Окна, украшения, посуда и декор. Куда ни глянь — повсюду нас окружают стеклянные изделия. Люди научились производить стекло тысячи лет назад и с тех пор усовершенствовали этот процесс. Как и из каких компонентов его получают? Объясним простыми словами.
Из чего делают стекло?
Для его производства нужно натуральное сырье. Основное из них — песок, а точнее, его особый ингредиент — кварц:
- Оксид кремния (кварц) — основа стекла, 75% его состава. Его качество напрямую влияет на результат. Поэтому для производства стекла используют только отборный песок с минимальным процентом примесей (до 2%). Тогда материал получится прозрачным.
- Сода (около 15% состава) нужна, чтобы снизить температуру плавления песка и упростить процесс производства. Иначе песок пришлось бы помещать в температуру более 2000 °C.
- Оксид кальция, или известь (10% состава), обеспечивает водонепроницаемость. Без нее вода растворила бы материал. Но благодаря извести из стекла можно делать посуду, окна и пр.
Также для разных видов стекла используют оксиды щелочных материалов:
- оксиды натрия, кальция или алюминия — для изготовления окон;
- оксиды калия и свинца — для хрусталя;
- оксид алюминия — элемент сапфирового стекла для часов, отличающегося особой прочностью;
- оксиды бария, алюминия, бора — для оптики.
Состав стекла может отличаться в зависимости от необходимого цвета. Чтобы придать ему оттенок, при выплавке добавляют особые красители, содержащие оксиды:
- Красный цвет получают благодаря оксиду железа.
- Ярко-желтый окрас обеспечивает оксид урана.
- Для зеленого стекла необходим оксид хрома и меди.
Как делают стекло?
Процесс производства стекла довольно опасен, так как требует очень высоких температур. Изучим его детальнее:
- Кварцевый песок помещают в печь и плавят до состояния жидкости. Добавление соды позволяет снизить температуру плавления до 1200–1600 °C. Однако из-за нее стекло стало бы неустойчивым к воде, поэтому к ней добавляют известь. Песчинки расплавляются и склеиваются между собой, образовывая «жидкое стекло».
- Далее в смесь добавляют другие компоненты (например, оксиды магния или алюминия), чтобы сделать стекло более прочным.
- Если необходимо придать материалу особый оттенок, добавляют оксид нужного металла.
- Полученную смесь размешивают так, чтобы из нее вышли пузырьки.
- Далее жидкому стеклу придают форму. Самый древний способ — вылить смесь в форму и дождаться остывания. Сейчас же ее отправляют в ванну с расплавленным оловом (температура — около 700 °C) и продувают сжатым азотом.
- Стекло охлаждают, а затем снова поддают тепловой обработке и удаляют несовершенства. После этого материал становится более прочным.
- Теперь на стекло можно наносить необходимые покрытия или резать для дальнейшего использования.
Стекло — материал очень хрупкий, но при этом довольно тяжелый. Поэтому на производстве продумана система перемещения готовых листов. После нарезания они попадают на стоплеровочную машину, а она при помощи присосок складывает стекло в стопки.
История стекла и интересные факты
Что известно о стекле? Родиной этого материала считается Древний Египет. Как пишет историк и главред журнала «Наука и техника» Наталья Беспалова, здесь его научились производить еще в третьем тысячелетии до нашей эры.
Однако геологи уверены, что история стекла началась гораздо раньше. Так называемый обсидиан (вулканическое стекло, произведенное естественным образом) использовали еще в каменном веке. За тысячи лет технология изготовления стекла, безусловно, изменилась, но базовые компоненты остались неизменными.
Во многом современный подход к производству стекла родился благодаря трудам Михаила Ломоносова. В XVIII веке ученый разработал технологию изготовления цветных прозрачных и непрозрачных стекол, используемых в частности для мозаик.
Уже в ХХ веке люди научились делать пуленепробиваемое стекло. Принцип такой: стеклянные листы укладываются слоями, а между ними помещается особая пленка. Впервые такое стекло было установлено в 1941 году в окна Овального кабинета Белого дома США.
Тем не менее самым дорогим в мире остается муранское стекло — материал, созданный по особым технологиям на острове Мурано недалеко от Венеции. Его начали производить в Х веке, и через несколько столетий оно стало знаменитым на весь мир. Сегодня цена даже простейшего небольшого изделия из муранского стекла стартует от €15. Чтобы защитить подлинную технологию и избежать подделок, в 1994 году ассоциация производителей официально закрепила товарный знак Vetro Artistico Murano.
В наше время процесс изготовления стекла автоматизирован, но даже теперь он немного напоминает магию. Удивительно, что из подручных материалов создается нечто новое — то, что мы применяем ежедневно.
Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/school/1661729-iz-chego-delayut-steklo/
