Как и из чего делают стекло? Описание, фото и видео

Человек ежедневно сталкивается со стеклянными изделиями. Стекло почти волшебный предмет – с одной стороны прозрачное, с другой материальный объект. Вещество будет прозрачным, когда фотоны (кванты света) проходят сквозь него, не поглощаясь. Но почему-то далеко не каждому приходит в голову мысль – как и из чего делают стекло? Как происходит процесс?

Интересные факты:

• Чтобы стекло разложилось, понадобится миллион лет.
• Стекло перерабатывается без потери качества.
• Самое толстое стекло в мире – это 26 см экран сиднейского аквариума.

Как делают стекло?

Вначале кварцевый песок, соду и известь нагревают в специальной печи до температуры 1700 градусов выше нуля. Песчинки соединяются между собой, после гомогенизируются (превращается в однородную субстанцию), газ удаляется. Масса «окунается» в расплавленное олово с температурой выше 1000 градусов, которая плавает на поверхности из-за более низкой плотности. Чем меньше масса, попадающая в ванну с оловом, тем тоньше будет стекло на выходе.

Изготовление стекла

Завершающим штрихом является постепенное охлаждение. Субстанцию помещают в специальный конвейер, где охлаждают до температуры 250 градусов выше нуля. Почему стекло прозрачное можно прочитать тут.

Интересные факты:

• Самое дорогим в мире считается Муранское стекло. Изделия из него стоят миллионы долларов. Венеция с древних времен славилась изготовлением качественного стекла. Достоверно известно, что в XIII веке правительство государства перенесло производство на крупный остров Мурано, и мастерам было категорически запрещено покидать его. Наказание – смертельный приговор. Кроме того, для туристов или других жителей Венеции также вход на остров был закрыт. Такие жесткие меры позволили сохранить тайну производства.
• Одним из самых интересных психических заболеваний Средневековья является «стеклянная болезнь». Человек при таком расстройстве думал, что сделан из стекла, и боялся разбиться. Таким недугом страдал французский король Шарль VI. Монарх носил всегда несколько слоев одежды и запрещал к себе прикасаться.

Какие функции выполняют сода и известь в процессе производства?

Известь
Сода помогает уменьшить температуру плавления в 2 раза. Если ее не добавить, песок будет очень сложно расплавить, и соответственно – соединить отдельные песчинки между собой. Известь нужна, что бы масса стойко переносила воду. Если бы ее не было в составе, окно, например, растворилось бы сразу после первого дождя, а стакан лопнул после соприкосновения с водой.

Интересно: Почему животным нравится, когда их гладят? Причины, фото и видео

Интересные факты:

1. Китай не производил стекло более 500 лет – с XIV по XIX века. Сейчас государство – один из лидеров производства, и контролирует треть мирового стеклянного рынка.
2. 1994 год стал крайне активным в плане переработки стекла в США. Если выложить в одну линию все переработанные за тот год стеклянные изделия, получится своеобразная «дорога» на Луну.

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:

1. Метод Фурко;
2. 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.

Как получается цветное стекло?

Стекло производят не только бесцветное. Чтобы получить цветное изделие, в печь для плавления, помимо основных компонентов, добавляют химические соединения:

1. Оксиды железа дают стеклу насыщенный красный оттенок.
2. Оксиды никеля – коричневый, фиолетовый (в зависимости от количества).
3. Чтобы получить ярко-желтый оттенок, добавьте к песку, соде и извести оксиды урана.
4. Хром делает стекло зеленым.

Какими характеристиками и свойствами обладает стекло?

Пропорции компонентов для изготовления стеклянных товаров подбирают в зависимости от их назначения. Выделяют: бытовое стекло – то, из чего после делают посуду, очки, украшения; строительное – витрины, окна, витражи;

Техническое стекло – наиболее плотное. Используется в тяжелой промышленности. Основное свойство стекла – «умение» пропускать через себя солнечный свет. Но не полностью. Так, стандартное оконное стекло пропускает лишь 85 % солнечного света. Стекло имеет малую теплопроводность, проще говоря – оно не слишком нагревается от других продуктов. Это свойство широко используется для использования стекла в каминах (бытовой техники – плитах и духовках).

Интересный факт: Все слышали о бронированном (пуленепробиваемом) стекле. Процесс его производства выглядит так: несколько стеклянных пластов соединяют между собой, фиксируют полимерными пленками и отправляют в печь. Первое пуленепробиваемое стекло установили на окна Белого дома в 1941 году.

Стекло – удивительный материал. Процесс его создания сложный и травмоопасный, но интересный и очень нужный.

Производство стекла — трудоемкий процесс, включающий в себя ряд этапов

1. Подготовка сырья

Как уже говорилось, кремниевый (кварцевый) песок — это основная составляющая в производстве стекла. Чем меньше в нем примесей, тем прозрачнее в итоге будет полученный материал.

На этом этапе кремниевый песок просеивают, сортируют, в специальных барабанах промывают чистой водой, после чего, промытый песок поступает на конвейер, который также просеивает содержимое.

Дальше происходит фильтрация — песок поступает в спиралевидные вращающиеся вертикальные желоба. В результате обработки, металлические частицы остаются в желобе, а очищенный песок следует на вращающийся конвейер, где очищенный песок подвергается обработке горячим воздухом – эта часть подготовки называется сушкой.

1. Приготовление шихты

Шихта – подготовленная смесь сырьевых материалов в заданных пропорциях, подлежащая переработке. На этом этапе к сухому и очищенному песку добавляется остальные составные элементы шихты (кальциевая окись, карбонат натрия, оксиды алюминия и магния, оксид свинца) для помещения в печь для варки стекла. Перед процессом варки к песку можно добавить битое стекло для вторичной переработки.

1. Варка стекломассы

Это основная и самая сложная часть производства стекла, производится в специальных печах из огнеупорных материалов. Все компоненты тщательно просеиваются, при необходимости измельчаются до порошкообразной массы и помещаются в печи, Процесс происходит при температуре 1500 – 1600 °С. Сначала шихта преобразуется в вязкую массу с большим количеством пузырьков газа, которые будут удалены чуть позже, при еще большем повышении температуры в печи.

Для увеличения водостойкости добавляют известь либо оксид кальция. Чтобы стекло было более крепким, в него добавляют оксиды магния или алюминия. Для придания стеклу нужного оттенка, используют оксиды различных металлов (например, оксид меди придаст ему зеленоватый оттенок, оксид железа – насыщенный красный, оксид урана – ярко-желтый, оксид никеля, в зависимости от количества — коричневый, фиолетовый).

1. Охлаждение стекломассы

Процесс заключается в снижении температуры расплава до состояния вязкости. Для этого обработанную смесь выливают в ванны, заполненные расплавленным оловом. Чем меньше масса, попадающая в ванну, тем стекло будет тоньше. Температура жидкого стекла выше температуры олова, поэтому оно растекается по поверхности олова и охлаждается.

Специальным роликом размягченное стекло вытягивается из ванны и подается его дальше.

При неравномерном охлаждении изделия, в нем образуются внутренние механические напряжения, поэтому слишком быстро остывающая заготовка может разрушиться от любого воздействия или перепада температуры. Для придания стеклу большей прочности, после остывания его опять нагревают, это так называемый отжиг. Охлаждение производится по специальному ступенчатому режиму: быстрое, очень медленное и снова быстрое.

Интересным этапом является резка стеклянного листа. Лист подается непрерывно движущимися валиками на режущее устройство (алмаз или твердые сплавы), которое наносит достаточно глубокую и чистую линию реза («риску») заданной конфигурации.

Стеклянная радуга

Измельченный кварц (песок) в своем природном виде содержит небольшую примесь железа, что придает готовым изделиям в будущем легкий зеленый оттенок. Для того чтобы материал получился прозрачным, к нему добавляют селен. Это вещество отдает красноватыми тонами, но при смешивании с железом стеклянная поверхность получается бесцветной. А из чего делают стекло различных оттенков, а иногда даже не однотонное, переливающееся всеми цветами радуги?

Для придания материалу цвета в нагретую смесь добавляют оксиды металлов. Кобальт придаст насыщенные синие краски. Фиолетовыми оттенками заиграет изделие, если в процессе изготовления добавить марганец, а зеленый получится из смеси хрома и железа. Для солнечного желтого цвета подойдет окись хрома, для изумрудно-зеленого – оксиды хрома и меди. Какие компоненты добавляются, зависит от того, какую цель преследует завод по производству стекла.

Первое оконное стекло

Первое оконное, по настоящему плоское стекло впервые появилось значительно позже, в Древнем Риме. Оно было обнаружено при раскопках Помпеи и датируется годом извержения вулкана Везувий, 79 г. н. э. Оконное стекло получали методом литья на плоскую каменную поверхность. Конечно, качество стекла при этом сильно отличалось от современного.

Это стекло было окрашенным в зеленоватые тона и матовым (бесцветное стекло в то время изготавливать еще не умели), содержало большое количество пузырей, что говорило о низкой температуре варки, и было довольно толстым (около 8-10 мм). Но, тем не менее, это был первый случай применения стекла в архитектуре, что дало значительный толчок к дальнейшему развитию стекловарения и распространению стекла по всей Европе.

Применение стекла

Используется стеклянная продукция во многих сферах человеческой деятельности. В некоторых важна его твердость, в других — прозрачность, качество ценится везде одинаково.

Направления применения стекла:

1. Оптика. Первоочередное значение придается прозрачности будущих оптических элементов. Используется в научной, военной, аэрокосмической деятельности и для выпуска потребительской оптики.
2. Прозрачное стекло. Активно применяют в строительстве для возведения световых конструкций.
3. Цветное стекло — основа при создании витражей, прочих мозаик.
4. Художественное стекло. Данный вид используют для создания оригинальных украшений, элементов интерьера.
5. Стеклоэмаль. Это прочный материал с высокой устойчивостью к истиранию. Активно используется для покрытия керамической плитки, ванн, сантехники из фаянса, гальванических ванн.
6. Стеклоткань, стекловолокно. Из них производят стекловату, стеклотекстолит и другие материалы.
7. Оптическое волокно. Оно служит для изготовления особых нитей для проведения связи, интернета, телевизионных сетей.
8. Фотохромное стекло. Для защиты от света используется данный вид стекла. Применяют при производстве солнцезащитных очков, для затемнения окон в общественном транспорте.
9. Диэлектрическое стекло — активно используется для производства изоляторов в электротехнической промышленности.

Сортировка основы для стекла

Перед тем как изготовить стекло, песок просеивают и сортируют. Сырье худшего качества пускают на производство оконного стекла, лучшее — на изготовление посуды, украшений, оптических линз и художественных изделий. Сказывается разница в размере крупинок и химическом составе: чем мельче песок, тем шире сфера его применения. Если преобладают крупные песчинки, то такой песок — основное сырье для оконного стекла.

Стекло в домашних условиях

Народные умельцы могут изготовить стекло даже дома. Для начала нужно просчитать пропорции компонентов. Изучив, из чего делают стекло, в состав будущей стеклянной смеси включают: песок, соду, известь, стекло битое.

Вот как изготовить стекло для дома:

1. Подготовка основных компонентов. Необходимо 180 грамм пищевой соды нагреть на огне до испарения влаги. Прогреть 400 грамм просеянного промытого песка на огне, просушить. Измельчить 80 грамм извести. Засыпать в одну посуду. Добавить 10 грамм борной кислоты и две столовой соли пищевой.
2. Чтобы самому изготовить стекло, следует подготовить емкость. Металлическую посуду для сохранения целостности в сильном огне желательно обмазать смесью из жидкого стекла и глины в несколько слоев. Для этого несколько ложек глины для лепки перемешать с водой до жидкого состояния. Затем добавить одну-две ложки жидкого стекла. С помощью кисточки покрыть посуду.
3. Прокалить обмазанный сосуд на газе. Его поверхность покроется выпуклыми «пупырышками».
4. Подготовить стеклянный бой: разбитую посуду просеять. Три столовые ложки мелких стеклянных частичек засыпать в посуду для варки. Добавить остальное сырье.
5. Полученную шихту поставить в огонь. Поддувать можно с помощью горна. Через три–четыре часа смесь расплавится до жидкой консистенции стекла.

Марки стекла

Крупные производственные компании занимаются выпуском листовых видов стекла широкого перечня. Это связано с популярным остеклением крупных офисных и торговых зданий в крупнейших городах. Поэтому производственники часто используют № 111-90 ГОСТ «Стекло листовое. Технические условия».

По назначению стекло подразделяют на такие марки:

• М1 — зеркальное улучшенное. Толщина изделий не более 6 мм и не менее 2 мм. Предназначено для ветровых стекол автомашин, зеркал качественных.
• М2 — зеркальное. Используют для производства зеркал, стекол в общественном транспорте.
• М3 — полированное техническое. Производят декоративные элементы мебели, зеркала.
• М4 — полированное оконное. Служит для качественного остекления конструкций светопрозрачных, безопасных стекол транспортных средств.
• М5 — неполированное оконное улучшенное. Используется для стекол сельскохозяйственного транспорта.
• М6 — неполированное оконное. Служит для создания светопрозрачных конструкций.
• М7 — полированное витринное. Толщина составляет от 6,5 мм до 12 мм. Используют при оформлении витрин, витражей.
• М8 — неполированное витринное. Из него изготавливают витрины, фонари.

Технология производства

Основным материалом для изготовления стекла служит кварцевый песок. Да, тот самый, которым усыпаны песчаные пляжи и по которому в летнее время с удовольствием можно походить босиком.
Начинается производство стекла с того, что точно вымеренное на электронных весах количество мельчайшего кварца нагревается до температуры свыше 1500 градусов C. Песчинки плавятся, образуя однородную массу. К ним в небольших количествах добавляется кальцинированная сода и известняк. С какой целью?

Кальцинированная сода в этом процессе является своего рода катализатором и заставляет плавиться песок при более низкой температуре, примерно 850 градусов C. Это позволяет снизить энергетические затраты на производство. Но сода не используется без известняка. Этот факт объясняется просто: расплавленный песок и кальцинированная сода при застывании образуют вещество, которое легко растворяется в воде (не лучший материал для производства предметов бытового пользования). Сюда же добавляются окиси магния, алюминия и борная кислота. А также ряд веществ, предотвращающих образование воздушных пузырей в массе.

После того как все компоненты доведены до определенной температуры, следует резкое охлаждение – это не даст песчинкам вернуться в исходную форму.