлено стекло, товарный знак, артикул, номер стандарта, группа разделки. Если изделие выполнено из хрусталя, должно быть также указано процентное содержание оксидов свинца и бария.
Транспортировка стеклоизделий должна осуществляться в упаковке, на которой присутствует надпись «осторожно, стекло» и т. п.
Хранить такие изделия нужно в сухих помещениях, так как из-за сырости на его поверхности может появиться беловатый налет, а стекло станет менее прозрачным.
