Із чого роблять скло?

Скляний посуд, вікна в будинках та багато іншого – для нас сьогодні це звичні предмети обстановки. Однак багато століть тому скляні кубки коштували надзвичайно дорого, і їх можна було зустріти тільки на столах у найбагатших і найзнатніших вельмож. З чого роблять скло, і як люди навчилися його виготовляти?

Історія винаходу скла

Скло було відоме принаймні дві тисячі років тому. Давньоримський історик Пліній описав випадок, у результаті якого було винайдено. За його версією, одного разу моряки, які везли на своєму кораблі соду, висадилися заночувати на березі, вкритому чистим золотим піском.

Вони розпалили багаття, щоб приготувати вечерю та зігрітися. Але один мішок із їхнього вантажу прорвався, і сода висипалася в багаття. Вночі пішов дощ, змив золу та головешки, і в результаті моряки побачили на місці багаття сяючу скляну поверхню.

З яких компонентів роблять скло

Чи так насправді було винайдено скло, або, як говорить інша версія, воно вийшло в ході експериментів із випалом глиняних горщиків – але люди опанували секрет його приготування досить давно.

Для того, щоб виготовити скло, потрібно три основні компоненти.

Кварцовий пісок - Це чистий річковий пісок, що складається з оксиду кремнію. Частка піску у суміші для варіння скла становить близько 75%. Він плавиться за дуже високої температури: його потрібно нагрівати до 1700 градусів Цельсія. Від якості піску багато в чому залежить прозорість та якість майбутніх скляних виробів.Венеціанські склодуви, що виготовляли найбільш знамените в середньовічній Європі муранське скло, спеціально привозили пісок з провінції Істрія, а для богемського скла майстри подрібнювали шматки кварцу в дрібний пісок.

Сода (або поташ) необхідна для того, щоб розплавити пісок за більш низької температури. Додавши в пісок соду у потрібній пропорції, температуру нагрівання скляної суміші знижують практично вдвічі.

У процесі нагрівання сода розкладається до оксиду натрію або калію, який служить каталізатором плавлення. У давнину її отримували шляхом вилуговування золи після спалювання водоростей або хвойних порід дерева. Частка соди у суміші для скла становить близько 16-17%.

Вапно, або окис кальціюробить скло нерозчинним більшістю хімічних речовин, міцним і блискучим. Вперше додавати її в скло почали богемські склодуви у сімнадцятому столітті, застосовуючи для цього вапняк чи крейду.

Крім того, сьогодні в масу для приготування скла додають сульфат натрію, таламіт та нефеліновий сієніт. Для отримання різнокольорового скла як домішки використовують окиси різних металів: міді, заліза, срібла і т.д.

Етапи виробництва листового скла

Усі інгредієнти, з яких виробляється скло, завантажують у піч і нагрівають до утворення рідкої однорідної маси.

Розплавлену масу завантажують гомогенизатор і перемішують до повної однорідності.

Скляну масу виливають у довгу ємність, де знаходиться розплавлене олово. На поверхні скло розливається рівним шаром однакової товщини, поступово остигаючи.

Застигла скляна стрічка надходить на конвеєр, де проводиться контроль товщини та нарізка на стандартні шматки скла.Обрізані нерівні краї, а також шлюб, який не пройшов контроль якості, надходить на переплавлення.

Готове листове скло проходить останню перевірку якості та відправляється на склад готової продукції.

Аналогічно виготовляється скло для виробництва посуду, вимірювальних приладів, ялинкових іграшок та іншої продукції. Склад скла може змінюватись в залежності від властивостей, які воно повинно мати.

Як виробляють скло

Крім того, для підвищення міцності воно може піддаватися процедурі загартовування. В результаті скло набуває здатності витримувати сильні удари по поверхні.

Популярні сьогодні дуплексні та триплексні стекла, склеєні спеціальними складами з двох або трьох шарів тонкого скла. Однак основу кожного з них становлять золотий кварцовий пісок, питна сода та звичайне вапно.

З глибини століть: як розвивалося виробництво скла

Ми вже писали про те, як виникло скло і як давні майстри застосовували його в архітектурі. А сьогодні поговоримо про технологічне виробництво скла з давніх-давен і до наших днів.

Історія скла сягає своїм корінням у незапам'ятні часи.

Найраніші предмети зі скла знаходять серед залишків матеріальної культури найдавніших цивілізацій Стародавнього Єгипту та Передньої Азії. Склоподібні напівпрозорі або непрозорі, пофарбовані шлаки, що виходили при оплавленні піску в контакті з лужною деревною золою, які древні майстри знаходили в печах після плавки металу або випалу кераміки, ймовірно, і з'явилися тим матеріалом, з якого розвинулася глазур, а потім і скло.

Виготовлення глазурі було поширене в IV тисячолітті до н.е. в Месопотамії, Єгипті, на території сучасної Сирії.Вже з кінця V тисячоліття до н. єгипетські майстри, покриваючи кам'яні намисто глазур'ю, пофарбованої мідними оксидами, імітували бірюзу, яка високо цінувалася на той час.

Технологія нанесення глазурі полягала в тому, що кам'яну або фаянсову заготовку покривали дрібнотовченим кварцем, змішаним з деякою кількістю фарбуючих і в'яжучих речовин, а потім випалювали в закритій камері. Порошкоподібний кварц, оплавляючись, утворював шар глазурі.

Технічне відкриття глазурі було першим кроком на шляху, який надалі призвів до виробництва скла. Вважають, що скляні намисто з'явилися вже IV тисячолітті до зв. е., окремі знахідки підтверджують це.

Але найраніша майстерня з виробництва скла, виявлена ​​археологами, належала до пізнішого часу, до II тисячоліття до зв. е.., і розташовувалась на околицях древнього міста Тель-ель-Амарна в Єгипті.

Відомий єгиптолог У. М. Фліндерс Пітрі реконструював процес виготовлення скла, що відноситься до часів Аменхотепа IV. На думку вченого, єгиптяни близько 1400 до н. е. могли виготовляти прозоре, але не зовсім безбарвне скло. Воно містило чистий кремній у вигляді товченого кварцового піску або гальки та лугу деревної золи. Варили таке скло у глиняних лоточках чи горщиках ємністю близько 0,25 л.

Перші скляні вироби отримували, мабуть, двома способами.

Перший полягав у тому, що з розплаву скла, а він у ті часи був досить в'язким через низькі температури варіння, витягували нитку та навівали її на кам'яну заготівлю або сердечник.Сердечник, виготовлений з піску, змішаного з яким-небудь органічним в'яжучим, після остигання виробу довбали, в результаті виходив скляний посуд. При другому способі заготівлю або сердечник багаторазово занурювали в розплавлене скло, що, по суті, було процесом нанесення глазурі.

Свідчення про те, що на території Месопотамії у ІІ-І тисячоліттях до н. е. було високо розвинене склоробство, що містяться в найдавніших писемних джерелах, глиняних клинописних табличках, часів XVIII-VIII ст. до зв. е. У них наводяться рецепти кольорового, прозорого та позолоченого скла, Викладаються правила підбору палива, описуються прийоми роботи з плавильною піччю та ін.

Краса скла, особливо кольорового, визначила його використання на цій стадії для виготовлення прикрас, невеликих флаконів та судин, для інкрустації посуду та інших предметів.

Вже у II тисячолітті до зв. е. виготовляли шибки широкої колірної гами: блакитне, синє, аметистове, пурпурне, рубіново-червоне, зелене, жовте, коричневе, чорне та ін.

Стародавні майстри отримували кольорове скло, додаючи в шихту різні метали: мідь, кобальт, марганець, сурму, залізо і т. д. Для глушіння скла, перетворення його в непрозоре застосовували сурму, олово, миш'як, фосфор або мідь.

До 1200 до н. е. єгиптяни почали виготовляти лите, а потім пресоване скло. Далі у розвитку склоробства не спостерігалося помітного прогресу до рубежу нашої ери. Крім глазурованої плитки, інкрустації склом кам'яних та керамічних виробів, намистини та невеликих судин, здавалося, не було спроб застосувати скло в інших виробах. Скло ще не народилося як будівельний матеріал.

Справжня революція у технології склоробства відбулася лише з винаходом процесу видування.

Деякі джерела відносять цю подію до І ст. до зв. е., інші – до раннього періоду III в. до зв. е. Серед перших винахідників називають стародавніх вавилонян, стародавніх греків та римлян.

Інше значне досягнення у склоробстві – вдосконалення конструкції печей, що підвищило температуру плавки та надійність освітлення скла. У цей період на скло звернули увагу архітектори; Народження нового будівельного матеріалу відбулося.

Вважають, що римляни першими почали застосовувати скло для скління вікон. Найбільш давнє римське шибка відноситься до I і II ст. н. е. Це блакитні, зелені або навіть коричневі пластини скла завтовшки 3-6 мм з оплавленими краями. У III та IV ст. якість скла покращилась. Зразки, що дійшли до нас, свідчать про те, що це були майже безбарвні або зелені скла.

Відомо, що у середні віки та епоху Відродження шибки виготовляли трьома способами, суть яких не змінювалася з часів античності, а технологія відточувалася тільки за рахунок нових інструментів.

Перший спосіб отримання плоского (віконного) скла полягав у тому, що розплав скла розкочувався подібно до коржика на кам'яній плиті. Отримані пластини скла мали невеликі розміри, їхня поверхня не відрізнялася високою якістю, а товщина була значною.

Другий спосіб, «циліндричний», полягав у тому, що з кулястої скляної заготовки на кінці трубки видували довгий циліндр. Після охолодження дно та верхню частину відколювали, а циліндр розрізали по довжині і поміщали на глиняну плиту в плавильну піч, де він випрямлявся в аркуш.Цей спосіб дозволяв отримувати тонкі листи прямокутної форми, але їхня поверхня зберігала сліди перетворень циліндричної поверхні в плоску.

Третій спосіб дозволяв отримувати диски товщиною 2-3 мм і діаметром до 1,5 м. Видували велику скляну кулю, яка служила заготівлею.

В історії склоробства відбилися долі народів та цивілізацій.

До початку нашої ери найбільш потужні центри склоробства розташовувалися в Єгипті та Сирії.

У період Римська імперія скло поширилося по всій її території. Утворилися нові центри скляного виробництва в Європі аж до Британських островів. Вони швидко й успішно розвивалися. та знаменитих венеціанських дзеркал. придбали венеціанські склороби.

Значний внесок у розвиток виробництва скла зробили європейські склороби.

Так, французькі майстри знайшли спосіб відливати дзеркальне скло високої якості за допомогою мідних плит і подальшої прокатки, а також спосіб травлення стекол (початок XII ст.). прозоре калієво-кальцієве скло. технологію гравіювання скла.

У другій половині XVII ст.німецький алхімік Йоганн Кункель відкрив спосіб отримання «золотого рубіна» та опублікував книгу «Експериментальне мистецтво склоробства». У XVIII ст. в Англії почали виробляти кришталеве скло та застосовувати алмазну грань.

У Стародавній Русі Скляне виробництво концентрувалося в основному в південно-західних областях, але в період татаро-монгольського ярма скляні майстерні були зруйновані. Виробництво скла відродилося лише у XVII ст. Величезна заслуга у відновленні стеклоделия у Росії цей період належить М. У. Ломоносову. Він не лише сприяв організації скляних заводів, а й відродив та розвинув мистецтво смальтової мозаїки.

До кінця ХІХ ст. Скляне виробництво було засноване на ручній праці.

Тільки в 1900 р. була зроблена спроба механізувати виготовлення листового скла: за допомогою стисненого повітря видувались скляні циліндри довжиною до 12 м діаметром близько 0,75 м, які розрізалися утворюючим. Подальша обробка листового скла залишалася такою самою, як і при циліндричному способі.

Справжньою революцією в склоробстві стало винахід на початку XX ст. безперервного процесу варіння та формування листового скла. Механізація виробництва всіх видів скла була здійснена лише у другій половині XX ст. На цей період припадає і поява нових видів скла та виробів із нього.

Аж до 50-х років. ХХ століття практика склоробства випереджала теоретичні знання у цій галузі. Однак науково-технічна революція у склоробстві призвела до розробки технології принципово нових видів продукції зі скла: фотохромних, сонцезахисних, теплозахисних, надміцних та загартованих видів та ін.

У 1959 р.в СРСР вперше був синтезований шлакосітал - один з різновидів непрозорого «склопорцеляни», міцного та економічного вигляду скла, який можна фарбувати керамічними фарбами в будь-який колір і широко застосовувати у втіленні архітектурних задумів.

З'явилася технологія виготовлення триплексу – скла, що складається з окремих листів, що склеєні прозорими синтетичними плівками в єдиний пласт. Для звукоізоляційного скління стали використовувати листи скла з нанесеними на одну з поверхонь прозорими пластмасовими плівками для зміни частоти своїх коливань.

Електрохімеська обробка скла, напилення плівок, виготовлення скловолокна – це приклади складної технології склоробства середини минулого століття.

Сучасне скло являє собою аморфний матеріал, що отримується з розплавів силікатів, алюмінатів або боратів натрію, калію, кальцію та інших елементів. Характерною рисою неорганічного скла є здатність при нагріванні до певної температури розм'якшуватися, не плавлячись. За певних температурних умов скло може кристалізуватись.

Виробництво скла складається з таких процесів: підготовка сировинних компонентів, отримання шихти, варіння скломаси, її охолодження, формування виробів та їх відпал і у разі потреби - обробка (термічна, хімічна, механічна).

Компоненти, що входять до складу скла, визначають його фізико-механічні властивості. Так, окис алюмінію підвищує хімічну та термічну стійкість скла, механічну міцність. Вуглекислий калій надає склу чистоти, блиску, прозорості і застосовується для виробництва кращих сортів скла. Введення оксидів кальцію, магнію, цинку та свинцю підвищує механічну міцність м хімічну стійкість скла, збільшує показник світлозаломлення та покращує зовнішній вигляд виробів.

Про те, які здібності відкриває перед архітекторами скло, читайте тут.