Как из непрозрачного песка, делают прозрачное стекло? Как делают стекло

Каждый из нас не раз встречал стекло. Что такое этот хрупкий и прозрачный материал, знает любой школьник. Мы каждый день видим его в зеркалах, окнах, в посуде и элементах мебели, но хорошо ли мы знакомы с ним? Как оно производится, что собой представляет и каковы свойства стекла?

Что значит это слово

Существует немало справочных материалов, которые могут помочь в этом вопросе. Каково же значение слова "стекло" по одному из наиболее популярных источников? Словарь Ожегова характеризует это вещество как твердый материал, получаемый из кварцевого песка, смешанного с окислами некоторых металлов. Даже определение дает некоторое представление о способе производства данного материала. Но к этой теме мы перейдем позже.

Наверняка все привыкли, что стекло - это прозрачный материал. Но обратите внимание - словарь Ожегова не дает такого уточнения. Стекло может быть не только прозрачным, но также цветным или матовым. А вот состав материала при этом отличается несущественно.

Из чего делают стекло

Стандартный состав стекла представляет собой смесь чистого извести и соды. Для изменения свойств материала могут использоваться различные добавки. Но все-таки основным составляющим компонентом является именно чистый речной песок. Его количество составляет примерно 75% от всей смеси. Сода позволяет снизить песка почти в 2 раза. Известь защищает стекло от воздействия большинства химических веществ, а также добавляет прочности и блеска.

Дополнительные примеси:

Марганец. Его добавляют в стекло для получения специфического зеленого оттенка. Для получения других цветов может использоваться никель или хром.
Свинец придает стеклу дополнительный блеск и характерный звон. Материал получается более холодным на ощупь. Стекло с примесью свинца называется хрусталь.
Оксид борной кислоты тоже придает материалу дополнительный блеск и прозрачность, при этом понижая коэффициент теплового расширения изделий.

История производства стекла

Еще 6000 лет назад люди умели создавать этот красивый и хрупкий материал. Конечно, его внешний вид несколько отличался от современного стекла, поскольку в Древнем Египте и Месопотамии не было оборудования для качественной очистки песка и других инструментов. Тем не менее производство стекла началось именно там. Благодаря устойчивости к воздействиям окружающей среды этот материал дал историкам представление о культуре и технических возможностях древнейших народов.

В России первый завод по производству стекла появился в 1636 году. Он был расположен недалеко от Москвы. Там создавались посуда и Большое развитие эта отрасль промышленности получила при Петре I.

Только в 1859 году изобретение насоса высокого давления позволило создавать стекло без участия стеклодувов. Это значительно упростило производство. А в начале 19 века было обнаружено интересное свойство материала - если готовое изделие разогреть до определенной температуры, механические свойства стекла повысятся на 400%.

Современное производство

Технологии шагнули далеко вперед, что позволило создавать любые материалы в огромных количествах и с наименьшими затратами человеческих сил. В настоящее время существует немало заводов, на которых по стандартной налаженной технологии создается стекло. Что такое современный материал, получаемый из расплавленного кварцитового песка, узнаем, ознакомившись с технологией. Как пример возьмем листовой материал.

Производство стекла по этапам:

Все необходимые ингредиенты загружают в печь и разогревают, пока не образуется жидкая однородная масса.
В специальном гомогенизаторе этот сплав перемешивают до однородного состояния.
Полученную массу выливают в плоскую емкость, на дне которой находится расплавленное олово. Там стекло распределяется, образуя равномерный тонкий слой.
Остывший и затвердевший материал отправляется на конвейер. Там проводится контроль толщины стекла и нарезка. Материал, не прошедший проверку, а также бракованные детали отправляются на переплавку.
Производится последняя проверка качества, после чего стекло поступает на склад готовой продукции.

Виды стекла

В настоящее время этот материал является одним из наиболее распространенных. Неудивительно, что существуют различные типы стекла, отличающиеся как по внешнему виду, так и по физическим свойствам. Вот некоторые из них:

Хрустальное стекло. Это материал, содержащий в своем составе свинец. О нем мы говорили выше.
Содержит в составе чистейший песок, благодаря чему отличается высокой прочностью. Способно выдерживать скачки температуры, поэтому используется для создания оптических приборов, лабораторной посуды и окон.
Пеностекло. Легкий строительный материал, который может быть использован как для отделки, так и для кладки стен и полов. Содержит в составе большое количество пустот, благодаря чему имеет высокие тепло- и звукоизоляционные свойства.
Стекловата. Объемный воздушный материал, состоящий из тонких и очень прочных нитей. Огнестойка, поэтому используется не только в строительстве, но и при пошиве одежды пожарных и сварщиков.

Применение стекла

В зависимости от свойств и внешнего вида этому материалу можно найти почти любое применение. Основной потребитель изготавливаемого в наше время стекла - строительная отрасль. В ней используется более половины изготовляемого материала. Его назначение может быть самым разнообразным - облицовка стен, остекление окон, возведение стен из пустотелых кирпичей, теплоизоляция и т.д. К строительной области можно отнести и Что такое готическое окно, знают наверняка все. Как правило, оно выложено из большого количества цветных стеклышек. В наше время витражи не потеряли своей актуальности и используются как в строительстве, так и в производстве мебели.

На втором месте по популярности идут стеклянные сосуды различного назначения. Немного меньше производится посуды. Стоит отметить, что в химической отрасли стекло является незаменимым материалом, поскольку оно устойчиво к большинству реагентов.

Физические свойства

Как и любой другой материал, стекло обладает рядом качеств, которые необходимо знать, прежде чем использовать его в той или иной области.

Плотность. Может варьироваться в зависимости от состава смеси и способа изготовления. Значение плотности стекла может колебаться от 220 до 650 кг/м 3 .
Хрупкость. Эта характеристика является отличительной особенностью стекла и ограничивает его применение в строительной области. В настоящее время учеными создаются более сложные сплавы, максимально увеличивающие прочность материала.
Термостойкость. Обычное стекло выдерживает температуру до 90 о С. После обработки термические свойства материала значительно повышаются. Например, промышленное стекло способно выдерживать температуру более 200 о С.

Мы узнали многое про стекло - что такое, как производится и какими свойствами обладает. Самое время немного отвлечься и ознакомиться с наиболее интересными фактами об этом весьма распространенном материале. Мало кто знает, что:

Скорость движения трещины по составляет 4828 км/ч.
Время разложения этого материала составляет примерно миллион лет.
Стекло можно неоднократно переплавлять практически без потери качества. В этом отношении у него почти нет аналогов.
Являясь аморфным материалом, расплавленное стекло не затвердеет при быстром охлаждении. Для этого нужны специальные условия.

Стекло не зря так активно используется в строительстве и других областях жизни человека. Наверняка оно еще долго будет оставаться одним из наиболее популярных материалов. В пользу этого утверждения говорят прочность, долговечность и относительная простота изготовления стекла, связанная с тем, что компоненты для его создания присутствуют на Земле в большом количестве.

Стекло представляет собой наиболее древний предмет, который был найден человеком и используется до сих пор. Найден, потому что человек не сам придумал и сделал его впервые. Вероятнее всего, первое стекло появилось много тысяч лет назад из вулканической лавы. Сейчас это вещество принято называть обсидианом. Как делают стекло? Давайте вернемся к тем временам, когда его еще не было. Постепенно люди познавали окружающую природу и заметили, что при смешивании натуральной соды с песком и последующем нагревании появляется прозрачное вещество. Именно так им и стали известен этот новый вид материала. Этот процесс был описан Плинием - древнегреческим энциклопедистом. Именно с того момента и началась история использования стекла, ставшего в нашей сегодняшней жизни совершенно незаменимым. Ведь сейчас оно используется повсеместно.

Однако имеется и иная теория относительно того, как делают стекло, точнее, как его производили раньше. Некоторые ученые решили, что стекловидный материал был выявлен в качестве побочного продукта при выплавке меди или обжиге В жизни человека этот продукт сыграл поистине выдающуюся роль. Сложно переоценить его значение. Производство листового стекла сравнимо с такими открытиями, как добыча огня и изобретение колеса. Во времена Древнего Египта из него было принято изготавливать всевозможные украшения. Позже из него научились производить емкости для жидкостей. С тринадцатого века наблюдалось резкое увеличение количества изготовленого стекла. Венеция стала центром его производства. Мастерам стала известна технология создания восточного стекла, после чего они стали развивать и улучшать ее. Прозрачность стекла стала возможна благодаря добавлению в него всевозможных примесей. Мастера стали делать из него разную посуду, которая была очень тонкой и изящной. В те времена стеклянные изделия больше служили в качестве предметов роскоши и украшений.

Если вопрос о том, как делают стекло, вам все еще интересен, то можно рассказать о том, как оно находило все новые и новые сферы применения. Технология его производства совершенствовалась. Было придумано зеркало, это сделали посредством нанесения на одну сторону амальгамы. При строительстве тоже стали использовать стекло. Обычно его применяли при возведении дворцов и храмов. А после того как мастера научились делать его цветным, они стали украшать им окна, делая прекрасные витражи. И сейчас широко используется стекло для фьюзинга. И в науке со временем стали использовать стекло. Благодаря открытию его способности концентрировать и рассеивать свет, были созданы разнообразные линзы, сделаны телескопы и микроскопы. Данные открытия стали гигантским шагом в развитии естественных наук - медицины, биологии, астрономии, физики и прочих. Ни в одном научном направлении без стекол невозможна какая-либо деятельность.

Как делают стекло? Как и когда-то раньше, из песка. В своей основе песок содержит представленный тут в виде кристаллов кварца. При нагревании он плавится. Если быстро охладить его, то минералы не успеют кристаллизоваться, становясь прозрачными. Для придания изделию какого-либо цвета в него добавляются оксиды разных металлов. Для придания стеклу максимальной прозрачности песок очищают так, чтобы в его составе содержался практически один кварц.

На данный момент существует масса способов получения продукта с разными свойствами: армированного, закаленного, зеркального, бронированного. В качестве основы и сейчас служит простой песок, который подвергается обработке. Важно сказать о том, что песка на планете пока хватает, поэтому стекло не скоро выйдет из нашего обихода.

Живя в современном мире, трудно представить, что когда-то у людей не возникало вопроса о том, что делают из стекла. Они не знали, что такой материал существует на свете, и природе пришлось самой подсказать им об этом.

С чего все начиналось?

Произошло это во времена Плиния, который подробно описывает случай, произошедший во время путешествия финикийских мореплавателей. Они готовили пищу, используя куски соды в качестве подставки для костра, который размещался на песке. Когда все это нагрелось до определенной температуры и расплавилось, соединившись вместе, образовалось стекло. Конечно, путешественники еще не знали, какое применение можно найти получившемуся веществу, и очень удивились, узнав, например, что делают из стекла посуду и много других важных и полезных вещей.

Повседневное использование

Но со временем, конечно, свойства материала были изучены, и сейчас никого не удивляет, что делают из стекла вазы, статуэтки и прочие вещицы, которые являются не предметами бытового обихода, а произведениями искусства. Причем нельзя сказать, что таких тонкостей добились современные мастера. Еще в 2000 г. до Р. Х. китайцы выделывали стекло удивительным образом. Если ребенка спросить: «Что делают из стекла?» «Аквариум, окно, стакан», - ответит он, то есть назовет предметы, находящиеся в комнате, и будет совершенно прав.

Прозрачные люди

Но ведь из него делают и другие потрясающие вещи. Например, скульптуры, несмотря на хрупкость материала. Мастер из Шотландии Роб Малхолланд не стал задаваться вопросом о том, что делают из стекла другие люди. Он создал свои собственные неповторимые произведения искусства. Но он точно знал, что делают из стекла зеркала, потому что именно их способность отражать окружающий мир использовал для создания своих скульптур, которые установил в Елизаветинском лесопарке в Аберфойле. Они представляют собой силуэты людей, вырезанные в полный рост.

Посетители парка бывают чрезвычайно удивлены, когда перед ними внезапно появляется «призрак». Такой эффект возникает от того, что фигуры, вырезанные из оргстекла, не видны под определенным углом. Малхолланд установил свои скульптуры с целью не просто позабавить путешественников. Он хотел показать людям, что природный ландшафт меняется в зависимости от того, присутствуют ли они в определенном уголке Земли или нет, и привлечь внимание к истории, произошедшей после окончания Первой мировой войны. Тогда из этих мест, которые представляли собой голые склоны без деревьев, переселили фермеров, которые тут жили, и насадили лес. Таким образом, на вопрос о том, что делают из стекла, можно ответить - смысловые арт-инсталляции. И это будет правдой.

Подражая природе

Еще одним оригинальным мастером, который использует стекло для создания своих работ, стала Шайна Лейб. Описать ее произведения одним словом не получится. Если говорить просто, то они представляют собой переплетения разноцветных трубочек из стекла. Шайна добивается такого эффекта натуральности, что зритель первоначально не может понять, из чего сделано то, что ему показывают. Больше всего это похоже на морскую траву или щупальца неведомого животного. Композиции бывают разных размеров, но все они очень красивые и кажутся живыми.

Где еще применяется?

Хотя общество привыкло к тому, что стекло используется для бытовых целей и многие не задумываются о том, что делают из стекла творческие люди, но и в обычной жизни оно приносит значимую пользу. Сейчас трудно представить, как люди обходились без зеркал. А ведь их тоже делают из стекла. Линзы, которые изготавливают из этого материала, помогают путешественникам, медикам, ученым. Ведь их вставляют в подзорные трубы, телескопы, микроскопы. Да с ними знаком и обычный человек. Это очки, верные помощники тех, кто плохо видит. Тут тоже не обойтись без стекла. Два его свойства - прозрачность и прочность - пригодились не только в изготовлении очков.

Увидеть мир

Глаза дома или квартиры - окна. Сейчас трудно представить, что когда-то вместо стекла использовали слюду, бумагу или бычий пузырь. Окна дают не только возможность увидеть окружающий мир не выходя из дома. Они еще могут украшать интерьер, если выполнены из витражного стекла. Разноцветные стекла могут быть использованы и для дверей. Витражи придают помещению яркие краски или таинственность, по желанию владельца, когда через них проникает солнечный или электрический свет.

Можно переработать

Стекло стало для человека настоящим другом. Огромным плюсом этого материала является возможность его вторичной переработки. Не зря собирают использованную стеклянную тару и битое стекло. Ее отвозят на заводы по переработке вторсырья и переплавляют для дальнейшего использования. Таким образом, предприниматели экономят свои расходы на производство изделий, и улучшается экология. Это отличный способ помочь планете избавиться от мусора. Ведь иначе придется ждать разложения стекла более 1000 лет.

Из чего делают стекло?

Лучше купить в магазине и не париться.
Из чего "варят" стекло?
Как это не парадоксально, СТЕКЛО представляет собой находящуюся в застывшем состоянии жидкость.
Главная составляющая часть стекла, входящая в него в наибольшем количестве (60-70 % объема) и определяющая его типичные свойства - это КРЕМНЕЗЕМ SiО2 (песок, кварц, мелкозернистый песчанник) .
Кремнезем вводится в состав стекла, в виде, например, кварцевого песка.
В стекловарении используются только САМЫЕ ЧИСТЫЕ разновидности кварцевого песка, в котором общее количество загрязнений (примеси глины, извести, слюды) не превышают 2-3 %.
Особенно нежелательно присутствие железа, которое встречаясь в песках даже в небольших количествах, окрашает стекло в неприятный зеленоватый цвет.
Стекло можно сварить из одного песка, не добавляя к нему никаких других веществ, но для этого нужна очень высокая температура (свыше 1700 градусов С) .
Обычные современные печи, выложенные из огнеупорного глиняного кирпича, в котором используется твердое, жидкое или газообразное топливо, для этого не годятся: приходится прибегать к электропечам, эксплуатация которых обходится очень дорого.
Поэтому, чтобы снизить температуру плавления песка, используют различные добавки...
Его делают из песка при большой температуре и определнном давлении
Для изготовления стекла мастера берут: кварцевый песок (основная составляющая); известь; сода; 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 тоньше масса, попадающая в ванну с оловом, тем тоньше будет стекло на выходе. Изготовление стекла Завершающим штрихом является постепенное охлаждение.
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 масса стойко переносила воду.
Кварцевый песок, известь и сода
Ну вообще то из кварцевого песка
Стекло получают, расплавляя смесь песка и других минеральных компонентов, каких - зависит от марки стекла. Например, хрустальное стекло, из которого делают декоративную посуду, содержит значительное количество свинца. При переплавке чистого кварцевого песка получается кварцевое стекло - оно очень тугоплавко и в расплаве вязко, так что даже не получается прозрачным из-за остающихся в нем пузырьков воздуха. Оно имеет мизерный коэффициент температурного расширения - если его нагреть до красна и сунуть в воду, то оно не треснет. Применяется при изготовлении лабораторной посуды, стеклянных ТЭНов для лабораторий и промышленности и т. п. Для получения оптического кварцевого стекла, пропускающего ультрафиолет, плавят горный хрусталь - это тоже, как и кварцевый песок, чистый SiO2, но крупнокристаллический, который в природе встречается редко.
К ответу Васильченко. Раньше для изготовления декоративной посуды изготавливали урановое стекло - изумительного желтовато-зеленого цвета, изделия из него можно увидеть в Москве в музее Кусково. С открытием радиоавтивности, производство такого стекла прекратили.
Для зашиты от радиоактивного излучения применяют экраны из свинцового стекла - оно содержит еще больше свинца, чем декоративное хрустальное, и имеет желтоватый оттенок. Из подобного же стекла делают кинескопы для мониторов - чтобы защитить пользователя ПК от потока электронов из "электронной пушки" кинескопа.
Обычное стекло содержит в своем составе примерно 70% диоксида кремния, который в таком же виде содержится в кварце, и в его поликристаллической форме, песке. Состав стекла
Чистый кремнезем (SiO2) имеет точку плавления примерно 2000 градусов, и в основном используется для получения стекла для специальных приборов. Обычно в состав смеси добавляют еще два вещества, чтобы упростить процесс производства. Во первых это углекислый натрий (Na2CO3), или углекислый калий, который понижает точку плавления смеси до 1000 градусов. Однако, эти компоненты способствуют растворению стекла в воде, что является крайне нежелательным. Поэтому в состав смеси добавляют еще один компонент известь (окись кальция, CaO), чтобы придать составу нерастворимость. Такое стекло содержит примерно 70%-ый кремнезем и называется известково-натриевым стеклом. Доля такого стекла в общем объеме производства составляет примерно 90%.

Так же как известь и углекислый натрий, к обычному стеклу добавляют и другие компоненты, чтобы изменить его физические свойства. Добавление в стекло свинца увеличивает показатель преломления света, заметно увеличивает блеск, а добавка в состав смеси бора изменяет тепловые и электрические свойства стекла. Оксид тория придавал стеклу высокий показатель преломления и низкую дисперсию, что необходимо в производстве высококачественных линз, но из-за его радиоактивности был заменен на оксид лантана в современной продукции. Добавки железа в стекло, используются для поглощения инфракрасного излучения (тепла) .

Металлы и их оксиды добавляют в состав стекла, чтобы изменить его цвет. Например, марганец добавляют в малых количествах, чтобы придать стеклу зеленый оттенок, или при более высоких концентрациях цвет аметиста. Так же как и марганец, селен используют в малых дозах, чтобы обесцветить стекло, или в больших концентрациях чтобы придать красноватый цвет. Малые концентрации кобальта придают стеклу синеватый оттенок. Оксид меди придает бирюзовый свет. Никель, в зависимости от концентрации, может придать стеклу синюю, фиолетовую или черную окраску. В зависимости от состава стекла, можно влиять на его окраску путем нагрева или охлаждения. #9679; Химический состав, % :
SiO2 - 72,2
Al2O3 - 1,7
CaO+MgO 12,0
Na2O+K2O 13,7
SO3 - 0,3
Fe2O3 - 0,1
Варят из кварцевого песка.
Из кремния, с помощью электролиза.

Инструкция

Вначале технологи подбирают компоненты, из которых будет изготовлено стекло для конкретных нужд. В качестве исходных материалов используются кварцевый песок, сульфат натрия, кальцинированная сода, доломит и некоторые другие добавки. Все компоненты тщательно отмеряются, ведь от правильного выбора пропорций будет зависеть качество стеклянной массы.

В бункер с исходными компонентами добавляют также битое стекло. При изготовлении стеклянной массы обычно остаются излишки и отходы, которые тоже идут в дело. Их измельчают и подают в общую емкость, где все материалы смешиваются до сравнительно однородного состояния. Теперь смесь готова к следующему этапу обработки.

Из бункера исходные компоненты поступают в газовую печь. Температура внутри этого устройства достигает 1500оС. Под воздействием такого количества тепла компоненты будущего стекла расплавляются и превращаются в прозрачную массу. Полученный состав тщательно перемешивают, чтобы вещество стало полностью однородным. Весь процесс постоянно находится под контролем оператора печи, помогает которому автоматика.

На следующем этапе обработки стеклянная масса поступает в специальные емкости. Они напоминают большие ванны, наполненные жидким оловом. Распределяясь по поверхности этого металла, будущее стекло не тонет, а превращается в тонкий листовой материал с почти идеально ровной поверхностью. Для придания листам нужной толщины стекло пропускают через валки определенного размера.

Постепенно стеклянная лента охлаждается. После выхода из оловянной ванны температура материала уменьшается примерно до 600оС. Теперь лента подается на длинный роликовый конвейер и достигает специального устройства, где стекло проходит тест на толщину листа. Точность контроля очень высока и может достигать сотых долей миллиметра. Выявленный брак возвращается на этап первичной обработки.

Длинную и непрерывную стеклянную ленту на очередном этапе режут на стандартные листы при помощи инструмента, устойчивого к износу. Одновременно обрезаются неровные кромки листа. Образующиеся при резке отходы измельчают и подают в бункер; эти осколки участвуют в новом цикле производства стекла. Фактически все производство становится безотходным.

Завершающий этап всего процесса – окончательный контроль качества стекла. На помощь контролерам приходят флуоресцентные лампы, которые позволяют выявить даже незаметные дефекты хрупкого материала. Прошедшие через участок контроля листы отправляют на склад, где они хранятся в вертикальном положении до момента отгрузки потребителю.