Как изготавливают стекло?

Каждый день мы сталкиваемся с большим количеством изделий из стекла, и мало кто задумывается о том из чего и как получают стекло. Стекло является одним из древних материалов, а его производство довольно интересным процессом.
Немного истории. Родиной стеклоделия принято считать Египет. Подтверждением данного факта являются глазурованные стеклом фаянсовые плитки внутри пирамиды Джоссера (XXVII век до н. э.), а также находки фаянсовых украшений того периода. Можно утверждать, что 5 тысяч лет назад стекло существовало на территории Египта. Хотя некоторые археологи утверждают, что немногим ранее Египта стеклянные изделия были найдены на территории Древней Месопотамии.

Основным компонентом, из которого изготавливают стекло, является кварцевый песок. Для того, чтобы превратить сыпучий песок в прозрачный монолит необходимо воздействие высоких температур. Песчинки кварца под действием температуры расплавляются и соединяются между собой. При охлаждении расплавленной массы песчинки не успевают вернуться в первоначальную форму.

Последовательность производства стекла следующая. Кварцевый песок, количество которого измеряется точно при помощи электронных весов, отправляют в гигантскую печь, где под действием температуры в 1600°С, он превращается в единую смесь. Кроме песка в состав стекла входят сода, известняк и немного воды.
Полученную массу гомогенизируют, то есть делают однородной, удаляют все пузырьки газа. Затем стекольную смесь помещают в ванну с расплавленным оловом (температура олова около 1000°С). Стекольная смесь не смешивается с оловом, а держится на его поверхности, так как имеет иную плотность.
Таким образом, стекольная смесь охлаждается и приобретает гладкую поверхность. Толщина готового стекла будет зависеть от количества смеси, которая попадает в ванну с расплавленным оловом: чем меньше смеси, тем тоньше стекло.
Из ванны с оловом стеклянное волокно извлекают ещё достаточно горячим, с температурой около 600°С, поэтому его необходимо ещё охладить до полного затвердения. Для этого стеклянное волокно пропускают через конвейер с вращающимися роликами, пока оно не охладится до температуры 250°С. Охлаждение стекла происходит постепенно для того, чтобы избежать трещин. Автоматический контроль качества в конце конвейера выявляет возможные дефекты материала, которые далее подлежат устранению.

Следующая стадия – резка стеклянного полотна на листы необходимого размера. После нарезания остаются обрезки стекла, которые добавляют к следующей партии приготовления стекла. То есть производство безотходно.

Добавление цвета. Если необходимо изготовить стекло определённого оттенка, то в стекольную смесь добавляют оксиды металлов. Например, окись хрома придаёт желтовато-зелёный оттенок, окиси меди и хрома – зелёный, кобальт – синий.

Основное свойство стекла – это, конечно же, способность пропускать свет. Естественно, достичь стопроцентной пропускной способности невозможно, высококачественное стекло способно пропускать 92% дневного света.
Твёрдость стекла (способность сопротивляться проникновению других предметов) составляет шесть-семь балов по шкале Мооса, тогда как у алмаза – десять балов. То есть стекло достаточно твёрдое, но, как известно, хрупкое.

На хрупкость стекла практически не влияет его состав, в большей мере хрупкость зависит от однородности, конфигурации и толщины.
Химический состав определяет плотность стекла. Минимальная плотность стекла, а именно чистого кварцевого стекла, составляет 2200 кг/м3. Наибольшую плотность имеют стёкла с оксидами тяжёлых металлов (свинец, барий и т.п.) в своём составе – до 7500 кг/м3. Плотность оконных стёкол – 2500…2600кг/м3.
Теплопроводность стекла (способность материала проводить тепло от более нагретых частей к менее нагретым) весьма незначительна.
Зависимо от химического состава стёкла бывают оксидными (кварцевые, силикатные, фосфатные, боратные), сульфидные и фторидные.

По назначению выделяют три группы стёкол:

1. строительные (стеклопакеты, мозаики, витрины, стеклоблоки и т.п.);
2. бытовые (посуда, украшения, очки, различная тара);
3. технические (стёкла для химической и прочих отраслей промышленности).

По способу обработки стеклянные изделия можно разделить на пять классов:

• Класс 1 – изделия, сделанные со стандартной обработкой.
• Класс 2 – стеклянные изделия, которые были подвержены механической обработке (шлифовка, гравировка, матирование, полировка).
• Класс 3 – грани изделий были подвержены холодной обработке механическим способом (закругление или фацетирование).
• Класс 4 – стеклянные изделия, которые были подвержены химической обработке (матирование при помощи кислот или травление).
• Класс 5 – стёкла со специальными покрытиями.

Для того, чтобы устранить основной недостаток стекла, его хрупкость, есть несколько методов: закаливание стекла, создание многослойных композитов (плёночные покрытия, триплекс) и метод низкотемпературной ионообменной диффузии.