Стекло

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B5%D0%BA%D0%BB%D0%BE

---

Молдавит. Минерал, образовавшийся из земной горной породы в результате падения метеорита. Беседнице. Чехия

Лампа неоновая вместо накальной (13ватт с освещением в 65 свечей)

Стекло — универсальный природный и синтетический стекломатериал, физико-химически твёрдое тело, образующийся в процессе резкого остывания при определённых температурах вязких с мелкой кристаллической структурой (например, фотоситаллы) или без кристаллизации расплавов неорганических минералов и органических высокомолекулярных полимеров — аморфное, разной степени прозрачное, изотропное, дисперсное вещество.

Стекло́ как материал известный и используемый с древнейших времён. Существует в природной форме, в виде минералов (например, обсидиан — вулканическое стекло) или как их включение, — и как продукт технологии — одной из древнейших в материальной культуре. Структурно — аморное вещество, агрегатно относящееся к разряду — твёрдое тело. В настоящее время существует множество модификаций, с массой разнообразных утилитарных возможностей, определяющихся составом, структурой и свойствами. Разработаны стекломатериалы с чрезвычайно широким диапазоном применения с изначальными свойствми (например, прозрачность, пластичность, противоударная стойкость, отражательная способность, красота и многие другие), которыми ранее стекла не обладали. Синтезированные его такие качества, как (например — жаростойкость, прочность, биоактивность и др.) позволяют всё шире использовать стекломатериалы в разных областях науки и техники с разными модификациями. Все виды стёкол или стекломатериалов неорганических и органических изучаются физической химией в интитутах и лабораториях во всём мире.

Происхождение и история возникновения стекла позволяет это название применять:

• В общем обиходе — твёрдое, ломкое, прозрачное аморфное тело, используемого для окон, бутылок, защитных очков и как неограниченный набор боросиликатных, алюминиевых оксинитридов.
• В техническом смысле cтекло применяется как материал, относящйся к неорганическим веществам и рассматривается как неорганическое стекло изотропное аморфное вещество. Как вещество, известное и используемое с древнейших времён как продукт расплава, охлаждённого при определённых условиях до твёрдого, аморфного, с высокой вязкостью состояния без кристаллизации.
• В научном смысле это понятме рассматривается в плане историческом происхождения стекла , в области материаловедения — как все вещества с характеристиками аморфных, твёрдых образований (полученных при определённых условиях из расплавленных материалов , охлажденных с определённой скоростью затведевания без кристаллизации или получения расплавов с исходными свойствами (т.е. с обратимомтью процессов образования)), включая пластмассы, смолы, или другие аморфные твёрдые вещества органического происхождения (не минералы). Также, помимо традиционных методов получения расплавов, наука включает любые другие средства изготовления, типа внедрения ионов, метода солей геля. Однако, в науке название стекло пока принято рассматривать только в разделе неорганических аморфных твёрдых частиц как (неорганическое стекло), в то время как некоторые органические материалы незаслуженно выделяют из класса стекол в отдельный класс полимерных материалов (полиметилметакрилат (ПММА) — пластмас) и рассматривются под общим названием органические стёкла, которые изучаются, производятся: в лабораториях полимеров, пластмасс, на специализированных предприятиях их изготовления, в биологии, медицыне и др..
• Термин стекло также употребляется в названиях оптическое стекло, имеющих свойства, стекла — светопропускание (прозрачность), светопреломление (дисперсия), изотропность и др.

Классификация стекла (стекломатериалов)

Согласно общим физическим свойствами и разнообразным химическим составам и происхождением стекло или стекломатериал можно классифицировать:

• Стекло природное (вулканического или естественного происхождения);
• Стекло искусственное:
  • Неорганическое стекло;
  • Оптическое стекло.

Этимология слова стекло

Стекло́ (лат. glesum, из Римской империи с корнями германского слова из Трире, Германия glassmaking) — в переводе — прозрачное, блестящее вещество (en-wiki). Хотя по данным специализированной секции Д. И. Митрохина, слово стекло созвучно с русским корнем «течь», притом секреты получения прозрачного стекла до средневековья были утеряны . Стекло долгое время было непрозрачным.

Общие сведения о стекле

Изделие из стекла

Оптическое стекло

Аморфные вещества, в том числе оптические материалы, переходят в стеклообразное состояние при температурах ниже температуры стеклования T_g (при температурах свыше T_g аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии).

Стекло может быть получено путём охлаждения расплавов, так чтобы избежать кристаллизации. Практически любое вещество из расплавленного состояния может быть переведено в стеклообразное состояние. Некоторые расплавы (такие как стеклообразующих веществ) не требуют для этого быстрого охлаждения. Однако некоторые вещества (такие как расплавы металлов) требуют очень быстрого охлаждения, чтобы избежать кристаллизации. Так, для получения металлических стёкол необходимы скорости охлаждения 100000 — 1000000 К/с. Стекло может быть получено также путём аморфизации кристаллических веществ, например бомбардировкой пучком ионов, или при осаждении паров на охлаждаемые подложки. Как правило стекло получают из переохлаждённого расплава. К стеклообразующим относят неорганические вещества, которые при охлаждении расплава не кристаллизуются, а затвердевают, сохраняя аморфное строение. Органическое стекло не содержит компоненты веществ, вызывающих кристаллизацию. Вязкость аморфных веществ — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества. Обычно расплавы стеклообразующих веществ имеют высокую вязкость по сравнению с расплавами нестеклообразующих веществ.

Виды стекол

В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества и классификации стекла можно рзделить на:

• Неорганическое стекло;
• Оптическое стекло.

Неорганическое стекло

Неорганические стёкла в зависимости от состава классифицируются в основном как:

• Оксидные — кроны (силикатные,кварцевое, германатные, фосфатные, боратные);
• Фторидные;
• Сульфидные;
• Ситалловые.

Стеклообразующие вещества

К стеклообразующим веществам относятся:
Оксиды:

• SiO₂
• B₂O₃
• P₂O₅
• ТeO₂
• GeO₂

Фториды:

• AlF₃

и др.

Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO₂), соды (Na₂CO₃) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na₂O*CaO*6SiO₂.

• Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула — SiO₂. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения, образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка.
• Оптическое стекло или крон — группа прозрачных стёкол специального состава и характеристик, используемых для изготовления различных оптических устройств.
• Стеклокристаллический материал — оптический Ситалл, получаемый направленной кристаллизацией различных стекол при их термической обработке и обладающий мелкодисперсной структурой, высокой прочностью, он — радиопрозрачный, химически стойкий, прозрачный, изотропный, термостойкий, износостойкий и др.
• Химико-лабораторное стекло — стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью.

Оптическое стекло

Оптическое стекло — стекло на базе нерганических и органических стекломатериалов, отличающееся особыми оптическими характеристиками: высокая прозрачнось, изотропность, твёрдость, элластичность и т.д

Основные свойства стекла

Все вещества в стеклообразном состоянии обладают общими физико-химическими характеристиками:

• Вещества изотропны, т.е. свойства их одинаковы во всех направлениях;
• При нагревании они не плавятся как кристаллы, они постепенно размягчаются при переходе из хрупкого в высоковязкое и в конце — в капельно-жидкое состояние, при этом не только вязкость, но и другие свойства изменяются непрерывно;
• Расплавляются и отвердевают обратимо. Т.е. выдерживают

неоднократный разогрев до расплавленного состояния, после охлаждения вновь приобретают первоначальные свойства при одинаковых режимах перехода (если не произойдет кристаллизация или ликвация). Обратимость прессов и свойств указывает на то, что стеклообразующие расплавы и затвердевшее стекло являются растворами в чистом виде. Обратимость — признак настоящего раствора.

• Определение стекла как переохлаждённой жидкости вытекает из способа получения стекла. Для перевода кристаллического тела в стеклообразное состояние его необходимо расплавить и затем переохладить снова. Переход вещества из жидкого состояния в твердое при понижении температуры происходит двумя путями: вещество кристаллизуется либо застывает в виде стекла. По первому пути могут следовать почти все вещества. Однако кристаллизация присутствует только в тех веществах, которые будучи в жидком состоянии, обладают малой вязкостью и вязкость которых возрастает сравнительно медленно, почти до момента

кристаллизации. К таким веществам относится и оксид висмута, который в чистом состоянии практически не образует стекол.

Свойства стекла сопоставимы с понятием “свойство-состав” стеклообразных систем и показывыает, что свойства можно разделить на две группы в зависимости от молярного состава — на простые и сложные.

• Первая группа — стеклообразные системы с простой зависимостью от молярного состава и могут оцениваться по:
  • Молярный объём;
  • Показатель преломления;
  • Дисперсия;
  • Теримческий коэффициент линейного расширения;
  • Диэлектрическая проницаемость;
  • Модуль упругости;
  • Удельная теплоемкость,
  • Коэффициент теплопроводности.
• Вторая группа:

Ко второй группе относятся свойства, которые более чувствительные к изменению состава. Зависимость их от состава сложна и часто не поддается количественным обобщениям. Например: вязкость, электропроводность, скорость диффузии ионов, диэлектрические потери, химическая стойкость, светопропускание, твёрдость, поверхностное натяжение, кристаллизационная способность и др. Расчёт этих свойств возможен лишь в конкретных случаях.

Химическая устойчивость

Химическая устойчивость стекла видна по устойчивому отношению его к различным агрессивным средам. Это одно из важных свойсттв стекол. Но весь диапазон возможных стеклообразных систем, их химическая устойчивость различаться - от предельно устойчивого кварцевого стекла, оргстекла до растворимого (жидкого) стекла.

Цвет стекла

Стекло это сплавленная из обычных сырых материалов стеклянная масса бесцветна, с лёгким желтовато-зелёным или голубовато-зелёным отливом, вызываемым различными минеральными примесями. Для того, чтобы эту массу внутри стекла окрасить, чаще всего применяют окислы металлов, добавляя их в шихту до или после плавки. Железистые соединения окрашивают стекло в голубовато-зелёный и жёлтый до красно-бурого цвет, окись марганца — в жёлтый и коричневый до фиолетового, окись хрома — в травянисто-зелёный, окись урана — в желтовато-зелёный (урановое стекло), окись кобальта — в синий (кобальтовое стекло), окись никеля в фиолетовый до серо-коричневого, окись сурьмы или сульфид натрия — в жёлтый (в самый же красивый жёлтый окрашивает, однако, коллоидное серебро), окись меди — в красный (так называемый медный рубин в отличие от золотого рубина, получаемого прибавкой коллоидного золота). Цвет слоновой кости стекло получается замутнением стекломассы пережжённой костью, а молочное — прибавкой смеси полевого и плавикового шпата. Теми же прибавками заполнив (создав помутнение) стекломассу в очень слабой степени, получим опальный цвет стекла.

История

Мюнхенская Чашка Клетки из Кёльна, 4-ое столетие нашей эры

Стеклу более четырёх тысяч лет, открыли его случайно, в Египте. Египетские стеклоделы плавили стекло на открытых кострах в глиняных мисках. Спёкшиеся куски бросали раскалёнными в воду. Там они растрескивались, и эти обломки, так называемые фритты, размалывались в пыль жерновами и снова плавили. Фриттование удерживалось ещё долго по истечении средневековья, почему на старых гравюрах и при археологических раскопках мы всегда находим две печи – одну для предварительной плавки и другую для плавки фритт. Температура проплавления составляет 1450 °С, а рабочая температура – 1100 – 1200 °С. Средневековая плавильная печь («гуть»– по чешски) представляла собой низкий, топящийся дровами свод, где в глиняных горшках плавилось стекло. Выложенная только из камней и глинозёма, долго она не стояла, а также на долго не хватало и запаса дров, потому, после вырубки леса кругом, гуту переводили на новое место, где леса было в достатке. Ещё одной печью, обычно соединяемой с плавильной, была отжигательная печь, где готовое изделие нагревалось почти до точки размягчения стекла, чтобы тем заменить напряжения в стекле. Конструкция стеклоплавильной печи продержалась до конца XVII века, однако недостача дров вынуждала некоторые гуты, особенно в Англии, уже в XVII веке переходить на уголь; а так как улетучивающаяся из угля двуокись серы окрашивала стекло в жёлтый цвет, англичане начали плавить стекло в замкнутых, так называемых крытых горшках. Этим плавильный процесс затруднялся и замедлялся, так что приходилось составлять шихту не такой твёрдой. Однако, уже в конце XVIII века преобладающей делается топка углем.

Художественное стекло

Выдувание стекла

Художественное цветное стекло (Венеция)

Художественное цветное стекло (Венеция)

‎Важнейший рабочий инструмент стеклодува, его выдувальная трубка. Это полая металлическая палка длинной 1 — 1,5 м, на одну треть обшитая деревом и снабжённая на конце латунным мундштуком. Пользуясь трубкой, стеклодув набирает из печи расплавленное стекло, выдувает его в форме и формует. Для этого ему нужны ещё одни инструменты, а именно металлические ножницы для отрезания стеклянной массы и прикрепления её к трубке, длинные пинцетообразные клещи из металла для вытягивания и формования стеклянной массы, для образования тиснёных украшений и т. д., сечка для отсекания всего изделия от трубки и деревянная ложка (скалка, долок — в форме коклюшки) для разравнивания набранной стекломассы. Предварительно отформованное с помощью этих инструментов стекло («баночку») стеклодув вкладывает в форму из дерева или железа. Готовое изделие выбивают от трубки на вилы и помещают для отжига в печь. Оставшийся после отшиба следы (насадок, колпачок) удаляют абразивной обработкой (шлифовкой).

Резка стекла

Красивые и необычные окна – результат кропотливой ручной работы. Например, так выглядит процесс создания витражей на нашем производстве.

См. также

• Неорганическое стекло
• Органическое стекло
• Оптические материалы
• Оптическое стекло
• Ситаллы
• Кремний
• Кварц
• Аэрогель
• Жидкое стекло
• Урановое стекло
• Пористое стекло
• Сотовый поликарбонат

Источники

• A.K. Varshneya. Fundamentals of inorganic glasses. Society of Glass Technology, Sheffield, 682 pp. (2006).

• М. И. Ожован. Топологические характеристики связей в окисных системах SiO₂ и GeO₂ при переходе стекло-жидкость. ЖЭТФ, 130 (5) 944—956 (2006).

Литература

• Михаил Васильевич Ломоносов. Письмо о пользе стекла. — М. В. Ломоносов. Избранные произведения. Т. 2. История. Филология. Поэзия. «Наука». Москва. 1986. С.234-244

• Качалов Н. Стекло. Издательство АН СССР. Москва. 1959.

• Шульц М. М., Мазурин О. В., Порай-Кошиц Е. А. Стекло: природа и строение. «Знание». Ленинград. 1985

• Шульц М. М. О природе стекла. «Природа» № 9. 1986

• Рагин В. Ч., Хиггинс М. К,. Искусство витража. От истоков к современности. «Белый город». Москва. 2003 ISBN 5-7793-0796-9

• Рожанковский В. Ф. Стекло и художник. «Наука». Москва. 1971

Примечния

• Черняк Людмила Менделевна. Из истории стекла
• Разновидность строительного стекла