История прошлого и настоящего стекла (стр. 3 )

Охлаждение стекла, а точнее изделия из него проводят медленно, чтобы избежать в нем напряжений. При быстром охлаждении стекла поверхностные слои тела затвердевают и могут иметь температуру, близкую к комнатной, а внутренние части, вследствие низкой теплопроводности, могут иметь температуру до 1000 ° C. Поскольку внутренние части при охлаждении сжимаются, а наружные уже не уменьшаются в размере, в них возникают высокие поверхностные сжимающие напряжения. Внутренние слои, наоборот, испытывают высокие растягивающие напряжения. Такое стеклянное тело называют «закаленным» (Приложение ). Закаленное стекло обладает высокой механической прочностью. Однако у него есть и недостатки. При нарушении поверхностного слоя (например, нанесение царапины), т. е. при нарушении сжимающих и растягивающих сил, закаленное стекло разлетается вдребезги.

При медленном охлаждении стеклянного тела растягивающие и сжимающие напряжения не возникают. Такое стекло называют «отожженным». Мелкие изделия, например столовая посуда, отжигаются (охлаждаются) в течение нескольких часов. Крупные и прецизионные изделия, например линзы астрономических объективов диаметра 1 м и более, отжигаются в течение нескольких месяцев.

Такая обработка повысила механические свойства стекла на 400%. Это имело чрезвычайно важное значение для автомобильной промышленности, которая находилась в то время еще в стадии становления.

Однако, несмотря на общее улучшение дел в отрасли, камнем преткновения оставалась полировка. Она продолжала быть самостоятельным технологическим процессом, все еще отнимавшим значительное количество времени и сил.

Флоат-процесс

Очередной серьезной ступенью в производстве стекла в 1959 году стало изобретение Аластером Пилкингтоном флоат-процесса, который убрал различие в понятиях плоского и полированного стекла.

При этом процессе стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг. Так как поверхность расплавленного металла является идеально ровной поверхностью, то стекло приобретает “огненно-полированную” блестящую поверхность, которая не нуждается в дальнейшей шлифовке и полировке. Преимущества этого метода по сравнению со всеми предыдущими: стабильная толщина стекла, высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки, отсутствие оптических дефектов в стекле, высокая производительность процесса. Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 6?3,21 м, а толщина листа может быть от 2 до25 мм.

История стекла в России

Временем возникновения русского стеклоделия считают конец X века, когда в Киеве впервые появились стекольные мастерские, в которых изготовлялись предметы для убранства христианских храмов. Первые изделия из стекла - мозаику, оконные стекла - ввозили из Византии. В конце X в. их стали производить в Киеве из привозного сырья византийские мастера. Затем в Киеве, Новгороде, Полоцке, Смоленске и других городах появляются русские стеклоделательные мастерские, продукция которых была многообразна как по назначению, так и по технике изготовления. Основная продукция – смальта разных цветов, и золоченая в том числе, украшения - бусы, браслеты, перстни, различного вида стеклянные сосуды (Приложение ).

Делали также и "оконничные круги" - круглые стекла для окон, изготовлявшиеся отливкой расплава стекла на металлическую плиту. На Руси в ХI-ХIII в. в. употреблялось толстостенное оконное стекло только круглой формы.

На территории Киево-Печорской Лавры была найдена мастерская по производству цветной мозаики. Софийский Собор в Киеве украшен мозаичными орнаментами и изображениями Христа-Вседержителя и Иоанна-Златоуста.

Продукция древнерусских мастерских включала не только предметы из стекла, но также ювелирные изделия из драгоценных металлов, украшенные стекловидными эмалями.  Особым изяществом отличаются украшенные перегородчатой эмалью книжные переплеты, кресты, оплечья и монисты, рясны с медальонами и колтами.

Древнерусские стеклоделательные мастерские, а вместе с ними и богатые производственные традиции, погибли в середине XIII в. под ударами Золотой Орды.

Возрождение стекольного дела на Руси после татаро-монгольского нашествия относится к середине ХVII в. В 1635 году царь Михаил Федорович дал "Жалованную грамоту шведу - пушечному мастеру Юлиану Койету на покупку в Московском уезде 16-ти пустошей для устроения стекольного дела с правом беспошлинной продажи изделий в продолжение 15 лет и с запрещением другим устраивать подобные заведения". Завод Койета находился в местечке Духанино близ города Воскресенска. В 1635 году близ Можайска шведом Елисеем Коэтом был построен первый в России стекольный завод. Он производил "только грубое стекло, а именно оконное и различные скляницы", которые ежегодно отправлялись для продажи в Москву.

В 1668 году -  построен Измайловский завод под Москвой.

Покрыв стекло амальгамой, человек изобрел зеркало. Сперва металлические, а потом зеркала из стекла начали встречаться в домах князей и бояр в XVII в., но довольно редко из-за поверья, приписывавшего изобретение зеркал дьяволу. Первую зеркальную фабрику в России завел в 1716 году в Санкт-Петербурге князь Меньшиков.

При Петре I на Воробьевых горах построили государственный стекольный завод. Этот завод был прообразом современного завода. Основная продукция - зеркальное стекло, производимое по методу француза Луки де Негу, заключавшемуся в розливе стекломассы и горизонтальной ее прокатки на металлическом столе с последующей шлифовкой и полировкой для изготовления зеркал.

В начале XVIII в. центр стеклоделия перемещается в новую столицу России - Петербург. В 1714 году создаются два завода под Петербургом: Ямбургский и Жабинский. Основная их продукция: декоративные сосуды, посуда, зеркала, химико-лабораторная и аптекарская посуда, оптические линзы, песочные часы, фонарные стекла.

В 1748 году организовал при Петербургской академии лабораторию, в которой проводил опыты с окрашиванием стекла, варил смальту, разработав палитру цветной стеклянной мозаики. В 1753 году им была построена для производства цветного стекла Усть-Рудицкая фабрика под Петербургом.

принадлежит заслуга первой научной трактовки строения стекла.

К 1913 году в России работало уже 275 стекольных заводов. За годы Советской власти в СССР создана мощная стекольная промышленность, оснащенная совершенным оборудованием.

В настоящее время в странах бывшего СССР функционируют около 300 стекольных заводов, располагающих 900 стекловаренными печами. На листовое стекло приходится 45% производства. По прежнему подавляющее большинство продукции из стекла производятся в двух странах - в России и на Украине.

1.12.Стекло сегодня

В настоящее время в мире производится около 16500 млн. т листового стекла в год.

Главный потребитель стекла – строительная индустрия. Больше половины всего вырабатываемого стекла приходится на оконное для остекления зданий и транспортных средств: автомашин, железнодорожных вагонов, трамваев, троллейбусов. Кроме того, стекло используют в качестве стенового и отделочного материала в виде пустотелых кирпичей, блоков из пеностекла, а также облицовочных плиток. Примерно треть производимого стекла идет на изготовление сосудов различного типа и назначения. Это прежде всего стеклянная тара – бутылки и банки. В большом количестве стекло расходуется на изготовление столовой посуды. Стекло пока незаменимо для производства химической посуды. В довольно большом количестве из стекла изготавливают вату, волокно и ткани для тепловой и электрической изоляции.

Стекло с давних времен служит человеку. Сочетая такие свойства, как прозрачность, твердость, стойкость против разъедания минеральными кислотами и жаропрочность, а также способность изменять эти свойства, легко окрашиваться в разные цвета и формоваться разнообразными способами, стекло стало незаменимым материалом в архитектуре, в технике и в быту.

В современной архитектуре стекло является доминирующим строительным материалом. Прозрачными становятся не только стены или двери, но и лестничные пролеты, полы и потолки. Все это делается для того, чтобы в условиях ограниченного места визуально расширять пространство помещений и осуществлять связь с окружающим миром.

Технологии производства стекол архитектурно-строительного назначения постоянно совершенствуются, что приводит к появлению новых уникальных видов стекол - солнцезащитных,  пожаростойких, антибактериальных, светодиодных,  самоочищающихся, фото - и электрохромных и т. д.

Для уменьшения потерь тепла в помещении разработан новый класс энергосберегающих стекол - низкоэмиссионных с коэффициентом теплового излучения ниже 0,04. В Европе до 90% всего остекления производится с использованием энергосберегающих окон. В России около 9%, что обозначает наличие огромного потенциала нашего рынка для этой технологии.

Специальные типы стекол применяются как материалы для микроэлектромеханических систем (MEMS), датчиков и переключателей различного назначения, светодиодов, чипов для аппаратуры медицинского анализа, допинг-контроля, а также промышленного мониторинга.

Стеклянные световоды и оптико-волоконные сети на сегодняшний день являются одним из самых быстрых средств передачи данных.

Современные технологии направленной кристаллизации позволяют выращивать в стеклах кристаллы с требуемыми размерами, геометрией и ориентацией в пространстве. Это открывает широкие возможности при использовании стекол в качестве наноматериалов для создания новых типов лазеров, конструкционных материалов и материалов медицинского назначения.

Многие элементы современной военной техники и космических аппаратов могут быть выполнены только из специальных видов стекол – сверхпрочных и термостойких.

Стекло является одним из материалов, используемых при изготовлении солнечных батарей.  Панель представляет собой фотоэлектрический генератор, состоящий из стеклянной плиты, с тыльной стороны которой размещены солнечные элементы, электрически соединенные между собой металлическими шинами.

Отдельно нужно отметить Ситалл - это стекло со свойствами металла. Его можно ковать. Из него можно делать отливки. По прочности он превосходит чугун, хотя втрое легче его и гораздо дешевле. Стекло + кристалл = ситалл. Ситалл - кристаллическое стекло.