Пиманова Наталья Анатольевна, кандидат химических наук, доцент Мининского университета
Удивительный материал - стекло! Не сложный по составу химический комплекс, который при давлении небольших количеств минеральных веществ и изменении технологии обработки стеклянных изделий может иметь разные механические свойства и обширные сферы применения.
Как появилось стекло? Как производят стекло в промышленности?
Первое стекло – перлит, обсидиан возникло из вулканической лавы. Оно имело шарообразную форму и использовалось для изготовления режущих предметов.
Появление искусственного стекла связано с развитием гончарства. При обжиге изделий из глины на поверхность попадала смесь соды и песка, в результате чего изделия покрывались стекловидной пленкой.
Первое стекло, сделанное руками человека, было непрозрачным, темного цвета, так как его изготавливали на кострах. Такое стекло содержало немного песка и извести, благодаря чему плавилось при более низкой температуре. Позднее были созданы специальные стекловаренные печи, температура в которых достигала до 15000С, и стало возможно обесцвечивать стекло.
Простейшее силикатное стекло (оконное стекло) — это силикат состава Na2O•СаО•6SiO2.
Основным сырьевым материалом для получения стекла является кварцевый песок (оксид кремния(IV)). Показатели качества и пригодности песка - это однородность зерен и наличие примесей. Кроме кварцевого песка, в плавлении стекла применяются известняк (карбонат кальция), сода (карбонат натрия). Количество возможных в стеклоделии соединений неисчислимо, так как практически все химические элементы применяются в стекле для придания ему тех или иных качеств.
Все компоненты сырья разделяют на стеклообразователи, красители, глушители, обесцвечиватели, осветлители. Для получения цветных стекол применяют оксиды металлов, например: FeO – от желтого до коричневого, Fe2O3 - зеленый, MnO2 - фиолетовый, Cr2O3 – зеленый с сильным желтым оттенком, NiO – красно-коричневый, Cu2O – зелено-голубой, CuO – ярко красный и др.
В наше время стекло производят двумя различными способами:
- Методом Фурко (1902 год).
- Флоат-методом (1959 год).
По флоат-методу сейчас производят более 90% стекла. Особенность метода заключается в том, что стекломасса после варки выливается в специальную ванну, заполненную расплавленным оловом. Стекло получается идеально гладкое и без пузырьков воздуха.
Технология производства любого стекла состоит из следующих этапов:
- Подготовка сырья;
- Формирование шихты;
- Варка стекломассы;
- Формирование изделия;
- Обжиг и обработка.
- В подготовку сырья входят промывка, сушка, измельчение, классификация и брикетирование веществ.
- Материалы смешиваются в нужных пропорциях для образования однородной массы, которая называется шихта.
- Варка стекломассы – это совокупность физико-химических процессов, начиная с твердой фазы до расплавления шихты. Стекловарные печи работают при температуре 16000С. Шихта гомогенизируется, гранулы кварца сплавляются между собой, и образуется стекольный раствор.
- После стекло выливают в ванну с расплавленным оловом, где стекло становится идеально гладким и его охлаждают до температуры в 6000С (температура размягчения стекла).
Важнейшими методами формирования изделий из стекла являются: вытягивание на машинах лодочного и безлодочного типа (листовое стекло), выдувание и прессвыдувание (тарная и химическая посуда), прессование (линзы, бытовые изделия), отливка в формы (художественные изделия).
- Придать стеклу специальные свойства можно закаливанием (закаленное (небьющееся) стекло), вспениванием (пористое (пеностекло) стекло), продавливанием (стеклянное (текстильное) волокно).
На этапе формирования изделия и его обработки можно придавать стеклу различные механические характеристики и тем самым расширять области применения. Среди современных видов стекла можно назвать энергосберегающие, автомобильные («Триплекс», «Сталинит»), солнцезащитные, узорчатые и др. стекла.
Развитие технологий ставит перед стеклом новые задачи, решение которых требует новых интересных исследований и больших трудов. Инновационные виды стекла ждут пытливых исследователей - химиков, оптиков, инженеров.
#мининский #mininuniver #десятилетиенауки #МинобрнаукиРоссии #популяризациянауки