Закалка стекла: технологии и методики производства

Нравится: 4137

5.0

5

1

4137

Закалка стекла по чертежам и размерам, закажите безопасное стекло для Вашего проекта. Завод изготовит закаленное стекло в срок и доставит на объект. Glass-Store.ru

• Как происходит процесс закалки
• Где применяется?
• Технические условия закаленного стекла
• Работаем и производим круглосуточно, без выходных
• Как заказать закаленное стекло в Москве?

Закалка стекла производится из обычного листового стекла, путем нагрева до температуры плавления и резкого охлаждения стекла. В компании DomGlass установлена специальная производственная линия закалки стекла, максимальный размеры закаливаемого стекла по ширине: 4200 мм. Для производства закаленного стекла применяются технические условия, придерживаясь которым, стекло не разбивается в процессе закалки, ниже детальнее представлены основные значения толщин стекла и размеров.

Мы принимаем заказы на закаленное стекло любой сложности и размеров, способны исполнить даже самые требовательные запросы. Наши высококвалифицированные сотрудники всегда предоставят вам грамотную, подробную консультацию и помогут определиться с заказом.

Оставить заявку

Закалённое стекло — абсолютно безопасно и служит основой применения внутри помещений!

Разбитое каленое стекло рассыпается на мелкие кусочки с тупыми краями, не способные причинить травмы, является ударопрочным.

Возведенный объект не подвергается любым температурным воздействиям, погодным условиям и сохраняет все свои первоначальные характеристики. А также это:

• Экологически чистый материал;
• Степень прочности в 7 раз надежней стекла, не подвергшегося закалке;
• В интерьерах много света, ощущение легкости, воздушности, прозрачности, эстетичности.

Преимущества закаленного стекла

Преимущества закаленного стекла:

• высокая механическая прочность как на удар, так и на излом (в несколько раз больше, чем у обычного материала);
• устойчивость к вибрациям;
• допустимые эксплуатационные температуры — от -150 до +300 °С;
• долговечность;
• высокий уровень безопасности — даже если закаленное стекло разобьется, то рассыплется на множество маленьких скругленных осколков с тупыми краями, которыми практически нельзя порезаться;
• возможность использования для утилитарных и декоративных задач.

Стандарты и термины

Для закаленных стекол европейский стандарт EN 12150 применяет термин «thermally toughened glass», а американский стандарт ASTM C1048 – «full tempered glass». Разработанный на основе EN 12150 российский стандарт ГОСТ Р 54162-2010 применяет в английской версии названия сокращенное американское название: «tempered glass». Действует также межгосударственный стандарт на закаленные стекла ГОСТ 30698-2014, который также разработан на основе EN 12150, и, по существу, дублирует ГОСТ Р 54162-2010.

Термически упрочненные стекла европейский стандарт EN 1863 называет «heat strengthened glass», а американский стандарт ASTM C1048 – «heat-strengthened glass» (через дефис). Российский стандарт на термически упрочненные стекла ГОСТ 33087-2014 разработан на основе EN 1863.

Применение закаленного стекла

Применение закаленного стекла охватывает самые разные сферы. Из данного материала изготавливают:

• стеклопакеты для дверей и окон;
• листы для остекления фасадов;
• витрины, перегородки;
• лестничные ступеньки, перила;
• стекла для автомобилей (задние и боковые);
• детали для мебели и предметов интерьера;
• полки холодильников, экраны каминов;
• элементы теплиц, оранжерей, зимних садов;
• наружные конструкции (козырьки, крыши, остановочные павильоны и т. д.)

Как изготавливают сталинит

Некоторые наши клиенты не знают, что значит закаленное стекло. Поэтому стоит рассмотреть процесс изготовления такой продукции подробнее. Эти запчасти проходят специальную закалку. Для того, чтобы их закалить, нужно нагреть деталь до очень высокой температуры. Она может достигать 680 градусов. Затем автостекла для иномарок и российских машин быстро охлаждают методом обдувания холодным воздухом. В процессе охлаждения формируется напряжение сжатия на поверхности запчасти. Оно увеличивает механическую прочность материала и его устойчивость к перепадам температур.
Некоторые производители тонируют готовую продукцию, но не больше 5% затемнения. Поэтому определить на глаз оттенок тонировки достаточно сложно. Если вы не знаете, как проверить цвет запчасти, возьмите лист белой бумаги и подложите его под стеклянную деталь. Бумага сразу же приобретет бледно-голубой или светло-зеленый оттенок.

Очень высокая прочность — основное отличие закаленного стекла от обычного. По этой причине материал используется не только в автомобильной промышленности. Из него делают:

• непробиваемые окна в психиатрических отделениях;
• витрины в магазинах;
• стеклянную мебель;
• термоустойчивую посуду;
• железнодорожные сооружения.

Подготовка к работе – какие нужны инструменты?

Нередко в руках новичков закаленный материал приходит в негодность именно из-за спешки и отсутствия опыта. В подобных случаях единственным верным вариантом можно назвать лазер, однако купить подобный прибор по карману далеко не каждому. В связи с этим придется искать другой выход. Многие специалисты советуют работать методом предварительного отжига. Это позволит достаточно точно нарезать стекло и использовать его по назначению.

Необходимо учитывать ту особенность, что при охлаждении отожженного материала его внешняя сторона будет остывать гораздо быстрее внутренней. Если же поверхность полностью остыла, то это еще не значит, что внутренняя часть готова к нарезке. За счет того, что стекло медленно остывает, появление большого количества напряжения в нем предотвращается. Из-за этого удается получить более качественный отрез. Это стоит учитывать каждый раз, когда вы хотите разрезать материал.

Стеклорез для работы со стеклом

Для того чтобы сделать работу правильно, нужно приготовить следующие инструменты и материалы:

• кусок каленого стекла;
• теплую чистую воду;
• печь;
• терморегулятор, однако, если его нет, то можно нарезать материал и без него;
• угольник;
• маркер;
• камень для шлифования;
• стеклорез;
• стержень из дерева диаметром не более 6 мм;
• очки для защиты.

Подготовив все необходимое, приступайте к работе. В процессе нарезки придерживайтесь правил техники безопасности, чтобы не повредить кожу рук и лица.

Оборудование для закалки стекла

Закаленное стекло — всегда востребованный материал. Ему находят применение в архитектуре, транспорте, производстве потребительских товаров (бытовая техника, электроника, осветительные приборы и декор). Автоматизировать производство и точно контролировать качество готовой продукции помогут профессиональные печи для закалки стекла.

Из каталога VEGA вы можете выбрать оборудование ведущего китайского производителя Gangxin. Оборудование компании обеспечивает полный цикл автоматического выпуска тонкого закаленного стекла с высокой энергоэффективностью и производительностью. Данную продукцию можно приобрести во всех регионах России через ближайшие филиалы VEGA. Также доступна доставка заказов по СНГ.

Принцип работы

Большинство установок для закаливания представляют собой единую систему из транспортировочного конвейера, секций нагрева, закалки и охлаждения. Роликовый транспортёр приводится в движение сервоприводами с гибкой регулировкой частоты и скорости. У установок для моллирования стекол есть также дополнительная формовочная секция, следующая за нагревательной камерой.

В основе процесса закалки стоит нагрев стеклянной заготовки до 650-700 °С. Прогревается она с обеих сторон с последующим охлаждением. Для равномерного прогрева загруженного листа горячий воздух от ТЭНов распределяется обдувочными вентиляторами. Охлаждение готового изделия также воздушное.

Стекла после закалки примерно в 5-10 раз прочнее обычных, и, что немаловажно, травмобезопасны. Закаленное стекло разбивается на мелкие фрагменты в виде гранул с гладкими краями, о них практически невозможно пораниться.

Для закалки плоских стекол

Универсальны, т.к. подходят для загрузки изделий размером от 50×100 мм до 3500×8000 мм. Обладают внушительной производительностью, вплоть до 400 м²/ч. В зависимости от конструкции, используют конвекционное охлаждение от вентиляторов или обдувку сжатым воздухом от компрессора. Все модели данного типа могут работать низкоэмиссионным (энергоэффективным стеклом).

Для закалки изогнутых стекол

Применяются для изготовления стекол, монтируемых на транспорте, а также декоративных и фасадных. В зависимости от ориентации гибочных валов, встречаются модели продольной и поперечной гибки. Также данные машины могут гнуть края листа ассиметрично (с одной стороны) или симметрично (с двух).

Толщина заготовок для последующей гибки ограничена 4-12 мм, площадь также меньше, чем в плоских закалочных печах — не выше 3000×5000 мм. Средняя производительность печей для закалки изогнутых стекол составляет 50 загрузок в час.

Комбинированные

Сочетают преимущества 2 предыдущих типов, но применяются исключительно для обработки тонких листов до 6 мм в высоту.

С двойной камерой нагрева

Для них характерна максимальная производительность. Данные машины производят в 1,6-1,8 раз больше продукции, чем стандартные печи для плоских стекол. Чаще используются для обработки листов большой толщины.

С двойной конвекцией

Модификация конвекционных печей для выпуска больших объемов энергосберегающих стекол. Вмещают столь же крупные по площади заготовки. Отлично подходят для закалки листов, применяемых в фасадном остеклении, стеклянных навесах и крышах.

Следы от роликов печи

В печи для закалки стекол стекло размягчается до около 600 ºС. Во время обработки в печи, стекло находится в постоянном циклическом возратно-поступательном движении на керамических роликах. В результате, при проходе через печь стекло в той или иной мере принимает форму этих роликов, что и вызывает заметные волнистые искривления стекла на большинстве изделий из термически обработанного стекла, в том числе, на стеклопакетах (рисунок 3).

Рисунок 3 – Оптические искривления от следов роликов закалочной печи на закаленных стеклах стеклопакетов [2]

Локальное отклонение от прямолинейности закаленного стекла без покрытия на длине 300 мм не должно превышать (рисунок 4):

• для стекол с номинальной толщиной от 3 до 5 мм: 0,5 мм;
• для стекол с номинальной толщиной от 6 до 25 мм: 0,4 мм.

Производители стекол способны снижать эти локальные отклонения от воздействия роликов закалочной печи до 0,13 мм [1].

Требования по локальному отклонению от прямолинейности термически упрочненного стекла без покрытия на длине 300 мм более жесткие, чем для закаленных стекол: оно не должно превышать 0,3 мм;

Рисунок 4 – Общий и локальный прогибы стекла: 1 – общий прогиб листа стекла; 2 – ширина, высота или диагональ листа стекла; 3 – локальный прогиб (след ролика);

4 – длина 300 мм

Технология изготовления закаленного стекла

Технология закалки стекла предполагает выполнение двух ключевых процессов. Вначале материал обжигают в печи до размягчения. После чего охлаждают под струями воздуха, который подается равномерно с нескольких сторон. Опишем процесс подробнее.

1. Листы режут, чтобы получить заготовки нужной конфигурации.
2. Стекло полируют по краям абразивным материалом.
3. Разогревают в печи до температуры 650–680 градусов.
4. Охлаждают с двух сторон мощными потоками воздуха.

Чтобы закалить обычное стекло чаще всего применяют воздух, поступающий из воздухоструйной решетки. Есть и другие способы, например, ионная закалка, когда стекло помещается в специальную камеру, где происходит ионный обмен. В данном случае температура вообще не играет никакой роли в отличие от воздушной закалки.

Закаленное стекло vs обычное: основные отличия

Основные отличия касаются не внешнего вида, а свойств материала. Он становится более устойчивым к любым механическим воздействиям и температурным перепадам. При этом визуально стекло остается таким же — оптические свойства изделий сохраняются на 99 %.

Изображение №1: так выглядит закаленное и обычное стекло при разрушении

По этой причине отличить закаленное стекло от обычного по внешним признакам практически невозможно. Самые простые способы — посмотреть на поверхность под мощным источником света (отблеск на плоскости будет слегка рябить) или разбить (отсутствие острых осколков говорит о том, что материал подвергался закаливанию).

Изображение №2: как ведет себя обычное и закаленное стекло при механических повреждениях

Характеристики материала

• Повышенная прочность. Разбить закаленное стекло в 5–7 раз сложнее, чем обычное. К примеру, полотно толщиной 4 мм сохранит целостность при падении на него груза весом 45 кг с высоты 1 метра.
• Термостойкость. Материал выдерживает перепады температур от -70 до +250 градусов. По этой причине его часто используют для изготовления духовых шкафов и каминов.
• Устойчивость к вибрации. По этому показателю материал превосходит незакаленный аналог в 5 раз.
• Безопасность. Подвергнутые термической обработке изделия разбиваются на мелкие осколки, которые остаются на специальной пленке. По этой причине уменьшается риск получения травм.

Где используют

Закалённое стекло применяется:

• Для стеклянных стен и перегородок в интерьере. по заказу может изготовить как межкомнатные перегородки, так и полноценные стены, выдерживающие жару, холод и удары снаружи.
• Для заборов и ограждений. Если нужно оградить часть пространства, стеклянные стены – неплохой выбор.
• Для дверей. Их прочность защитит от любого злоумышленника, но при этом они не затеняют интерьер.
• Для деталей интерьера. Душевые кабинки, изготовленные по индивидуальному заказу, идеально впишутся в дизайн ванной комнаты.
• Козырьки и навесы. Они не мешают освещению, но защищают от мусора, загрязнения и вредного влияния извне.

Это лишь малая часть того, что компания может предложить своим клиентам. По сути, любая строительная деталь может быть изготовлена из стекла по желанию заказчика точно и в срок.

Как закалить стекло в домашних условиях

Закалить стекло в домашних условиях, если, конечно, у вас нет муфельной печи и мощной вентиляционной установки, не получится. Можно только немного повысить прочностные свойства изделий. Для этого есть два способа: использование специальной пленки и отпуск. Коротко об обеих методиках.

• Использование пленки. Способ защитить экран телефона или планшета от царапин и других внешних воздействий (не ударов). Купить пленку можно в любом магазине, где продают цифровые гаджеты.
• Отпуск. Способ снятия избыточного напряжения со стеклянных изделий. С помощью отпуска укрепляют стаканы, банки и другую посуду. Подробнее об отпуске расскажем ниже.

Как видите, речь не идет о процессе закалки. Только о незначительном повышении прочностных свойств некоторых изделий.

Обязательное оборудование

Чтобы сделать закаленное стекло в домашних условиях, потребуется мощное промышленное оборудование: муфельные печи и вентиляторы. Их покупка для разового применения нерациональна, поскольку готовый материал обойдется дешевле расходов на его изготовление.

Фотография №1: муфельная печь для закалки стекла

Обратите внимание! Просверлить закаленное стекло в домашних условиях или разрезать готовый лист тоже не получится. Вся обработка проводится предварительно, до закалки. В противном случае возможно образование трещин и сколов на листе.

На производстве используют мощные установки, рассчитанные на закалку полотна размерами до 6000*3210 мм. Печи марки Keraglass имеют камеры предварительного нагрева и конвекции. В камере предварительного нагрева постепенно увеличивают температуру стекла до 300 градусов. Затем материал попадает в камеру основного нагрева, где доходит до 700 градусов. Завершается процесс принудительным охлаждением. Наличие особых сканеров и ИК-датчиков позволяет оценить области прогрева.

Фотография №2: промышленная печь для закалки стекла

Расход материала

Закаленное стекло изготавливают из листов обычного. При обработке объем первоначального сырья сохраняется. Таким образом, из 1 кв. метра стекла можно изготовить 1 кв. метр закаленного. Также закаливание не влияет на оптические свойства и внешний вид полотна.

Недостатки закаленных стекол

Каленое стекло имеет один существенный минус – его нельзя обрабатывать после процедур нагрева и равномерного охлаждения.
Попытки разрезать или просверлить спровоцируют разрушение структуры листа. Кроме того, этот материал уязвим перед торцевым воздействием – если удар придется именно на ребро, стекло моментально разобьется.

Дизайнеры смогли обратить на пользу уязвимость этого материала перед торцевыми ударами – они создали многослойные панели с достоверным эффектом разбившегося стекла.

Почему не стоит делать закалку самостоятельно?

Сама процедура закаливания выглядит очень сложной. Однако перед работой на производстве материал также проходит предварительную подготовку. Незнание технологических процессов способно свести результат работы на нет. Итак, что происходит на производстве.

1. Стекло отбирают, отбраковывая поврежденные листы.
2. Листы режут по ранее подготовленным чертежам.
3. Края изделия шлифуют.
4. Сверлят отверстия под фурнитуру и крепежные элементы.
5. Заготовки моют и сушат, затем оценивают на предмет дефектов.
6. Стекло закаливают и вновь проверяют на дефекты.
7. Материал упаковывают и отправляют на продажу.

Обратите внимание! Отполировать закаленное стекло, которое прошло весь технологический цикл, также не получится. Велик риск повреждения полотна.

Как видите, есть слишком много нюансов и особенностей, которые невозможно учесть при работе.

Дуплекс

Ударопрочное стекло дуплекс — защитный материал, состоящий только из одного слоя стекла, который обклеивается прочной иногда декоративной, матовой или тонирующей пленкой. Дуплекс благодаря защитной пленке обеспечивает не только антивандальные свойства, но и высокую травмобезопасность, так как при разрушении его поверхности осколки склеятся, а не разлетятся и не повредят людей и материальные ценности. Это безопасное стекло за счет простой конструкции имеет малый вес, высокую прочность, относительно небольшую цену и проигрывает триплексу только в меньшей шумоизоляции.

Закалка стекла в домашних условиях

Многие люди задаются вопросом, как закалить стекло в домашних условиях? Сделать это невозможно, так как технология требует наличия специального оборудования. На некоторых сайтах можно найти информацию, что хорошо помогает плавиковая кислота, но работать с ней крайне нежелательно.

Во-первых, это довольно опасное и токсичное вещество, при обращении с которым необходим специальный защитный костюм. А, во-вторых, стекло хотя и станет прочнее, но потеряет свою прозрачность, так что будет непригодным для дальнейшего использования. Поэтому можно лишь приобрести уже готовый материал и использовать для своих потребностей.

Единственный вариант для самостоятельного использования — пленка для закаливания экранного стекла. Этот элемент можно легко установить в домашних условиях. Пленка продается в магазине аксессуаров для мобильных устройств и стоит совсем недорого. Она позволит уберечь экран от царапин и потертостей, но сильный механический удар не выдержит.

Работаем и производим круглосуточно, без выходных

Завод DomGlass прочно утвердил себя в лидерах на рынке стекольной промышленности, продолжая расширять сеть делового партнерства. Приглашаем к долгосрочному плодотворному сотрудничеству партнеров В2В сегмента, а также архитекторов, дизайнеров, строительные организации, студии и компании, занимающиеся производством мебели.

Нас выбирают, потому что мы:

• Работаем с небольшими и крупными предприятиями и нацелены на продолжительное сотрудничество;
• Подготавливаем индивидуальные коммерческие предложения;
• Гарантируем оперативные оптимальные сроки изготовления и качество продукции;
• Организовываем собственную доставку.

Являясь производителем и работая с большими объемами производства, мы вправе установить оптимальные цены за м2.

Области применения

Но используется стеклокерамика или закаленное стекло не только в автомобилестроении. Сфера его применения невероятно широка и распространяется настолько, насколько хватит фантазии у пользователя. В принципе этот материал можно устанавливать в любое место, даже вместо обычных оконных стекол. Но стоить это будет намного дороже, поэтому люди и не часто идут на такой шаг.

Фермеры практикуют теплицы из закаленного стекла, чтобы работники случайно не пострадали во время обработки растений или сборки урожая. Для личных потребностей ставить такое сооружение тоже будет дороговато, тем более, что теплицы часто служат лишь один сезон, а потом их разбирают за ненадобностью. Только фермеры возводят монолитные сооружения, которые будут служить много лет, потому что они регулярно занимаются выращиванием определенной культуры.

Технология изготовления защитного стекла не является тайной. Тем более, что на этапе получения не применяются никакие уникальные методы. Материал получается естественным образом, точно так же, как и стандартная разновидность. А закалку он получает уже в результате дополнительных манипуляций с температурой.

Защитное закаленное стекло можно без проблем найти в продаже. Материал не является дефицитным, так что любой пользователь сможет легко найти себе любое количество, необходимое ему для работы. Также есть вариант с оформлением индивидуального заказа на производство нестандартных форм. Дело в том, что после закалки элемент тяжелее поддается обработке, так что проще будет сразу вырезать нужные фигуры, а потом уже закалять их. Резка стекла такого типа возможна благодаря современным технологиям, но это довольно сложная процедура, так что и стоить она будет соответственно.

В офисах часто можно встретить перегородки из закаленного стекла. Они устанавливаются для того, чтобы сотрудники имели личное пространство и могли сосредоточиться на работе, не отвлекая других коллег. А выбирают именно защитное стекло, потому что его можно случайно разбить, и нужно, чтобы работник не получил травму от осколков. В некоторых фирмах стекло закрашивают непрозрачной краской, чтобы человек не отвлекался на посторонние движения и сконцентрировался на своих обязанностях.

Выбираем способ защиты

Выбрать в качестве защиты смартфона между пленкой и закаленным стеклом не всегда получается объективно. Пленка простая в нанесении на экран, но она на себя воспринимает все царапины и быстро теряет свежесть.

Специалисты считают лучшим вариантом закаленное стекло. Прочность стекла не оставит места для появления трещин.

В случае динамических кратковременных перегрузок всю силу примет на себя защитное закаленное стекло. Экран при этом останется целым.

Технология изготовления

Итак, закаленное стекло производится следующим образом:

• 1. Вначале выплавляется стандартный вид материала по известной технологии.
• 2. Затем его разрезают на нужные части. Толщина и размеры закаленного стекла зависят от его марки и предназначения. Под заказ пользователь может получить любые параметры, которые будут ему необходимы для последующей работы.
• 3. Далее полученные элементы подвергают тепловому воздействию в специальных печах. Температура обработки колеблется в пределах 650-680 градусов по Цельсию.
• 4. После выхода из печи материал мгновенно охлаждают воздухом со всех сторон. В результате таких манипуляций на поверхности образуется защитный слой, который повышает ударную и термическую стойкость, а также дает возможность не разбиваться стеклу в беспорядочном стиле, а рассыпаться на кубики с неострыми гранями, чтобы минимизировать риск нанесения резаных травм человеку.

Тест на ускоренное старение

Хотя современные стеклозаводы используют флоат-технологию (контролируемое охлаждение на слое расплавленного олова), дающую стекло высочайшего качества, сырьё может включать ненужные вещества. К ним относится прежде всего сульфид никеля: даже небольшая доля его молекул в составе детали приводит к неравномерному расширению при нагревании, что повреждает кристаллическую структуру. В результате закалённое стекло иногда способно самопроизвольно рассыпаться.

Чтобы этого избежать, заготовки тестируются. Для этого они помещаются на два часа в тестовую печь, нагретую до сравнительно небольшой температуры (около 300°C). За это время все детали, в составе которых есть излишнее количество сульфида никеля, проявят себя и треснут. Лишь те, что выдержали тест, будут использованы в строительстве.

Как закалить стекло

Процесс закаливания происходит по определенной технологии. Она предусматривает термическую обработку стеклянного предмета. Сначала стекло сильно нагревают, а затем быстро охлаждают. Для повышения интенсивности процесса обычно используют закалочные среды со специальными охлаждающими способностями. Наиболее часто в качестве такой среды применяют обычный воздух. В этом случае используют воздухоструйную обдувочную решетку.

Очень эффективной является методика, в которой в качестве закалочной среды применяются специальные охлаждающие жидкости. Они позволяют ускорить процесс теплоотдачи. Такими жидкостями могут быть расплавленные соли, металлы, минеральные масла и кремнийорганические растворы.

При использовании в закалочной среде жидкостей в зависимости от температуры условий меняется коэффициент теплоотдачи. Существенным минусом этого способа закаливания является недостаточная регулируемость процесса. Так, при попадании в охлаждающие жидкости горячего стекла происходит кипение. А это резко влияет на коэффициент теплоотдачи.

Еще один способ закалить стекло – с помощью расплавов металлов. Особенность этого метода заключается в большой теплоотдаче применяемых металлов. Главный недостаток такого закаливания – высокая плотность расплавов, которая существенно усложняет процесс погружения стекла.

Современные предприятия используют автоматизированные системы, которые дает возможность закалить стекло любого размера и толщины.

Прочное и безопасное стекло

Илья Леенсон, кандидат химических наук,
химический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова
«Наука и жизнь» №3, 2017

Фото Натальи Домриной

Стекло — один из самых распространённых материалов, окружающих человека. И в то же время мы его чаще всего не замечаем — и когда смотрим в окно, и когда разглядываем витрины магазинов, и когда смотримся в зеркало. А всё потому, что чистое стекло прозрачно.

Стекло появилось много тысяч лет назад, и никто не знает, кто и как его изобрёл. Римский писатель и учёный Плиний Старший, живший в I веке, рассказывает, что как-то финикийские купцы развели огонь под сосудом, чтобы в пути сварить еду. Очаг они устроили, за неимением камней, из кусков соды, которая на жару расплавилась и образовала с песком и другими составными частями почвы первое рукотворное стекло. Вероятно, этот рассказ — выдумка. Хотя бы потому, что для расплавления соды нужна очень высокая температура, которую обычный костёр не даёт. Скорее всего, стекло изобрели представители одной из древнейших профессий — гончары. При обжиге глиняные сосуды, кирпичи нередко трескались. Поэтому их пытались предварительно обмазывать разными составами. Одна из смесей оказалась удачной: готовое изделие покрылось тонкой блестящей эмалью. Это и было первое стекло — непрозрачное и мутное. Но для гончарных изделий это не было недостатком. Со временем из смеси соды, песка и известняка (или мела) стали варить стекло, из которого делали украшения, флакончики для благовоний. Вводя в стекло различные добавки, научились окрашивать его в разные цвета.

Труднее всего было получить бесцветное прозрачное оконное стекло. Его не было даже у королей и императоров средневековой Европы. Окна построек представляли собой узкие щели или небольшие отверстия, которые в непогоду закрывали ставнями или завешивали кожами, холстами, или натягивали бычий пузырь. Самые богатые люди могли позволить себе вставить в окна прозрачные пластинки слюды. В Европе слюду добывали в Карелии. Большие пластинки слюды попадались редко и потому стоили очень дорого. Лишь в XIV веке в домах самых богатых людей появилось оконное стекло (в зданиях церквей его стали использовать раньше — примерно в X веке). Для выработки хорошего стекла прежде всего нужен был очень чистый белый песок, а он встречается нечасто. Обычный песок, содержащий примеси железа, окрашивает стекло в зелёный цвет. Поэтому когда-то все оконные стёкла были зеленоватыми. И чем больше в песке железа, чем песок темнее, тем менее прозрачным будет стекло. Сейчас из такого стекла делают бутылки.

Промышленность выпускает множество самых разнообразных сортов стекла: электровакуумное, светотехническое, оптическое, химико-лабораторное, термометрическое, медицинское, тарное, хрустальное… В их состав могут, помимо обязательного оксида кремния, входить оксиды разных элементов — алюминия, кальция, магния, бария, натрия, калия, железа, бора, цинка и даже мышьяка (например, в молочном светотехническом стекле).

Все знают, что основной недостаток многих стёкол — их хрупкость. Огромная масса стеклянных изделий ежедневно превращается в стеклянный бой. Помимо экономических убытков, разбитое стекло представляет опасность, так как свежий скол стекла очень острый. Недаром только что надломленную пластинку стекла можно использовать в качестве режущего инструмента в микротоме — приборе, делающем тончайшие срезы биопрепаратов для биологических исследований. Но оказывается, стекло можно сделать не только очень прочным, но и не дающим острых осколков.

Эта история началась давно — в XVII веке. Английский принц Руперт (полный титул — пфальцграф Рейнский, герцог Баварский) имел все шансы сделать блестящую военную карьеру. Но, оставив военную службу, он посвятил последние годы своей жизни искусству и науке. Одно из его открытий — закалённое стекло. Что же это такое?

Все знают, что бывает, когда в графин или гранёный стакан из толстого стекла наливают крутой кипяток: стекло лопается. Это происходит потому, что стекло — очень плохой проводник тепла; оно прогревается в сотни раз медленнее, чем, например, медь. Поэтому когда внутренняя часть стакана уже горячая, внешние его слои ещё холодные. В результате теплового расширения наружная часть изделия испытывает огромные нагрузки, которые оно часто не выдерживает. Чтобы толстостенные стеклянные изделия не разрушались, их следует нагревать (и охлаждать) медленно. Тем более это относится к изготовлению различных стеклянных изделий: после формования из полужидкой стеклянной массы их охлаждают до комнатной температуры очень медленно. Делается это в специальных печах, в которых температура понижается в течение многих часов. Эта процедура называется отжигом, а полученное таким образом изделие — отожжённым.

В плохо отожжённом стекле остаются внутренние напряжения, которые никак не изменяют его внешний вид (они видны только в поляризованном свете), но сильно ухудшают механические свойства. Эти напряжения часто концентрируются на краях, утолщённых частях изделий. В листовом стекле они могут следовать одно за другим, образуя как бы цепочку. Такое стекло очень трудно отрезать по прямой линии: неравномерно распределённые напряжения уводят трещину в сторону от нанесённой алмазом царапины.

Но отжечь стекло — только полдела. Поверхность даже хорошо отожжённого стекла, как правило, ослаблена множеством мельчайших трещинок, царапин, которые могут быть не видны невооружённым глазом. Особенно опасны микротрещины на краях стеклянных изделий. Именно с них и начинается разрушение. Под нагрузкой на концах трещинок концентрируются очень большие напряжения; трещина увеличивается и, в конечном счёте, прорезает всё изделие — оно раскалывается на части. Если каким-либо способом «залечить» поверхность стекла, сделать её очень ровной и гладкой, то такое стекло станет намного прочнее. Сделать это можно, например, химическим травлением поверхности. Если обычное оконное стекло опустить на несколько минут в смесь фтороводородной (плавиковой) и серной кислот, то с его поверхности будет стравлен слой толщиной до 0,1 мм. Оксид кремния из состава стекла при этом переходит в растворимый фторосиликат:

SiO2 · xH2O + 6HF → SiF62− + (2+x)H2O + 2H+.

Чтобы обработанное таким образом стекло вновь не покрылось трещинками и царапинками из-за попадания на него пыли, а также для защиты от атмосферной влаги (она тоже понижает прочность стекла), его поверхность после сушки покрывают защитной плёнкой из кремнийорганических соединений. Частично «залечить» трещинки в только что купленном стакане можно и в домашних условиях. Для этого его надо осторожно нагреть в воде до её кипения и продолжать кипячение ещё минут десять. Такой стакан будет жить дольше.

В промышленности для упрочнения стекла его закаляют. Закалку осуществляют путём резкого охлаждения горячего стекла. Посмотрим, что будет, если расплавленное стекло вылить в холодную воду. Если лить его понемногу, отдельными каплями, то они не растрескиваются и после охлаждения остаются целыми. Если стекло нагрето до очень высокой температуры (когда оно совсем жидкое), то при падении в воду капельки стекла с достаточно большой высоты она превращается почти в идеальный шарик. Если же кончик стеклянной палочки расплавить на обычной горелке, которой пользуются стеклодувы, то образуется довольно вязкая капля, которая как бы нехотя отрывается от палочки и при этом тянет за собой стеклянную нить. При попадании в холодную воду такая капля принимает форму слезинки с длинным хвостиком. При вхождении в воду скорость падения капли резко замедляется, тогда как её полужидкий хвост продолжает двигаться с прежней скоростью. В результате хвостик у застывшей капли получается в виде змейки. Именно такие капли получил впервые принц Руперт, поэтому они названы его именем (другое название — батавские слёзки).

То, что слёзки остаются целыми, — далеко не самое удивительное их свойство. Они исключительно прочные: выдерживают сильные удары молотком по толстой грушевидной части. Но есть у слёзки ахиллесова пята: стоит надломить её тонкий хвостик поближе к основанию, как вся капля с треском рассыпается на мельчайшие кусочки. Если проводить этот эксперимент в темноте, то иногда видно свечение. Рассыпание слёзок может происходить с такой силой, что, если проводить опыт в стакане с водой, он разбивается, как при взрыве!

Чтобы объяснить необычные свойства слёзок, рассмотрим более подробно процесс их образования. При охлаждении капли возникают силы, которые тянут наружный слой внутрь, создавая в нём напряжения сжатия, а внутреннее ядро — наружу, создавая в нём напряжения растяжения. Отжиг (длительный нагрев при 100°C) приводит к снятию напряжений, так как при повышенных температурах частицы стекла приобретают подвижность и переходят на свои «удобные» места.

Описанные свойства «рупертовых слёз» присущи в большей или меньшей степени всем стеклянным изделиям, которые не прошли отжиг. Такое стекло называется закалённым. Болонские стеклодувы, например, изготовляли круглые сосуды с толстым дном, которые быстро охлаждали на воздухе. Эти сосуды (их называли болонскими склянками) выдерживали сильные удары без разрушения. Но уже незначительные повреждения внутренней их части, например царапины, приводили к разрыву сосуда на части.

Высокая прочность закалённого стекла широко используется на практике. Если напряжения создаются в стекле направленно и равномерно, то они в значительной степени упрочняют его. Чтобы понять, почему это возможно, рассмотрим лист быстро охлаждённого с обеих сторон стекла.

Распределение напряжений в стекле при изгибающей нагрузке: а

— напряжение в листе закалённого стекла без нагрузки;
б
— напряжение в отожжённом стекле;
в
— напряжение в закалённом стекле под нагрузкой

Как и в случае шарика, наружные слои такого стекла будут испытывать сильное сжатие, которое по мере продвижения внутрь листа сначала уменьшается, а потом переходит в напряжение растяжения — оно максимально в центре, как это показано на рисунке. Распределение напряжений в нижней половине листа зеркально повторяет картину в верхней части.

Рассмотрим теперь, как будет вести себя под нагрузкой обычное стекло. Положим лист стекла на две опоры и надавим сверху. Верхняя изогнутая часть стекла будет испытывать сжатие, а нижняя часть — растяжение. Очевидно, что максимальные нагрузки приходятся на самые внешние слои — а они как раз и самые слабые — по причинам, о которых говорилось выше. При этом стекло начнёт разрушаться снизу, так как сжатие оно выдерживает в десять раз лучше, чем растяжение, как, впрочем, и другие материалы.

Проделаем ту же операцию с закалённым стеклом. Здесь прилагаемая механическая нагрузка приведёт к напряжениям, которые будут налагаться на уже имеющиеся в стекле. Казалось бы, это должно только ухудшить дело. Действительно, в верхней части стекла суммарное напряжение сжатия ещё более вырастет. Но дальше сложение напряжений приведёт к тому, что наиболее опасные напряжения растяжения будут максимальными где-то внутри листа, тогда как вблизи нижней поверхности напряжения могут оказаться очень малыми. Итак, под влиянием изгибающего усилия закалённое стекло испытывает по сравнению с отожжённым стеклом большее сжатие в верхнем слое и меньшее растяжение в нижнем слое. В результате на лист закалённого стекла, лежащего на двух опорах, могут встать несколько человек — лист прогнётся в 4–5 раз сильнее, чем обычное стекло, но не сломается! Закалённое стекло значительно превосходит обычное и по термическим нагрузкам — оно выдерживает перепады температур до 270°C, тогда как обычное растрескивается уже при быстром изменении температуры на 70°C.

Опыты по получению промышленного закалённого стекла начали проводить в последней четверти XIX века. Изобретателем особого «твёрдого стекла» считается итальянец де ла Басти. Стеклянные изделия, нагретые до красного каления, но не потерявшие своей формы, он погружал в ванну со смесью расплавленного жира и растительного масла, смешанных в определённой пропорции. Такую смесь можно было нагреть до нужной температуры (обычно от 150 до 300°C) и таким образом регулировать скорость охлаждения в зависимости от состава стекла, формы изделия и его размеров. Испытывались и другие способы закалки — в расплавленном парафине при 200°C, перегретым водяным паром, охлаждение листового стекла сдавливанием между холодными металлическими (или металлической и глиняной) пластинами. Такие опыты, в частности, проводил немец Ф. О. Шотт, который в 1886 году основал знаменитый стекольный завод (шоттовское стекло и поныне известно во всём мире; из него делают и лабораторную посуду высокого качества). Отличить закалённое стекло от простого можно по его оптическим свойствам: закалённое стекло обладает двойным лучепреломлением и в поляризованном свете будет казаться окрашенным.

В настоящее время закалённое стекло производят в большом количестве. Для закалки листового стекла его нагревают до 600—650°C и затем быстро охлаждают путём равномерного обдувания воздухом на специальной обдувочной решётке. Такое стекло по своим термическим и механическим свойствам значительно превосходит обычное. Например, листовое отожжённое стекло толщиной 5–6 мм выдерживает без разрушения удар стального шара массой 800 г при его падении с высоты не более 15 см. Если же это стекло закалить, то оно уже сможет выдержать без разрушения удар аналогичного шара при его падении с высоты 120 см! Прочность на изгиб у закалённого стекла тоже в 4–5 раз выше, чем у обычного. Такое «небьющееся» стекло применяют для остекления вагонов, автомобилей, самолётов и т. д. Главная его особенность в том, что при аварии оно не даёт больших кусков с очень острыми краями, которые исключительно опасны, а рассыпается на небольшие (примерно 3–5 мм) кусочки округлой формы без острых краёв. Для ещё большей безопасности передние стёкла автомобилей делают из так называемого триплекса: комбинации из двух листов обычного или закалённого стекла, склеенных прозрачным и упругим слоем синтетического полимера. При ударе осколки такого стекла остаются на месте, так как удерживаются полимером.

Фрагмент из книги: Леенсон И. А. Химия в технологиях индустриального общества. — Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2011.

Как отличить калёное стекло от некалёного.

Так как с виду калёное стекло от сырого неотличимо

, порой приходится думать, а какое стекло принёс тебе заказчик, калёное или нет. Нам часто приносят изделия на подрезку, и естественно заказчик не знает закаленное оно у него или нет. Даже не смотря на то, что мы не несём ответственности за бой материала заказчика, нам неприятно если неполучается сделать свою работу качественно, поэтому поделимся с Вами секретом как отличить калёное стекло от некаленого.

• Если на подрезку отдано стекло со сколом, то скорее всего оно некалёное, т.к. закаливать стёкла со сколами никто не будет.
• В момент резки калёного стекла рез получается рваный, стеклорез режет урывками, нет чёткого гладкого звука.
• Калёное стекло бывает имеет маркировку (закалено, tempered)
• Если обезжирить стекло и брызнуть на него водой то на калёном стекле вода будет скапливаться в лужи, а на сыром растекаться.
• Существуют специальные приборы для определения напряженности стекла, а также которые распознают калёное и некаленое стекло.
• Считается, что через поляризованные очки на калёном стекле становятся заметны тёмные пятна, а на обычном стекле таких пятен нет.

Итог.

Фраза одного из героев культового российского фильма «Бумер» — «не мы такие, жизнь такая» — вполне соответствует суровым реалиям сегодняшнего жизненного уклада. Поэтому в настоящее время, особенно у жильцов квартир, расположенных на первых этажах, остро встает вопрос об обеспечении безопасности жилища. Помимо монтажа видеокамеры на окно и установки двери с видеонаблюдением, необходимо позаботиться и о защите оконного проема.

На сегодняшний день существует несколько вариантов оснащения современного окна стеклами, предназначенными для выполнения задач разного рода. Можно выбрать каленое стекло, а можно и стекло с повышенными противовзломными характеристиками – «Триплекс». В любом случае то, как будет обеспечиваться защита окна, и насколько она будет эффективна, целиком и полностью зависит от требований, предъявляемых к организации безопасности охраняемого помещения и финансовых возможностей хозяина .

Как можно отличить закаленное стекло от обычного?

В каких случаях закалку можно не делать:

Закалку можно не делать в случаях, когда не предполагается температурый нагрев стекла или физическое воздействие на стекло способное вызвать его бой, кухонные стеклянные фартуки обычно для экономии средств закаливают только за варочной поверхностью, стеклянные витрины по хорошему должны быть калёными, и любые габаритные изделия где возможно свободное падение стекла на человека, тоже должны быть прокалены или хотябы защищены плёнкой, чтобы куски стекла не разлетались, а оставались висеть на плёнке, стеклянные столешницы не всегда закаливают.

Термическая обработка стекол и искривление изображений

Обычно стекло, установленное в строительной конструкции, подвергается различного рода нагрузкам, которые могут вызывать искажения объекта, которые мы видим сквозь стекло или отображения этого объекта с стекле. Эти искажения определяются как изменение формы, ориентации или расположения исходного объекта. Факторы, которые могут вызывать эти искажения, включают следующие:

• разность высоты над уровнем моря места изготовления стеклопакетов и места их установки;
• изменения атмосферного давления;
• изменение температуры наружного воздуха;
• ветровая нагрузка;
• давление рамы на кромку стекла или стеклопакета.

Ниже будет рассмотрено влияние термической обработки стекол на искривление оптических объектов.

О влиянии изменения погодных условий – температуры воздуха и атмосферного давления – на оптические искажения стекол стеклопакетов см. здесь.

Отличия спектров пропускания солнечной энергии

Для наглядности различия оптических свойств разных материалов мы подготовили график, на котором представлены спектры пропускания солнечной энергии. Изучив его, можно придти к выводу, что особенно большие различия наблюдаются при длине волны от 190 до 380 нм — области ультрафиолета, а также в диапазоне от 780 до 2500 нм, который относится к инфракрасной области.