Как сделать стекло?

Из чего делают стекло и как проходит этот процесс

Окна, украшения, посуда и декор. Куда ни глянь — повсюду нас окружают стеклянные изделия. Люди научились производить стекло тысячи лет назад и с тех пор усовершенствовали этот процесс. Как и из каких компонентов его получают? Объясним простыми словами.

Из чего делают стекло?

Для его производства нужно натуральное сырье. Основное из них — песок, а точнее, его особый ингредиент — кварц:

  • Оксид кремния (кварц) — основа стекла, 75% его состава. Его качество напрямую влияет на результат. Поэтому для производства стекла используют только отборный песок с минимальным процентом примесей (до 2%). Тогда материал получится прозрачным.
  • Сода (около 15% состава) нужна, чтобы снизить температуру плавления песка и упростить процесс производства. Иначе песок пришлось бы помещать в температуру более 2000 °C.
  • Оксид кальция, или известь (10% состава), обеспечивает водонепроницаемость. Без нее вода растворила бы материал. Но благодаря извести из стекла можно делать посуду, окна и пр.

Также для разных видов стекла используют оксиды щелочных материалов:

  • оксиды натрия, кальция или алюминия — для изготовления окон;
  • оксиды калия и свинца — для хрусталя;
  • оксид алюминия — элемент сапфирового стекла для часов, отличающегося особой прочностью;
  • оксиды бария, алюминия, бора — для оптики.

Состав стекла может отличаться в зависимости от необходимого цвета. Чтобы придать ему оттенок, при выплавке добавляют особые красители, содержащие оксиды:

  • Красный цвет получают благодаря оксиду железа.
  • Ярко-желтый окрас обеспечивает оксид урана.
  • Для зеленого стекла необходим оксид хрома и меди.

Как делают стекло?

Процесс производства стекла довольно опасен, так как требует очень высоких температур. Изучим его детальнее:

  1. Кварцевый песок помещают в печь и плавят до состояния жидкости. Добавление соды позволяет снизить температуру плавления до 1200–1600 °C. Однако из-за нее стекло стало бы неустойчивым к воде, поэтому к ней добавляют известь. Песчинки расплавляются и склеиваются между собой, образовывая «жидкое стекло».
  2. Далее в смесь добавляют другие компоненты (например, оксиды магния или алюминия), чтобы сделать стекло более прочным.
  3. Если необходимо придать материалу особый оттенок, добавляют оксид нужного металла.
  4. Полученную смесь размешивают так, чтобы из нее вышли пузырьки.
  5. Далее жидкому стеклу придают форму. Самый древний способ — вылить смесь в форму и дождаться остывания. Сейчас же ее отправляют в ванну с расплавленным оловом (температура — около 700 °C) и продувают сжатым азотом.
  6. Стекло охлаждают, а затем снова поддают тепловой обработке и удаляют несовершенства. После этого материал становится более прочным.
  7. Теперь на стекло можно наносить необходимые покрытия или резать для дальнейшего использования.

Стекло водонепроницаемо благодаря извести в составе: Unsplash

Стекло — материал очень хрупкий, но при этом довольно тяжелый. Поэтому на производстве продумана система перемещения готовых листов. После нарезания они попадают на стоплеровочную машину, а она при помощи присосок складывает стекло в стопки.

История стекла и интересные факты

Что известно о стекле? Родиной этого материала считается Древний Египет. Как пишет историк и главред журнала «Наука и техника» Наталья Беспалова, здесь его научились производить еще в третьем тысячелетии до нашей эры.

Однако геологи уверены, что история стекла началась гораздо раньше. Так называемый обсидиан (вулканическое стекло, произведенное естественным образом) использовали еще в каменном веке. За тысячи лет технология изготовления стекла, безусловно, изменилась, но базовые компоненты остались неизменными.

Во многом современный подход к производству стекла родился благодаря трудам Михаила Ломоносова. В XVIII веке ученый разработал технологию изготовления цветных прозрачных и непрозрачных стекол, используемых в частности для мозаик.

Мозаики из стекла: Unsplash

Уже в ХХ веке люди научились делать пуленепробиваемое стекло. Принцип такой: стеклянные листы укладываются слоями, а между ними помещается особая пленка. Впервые такое стекло было установлено в 1941 году в окна Овального кабинета Белого дома США.

Тем не менее самым дорогим в мире остается муранское стекло — материал, созданный по особым технологиям на острове Мурано недалеко от Венеции. Его начали производить в Х веке, и через несколько столетий оно стало знаменитым на весь мир. Сегодня цена даже простейшего небольшого изделия из муранского стекла стартует от €15. Чтобы защитить подлинную технологию и избежать подделок, в 1994 году ассоциация производителей официально закрепила товарный знак Vetro Artistico Murano.

В наше время процесс изготовления стекла автоматизирован, но даже теперь он немного напоминает магию. Удивительно, что из подручных материалов создается нечто новое — то, что мы применяем ежедневно.

Узнавайте обо всем первыми

Подпишитесь и узнавайте о свежих новостях Казахстана, фото, видео и других эксклюзивах.

Технология изготовления и самостоятельное плавление стекла в домашних условиях

Время на чтение:

Современную жизнь невозможно представить без стекла, ведь оно присутствует во многих предметах первой необходимости. Лабораторное оборудование, часы, фотоаппараты и камеры, лампы накаливания, посуда, предметы интерьера – все это и многое другое изготавливают из стекла или с его применением.

Сделать стекло сейчас возможно даже в домашних условиях.

Если вы еще не знаете, как делают стекло из песка, то мы расскажем о том, как проходит процесс производства в промышленных масштабах и в домашних условиях.

Принципиальные моменты процесса одинаковы вне зависимости от характеристик сырья.

  • Как делают стекло из песка
  • Как сделать стекло в домашних условиях своими руками
  • Как расплавить стекло в домашних условиях
    • Температура плавления стекла
    • Использование печи для плавки стекла
  • ВИДЕО: Как сварить стекло в домашних условиях.
  • 50 вариантов изделий из стекла в домашних условиях:

Как делают стекло из песка

Скорее всего, вы знаете, что для изготовления стекла необходим песок, и действительно, он является самым главным ингредиентом. Чтобы стеклянное изделие получилось прозрачным, применяют кварцевый песок без примесей металлов, которые придают материалу цветные оттенки.

Чтобы изготовить стекло понадобится кремнистый песок, который иначе называют кварцевым.

Так как у кварцевого песка температура плавления 2300⁰С, то необходимы компоненты, которые помогут снизить ее, чтобы сделать процесс изготовления проще и доступнее. Таким ингредиентом стал карбонат натрия или обыкновенная кальцинированная сода, благодаря которой температуру плавки удалось понизить практически вдвое.

Сода (карбонат натрия) понижает температуру, необходимую для производства стеклянного полотна.

Из-за соды стекло получается водопроницаемым, что делает его непрактичным в быту и на производстве. Чтобы придать материалу прочности в сплав добавляют оксид кальция или известь. Дополнительно в составе могут присутствовать оксиды магния или алюминия для максимальной устойчивости к физическим и химическим факторам.

Для производства тонкого декоративного стекла, например, хрусталя в качестве добавки используют оксид свинца, которые придает изделиям блеск и хрупкость. В линзах очков обычно присутствует оксид лантана из-за способности преломлять лучи света.

Наиболее применяемой добавкой в производстве декоративного стекла выступает оксид свинца, придающий блеск.

Сапфировое стекло для очков изготавливают с добавлением оксида алюминия благодаря чему оно обретает максимальную твердость и устойчивость к физическим повреждениям. Чтобы изготовить цветное стекло, в сплав добавляют оксид железа для получения красного цвета, никель для коричневого и фиолетового оттенка, медь и хром для зеленого, кобальт для синего и другие металлы.

На производстве стекло изготавливают в несколько этапов: на первом ключевые компоненты плавят вместе в печи до получения однородного сплава, затем отправляют в емкость из олова, которое не смешивается со стеклом, сохраняя его однородность. Уже на этом этапе стекло постепенно охлаждается, становится гладким и тонким.

Для получения однородной массы надо удалить пузырьки – чтобы получить такой эффект стекловары делают постоянные помешивания, пока расплавленная стекольная масса не загустеет.

Полностью остывает сплав при движении по конвейеру, длина которого может достигать 100 м, это необходимо для предотвращения образования избыточного давления внутри сплава, что может привести к будущему браку. После конвейера стекло подвергается дальнейшей обработке для создания различных изделий.

Различаются стекла лишь составляющим материалом, которое используется для изготовления. А вот сам процесс практически одинаковый.

Как сделать стекло в домашних условиях своими руками

Чтобы изготовить стекло дома, понадобится специальная печь, обеспечивающая нагрев до высоких температур. В домашних условиях используют муфельную, электрическую или горшковую печку, а также жаровню на древесном угле.

Специальные стекла можно плавить в электрической, горшковой или муфельной печи.

Второй вариант более простой, но небезопасный, так как во время нагрева до гипермаксимальных температур гриль может сам расплавиться. Мы расскажем, как варить стекло в специальной печи.

  1. Подготовьте огнеупорный тигель (плавильный горшок).
  2. Всыпьте в тигель песок, соду и известь, причем примеси должны занимать не более 30% в составе.
  3. Поставьте тигель в печь и расплавьте состав при максимально высокой температуре (1500-1700⁰С).
  4. После того, как компоненты расплавятся, разлейте жидкий сплав по формам для отливки.
  5. Последний этап – обжиг в печи, охлажденной до 400-600⁰С. Так стеклянное изделие сделается твердым и прочным.

Тигель должен выдерживать исключительно высокую температуру, которая достигается в печи.

Вот так можно приготовить стекло дома, если у вас есть специальное оборудование.

Важно! При работе соблюдайте технику безопасности: используйте сварочную маску, термостойкие рукавицы, не подходите близко к печи.

Как расплавить стекло в домашних условиях

Если вы хотите не сварить, а растопить стеклянное изделие, то без специального оборудования тоже не обойтись, ведь стекло не относится к легкоплавким материалам.

Тигель должен быть таким, чтобы захват его металлическими щипцами и прутьями не составлял затруднений.

Существует два способа плавки: литье и моллирование. В первом случае жидким стекольным сплавом заполняются специальные формы, а во втором случае состав плавится до густого, тягучего состояния, и с ним работают стеклодувы, придавая массе разнообразные формы.

Чтобы расплавлять бутылки и другие изделия дома, вам понадобится печь специальной конструкции.

Температура плавления стекла

Точная температура плавления зависит от наличия примесей в составе. Обыкновенное прозрачное стекло плавится при 700-750⁰С, посудное – при 1200-1400⁰С, а кварцевое – 1650⁰С. В промышленном производстве поддерживают в печах поддерживают температуру 1600⁰С.

Кварц и песок без примесей переходят в стеклообразное состояние при температуре 2300 градусов Цельсия.

Использование печи для плавки стекла

Если вас интересует, как расплавить стекло в домашних условиях, то пригодится профессиональное оборудование, а именно – муфельная печь, чья конструкция обеспечивает, нагрев до максимально высоких температур. Сегодня существуют муфельные печи, способные нагреваться до 2000⁰С. Применяя такие конструкции дома, вы легко сможете изготовить украшения или другие изделия из стекла, переплавляя бутылки или другую стеклянную тару в совершенно новые изделие.

Муфельная печь поможет производить стекло в домашних условиях.

Используйте формы для литья, но на них необходимо нанести специальный состав, чтобы стекло легко отделилось. Установите форму таким образом, чтобы состав не смог стечь за ее границы. Расположите изделия в печи так, чтобы при плавке, они стекали прямо в формы. Нагревайте печь постепенно, чтобы форма выдержала. После окончания процесса литья, понизьте температуру до 500⁰С и оставьте в печи для отжига.

Читайте также  Красивые платья для подростков

Важно! Не подпускайте к оборудованию ребенка, так как это грозит опасностью для жизни.

Теперь вы знаете, что изготовить и расплавить стекло можно даже в домашних условиях, если в распоряжении есть сырье и специальное оборудование. Главное – соблюдайте технику безопасности при работе с высокими температурами и внимательно читайте инструкцию к эксплуатации муфельной печи, так вы обезопасите здоровье во время экспериментов со стеклом в домашних условиях.

Как выплавить стекло в домашних условиях: просты методы

Изготавливать стекло начали приблизительно в третьем тысячелетии до н.э., что подтверждают найденные в Междуречье стеклянные части. Производство стекла тогда было редким искусством – изделия из него были признаком богатства владельца. Сделать стекло сейчас возможно и в домашних условиях, материалы для этого могут различаться, но принципиальные моменты процесса одинаковы вне зависимости от характеристик сырья.

  • Материал, из которого делают стекло
  • Стекло своими руками
  • Где взять кварцевый песок
  • Подготовка смеси и добавки к песку
  • Этапы стекольного производства и порядок работы
  • Использование жаровни на древесном угле
  • Использование печи
  • Форматирование стекла
  • Меры безопасности
  • Рекомендации по стеклоделию
  • Заключение

Материал, из которого делают стекло

Чтобы изготовить стекло понадобится кремнистый песок, который иначе называют кварцевым. Этот элемент – основа производства стеклянного полотна. Для получения прозрачного стекла необходимо брать кремнистый песок без присутствия железа. Примесь железа в кварцевом песке приводит к тому, что итоговое полотно приобретает некоторый зеленоватый оттенок, интенсивность которого зависит от количества металла.

Когда найти кремнистый песок без большого объема примеси железа возможности нет, для нейтрализации зеленоватого оттенка в будущем стеклянном изделии нужно добавить незначительное количество диоксида марганца.

В кварцевый песок добавляют кальциевую окись и карбонат натрия. Сода (карбонат натрия) понижает температуру, необходимую для производства стеклянного полотна. Карбонат натрия и гидроокись кальция также препятствуют воде проникать сквозь стекло – их добавляют специально для нейтрализации этого свойства. Чтобы ликвидировать водопроницаемость и увеличить прочность стекла также применяют оксиды алюминия либо магния. Но, такие примеси составляют 26-30% стекольной шихты, не больше. При изготовлении цветного стекла используют некоторые «побочные» свойства химических элементов:

  1. Чтобы получить зеленое стекло добавляют большой объем оксида меди, хрома либо железа.
  2. Для желтого, черного, коричневого либо янтарного цвета в стекольную шихту вносят серу. Степень насыщенности цвета зависит от объема добавленного железа либо углерода.
  3. Совмещение серы и бора приводит к синему тону.
  4. Добавление марганца придает фиолетовый оттенок.
  5. Соединения никеля позволяют получить красно-фиолетовый цвет.
  6. При использовании окиси неодима стекло приобретает красный тон.
  7. Розовый цвет получают при помощи оксида эрбия.

Для улучшения характеристик стеклянного изделия, в зависимости от итогового предназначения, добавляют и другие химические примеси. Наиболее применяемой добавкой в производстве декоративного стекла выступает оксид свинца, придающий блеск. Он приводит к повышению пластичности материала, что упрощает процесс резки и понижает температуру плавления. В случае линз для оптики привносят оксид лантана, повышающий преломляющие характеристики изделия. Железо применяют как добавку – когда необходимо повысить степень поглощения тепла стеклом.

Стекло своими руками

Сделать стекло в домашних условиях возможно только, когда есть плавильня, так как без добавок кремнистый песок плавится при температуре в 2300 ̊С, а в случае присутствующей в нем соды (карбоната натрия) градус плавления понижается до 1500 ̊С. Для получения однородной массы надо удалить пузырьки – чтобы получить такой эффект стекловаром делают постоянные помешивания, пока расплавленная стекольная масса не загустеет. Кроме помешиваний также необходимо привнести в стекольную массу одно из трех химических веществ:

  • натрия сульфат;
  • хлорид натрия;
  • триоксид сурьмы.

Придать форму жидкой стекольной массе возможно используя формующие емкости, вылив в ванну с оловом (расплавленным), а также применяя стеклодувную технику.

При использовании форм необходимо залить расплавленную массу в емкость и оставить в ней до полного застывания и остывания. Такая методика применялась египтянами и используется сейчас для получения оптических линз. Вариант ванны с оловом предполагает нагнетание азотом давления для придания стеклу глянца и формы. Эту методику применяют для получения полированного стеклянного листа (оконного стекла) с 1950 г. В случае стеклодувной техники, форму стеклу придают при помощи воздуха:

  1. Больший объем расплавленной стекольной массы скапливается на конце трубки.
  2. В полую трубку задувают воздух, при этом ее непрерывно вращают.
  3. Сила притяжения действует на стекольную массу, она стремится к земле, а стеклодув формирует необходимый вид предмета при помощи специализированных инструментов.

Вне зависимости от применяемой методики, далее стекло оставляют остывать. Для повышения прочности стеклянного изделия используют термообработку. Эта манипуляция (обжиг) позволяет удалить присутствующие повреждения, возникшие в ходе охлаждения стеклянного изделия. Когда процесс закончен, стеклянный предмет можно ламинировать, покрывать либо обрабатывать иначе для улучшения его характеристик.

Где взять кварцевый песок

Прежде, чем делать стекло необходимо купить кварцевый песок. Иногда найти качественный материал тяжело, так как нередко в кремнистом песке присутствует значительное число примесей. Их надо нейтрализовать при помощи диоксида марганца – для получения прозрачного стекла. Купить кварцевый песок можно в специализированных магазинах, цена материала находится в районе 20 у.е. за небольшой объем, необходимый для разовой работы. Когда запланирована работа в промышленных масштабах, цена кремнистого песка составляет порядка 100 у.е. за 1 тонну.

Подготовка смеси и добавки к песку

Подготавливают смесь кварцевого песка – в него добавляют необходимые химические элементы, влияющие на характеристики итогового изделия (цвет, прочность, подобное). Обязательно, для водостойкости в сырье добавляют оксид кальция либо известь, а для понижения температуры плавления – карбонат натрия (соду). Часть примесей не должна превышать треть от объема получившейся смеси кварцевого песка с химическими элементами.

Перед началом работы с кремнистым песком необходимо надеть защитную маску, так как материал тонкозернистый и легко проникает в дыхательные пути, раздражая слизистые.

Этапы стекольного производства и порядок работы

Чтобы приготовить стекло своими руками нужно строго соблюдать порядок этапов его производства. Перед началом плавки предварительно подготовленную шихту помещают в тигель, устойчивый к высоким температурам, и подготавливают нагревательное устройство. На производстве для нагрева используют сложную печь высокой температуры, но при малых объемах и добавлении соды подойдет гриль или миниатюрная плавильня. Дальнейшие этапы соответствуют:

  1. Расплавленную массу в сосуде перемешивают до однородности расплавленного стекла – пузыри воздуха должны выйти.
  2. Когда масса уже готова ее нужно сформировать в соответствии с задуманным – отлить слиток или форму.
  3. После застывания стекла проводят отпуск и закаливание – итоговый результат будет прочнее, так как снято внутреннее напряжение.

На производстве, кроме фигур и посуды, изготавливают обычное стекло для окон и зеркал, но в домашних условиях получить его возможности нет. Для отливания гладкой стеклянной поверхности используют чашу с расплавленным оловом – расплав растекается по поверхности и постепенно остывает до твердости. Упрочнение стекла происходит из-за разницы в температурах плавления материалов.

Использование жаровни на древесном угле

Горение древесного угля дает высокую температуру, которой будет достаточно для расплавления стеклянной шихты в тигле. Чтобы использовать этот вариант нужно подготовить жаровню или использовать готовый вариант – мангал, барбекю, гриль. Однако надо учитывать прочность материала жаровни – алюминий легко расплавится при необходимых температурах, а тонкая сталь просто выгорит. Количество топлива также нужно увеличить, в сравнении с подходящим объемом для приготовления пищи, так как нужна высокая и стабильная температура.

Если на жаровне имеется отверстие для вентилирования углей, его нужно открыть – без доступа кислорода нагрев будет недостаточным для плавления.

Использование печи

Для плавления стеклянного песка используют различные виды печей – газовые, муфельные, электрические и горшковые. В печи возможен разогрев шихты до необходимой температуры в 1500-2500°С. В зависимости от конструкции устройства, могут понадобиться щипы с фиксацией для тигля. Охлаждение готового материала после значительного нагрева должно быть плавным – при касании к холодным объектам появляются трещины.

Форматирование стекла

Формировать изделие из стекла можно разными способами – отлить в форме, изогнуть мягкий материал или выдуть трубкой. Для форм подойдет гипс или асбест, для ручной формовки нужен инструмент и аккуратность, а при выдувании полых изделий нужна трубка из тугоплавкого материала – из металлов подходит только сталь, но лучше использовать графит. При форматировании важно действовать с осторожностью – горячее стекло приводит к тяжелым формам ожога.

Меры безопасности

При выплавлении стекла и изготовлении стеклянных изделий дома стеклоделу необходимо придерживаться правил и норм по безопасности. Как главный пункт выделяют окружение – в жилом помещении такие работы проводить нельзя. Лучше располагать аппаратуру и нужные в работе материалы на улице или в подходящей мастерской, к примеру – кузне. В набор защитного обмундирования включают:

  • огнеупорный фартук;
  • огнеупорные перчатки;
  • сварочная маска;
  • защитные ботинки.

Весь инструмент, который нужен в процессе изготовления стекла, раскладывают поблизости, чтобы не отвлекаться от процесса. Для дополнительной безопасности рядом должны присутствовать огнетушитель и ведро с песком. При возгорании нужно действовать сразу – печь выключают и гасят пламя. Тлеющие угли и разлитый расплав лучше присыпать песком из ведра.

Электрические нагреватели надо отключить от сети и нельзя использовать для их тушения воду.

Рекомендации по стеклоделию

Изготовление стекла своими руками в домашних условиях подразумевает аккуратность и внимание – при отсутствии опыта такой процесс может представлять сложности, в особенности на завершающем этапе. Для первой попытки не стоит подготавливать большие объемы расплава. Чтобы упростить работу с таким материалом можно воспользоваться рекомендациями опытных стеклодувов:

  1. Как заменитель кварцевого песка используют просеянный речной песок белого цвета.
  2. Крупные гранулы компонентов шихты перед нагревом тщательно измельчают в ступке.
  3. Куски неудавшихся изделий можно добавлять в состав шихты – так экономят материал.

Температура отжига для завершения изделия находится в пределах от 400°С до 600°С. Показатели зависят от тугоплавкости использованной шихты. Охлаждение готового стекла зависит от размеров слитка и его толщины – габаритные предметы нуждаются в постепенном остывании. После завершения работы упрочняют изделие покрытием глазурью или ламинированием.

Заключение

Создание стекла – тонкая и трудоемкая работа. Дома изготовить стеклянное изделие можно, но только при следовании инструкции по процессу и соблюдении норм безопасности – процесс связан с высокими температурами, что может привести к пожару. Первые работы из этого материала не будут отличаться качеством. Однако при наборе опыта изготовить привлекательные стеклянные изделия возможно.

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?

Читайте также  Как увеличить размер кольца в домашних условиях?

Интересные факты:

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

Из чего делают стекло?

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 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?

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.

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.

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).

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

Как и из чего делают стекло – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Как и из чего сделано стекло и стеклянные изделия

Состав стекла

Компоненты входящие в состав стекла можно разделить на следующие типы:

    Основа Обязательные оксиды щелочных металлов Компоненты, придающие особые свойства Вспомогательные вещества

Также в некоторых случаях, добавляют стеклобой.

Основу любого стекла представляет собой кварцевый песок или диоксид кремния. При чем в смесь для будущего стекла попадает только отборный песок, очищенный от примесей железа и от малейших загрязнений, допускается около 2% примесей. От этого зависит прозрачность самого стекла.

Обязательные оксиды щелочных металлов различны в зависимости от типа стекла. Например:

    для оконного стекла используют оксиды натрия, кальция или алюминия для хрустального — оксиды калия и свинца для лабораторного — оксиды натрия, калия, бора для оптического — оксиды бария, алюминия, бора

Компоненты для придания особых свойств подбираются, исходя из желаемого эффекта, например добавляют оксиды титана или бария для придания термоустойчивости, и так далее.

Вспомогательные вещества в большинстве своем представляют из себя осветители, обесцвечиватели и красители.

Производство стекла в промышленных условиях

Начинается все с того что на завод по производству привозят все необходимые вещества. Основные компоненты из чего делают стекла это кварцевый песок, доломит, сода, известь. Все вещества проходят подготовительную обработку. Песок очищают от примесей железа, доломит и известь измельчают в дробилке. После чего все вещества смешиваются и на этом этапе также вмешивают компоненты, нужные для придания определенных свойств. Вся эта смесь называется шихтой. Шихта — это уже полностью готовая к дальнейшей обработке смесь, то есть это уже конкретно то из чего делают стекло.

Начинается технологический процесс по изготовлению стекла. Готовая шихта по конвейеру попадает в бункеры, из которых засыпается в погрузчик, и уже погрузчик заталкивает её в печь. Так как температура здесь колеблется от 1200 до 1600 градусов, в зависимости от типа будущего стекла, то такая печь работает непрерывно на протяжении нескольких лет. Потому что нельзя просто так взять и отключить такую печь, иначе она просто разрушится. Для того чтобы выключить такую печь потребуется около недели равномерного остывания. При такой температуре шихта превращается в стекломассу.

Из печи эта стекломасса сначала попадает в резервуар с мешалкой, а после того как она хорошо размешается, вытекает в студочную камеру. Здесь она остужается примерно до 1000 градусов. Из студочной части стекломасса попадает во флот-ванну. На этом этапе происходит интересный процесс. Флот ванна представляет собой ванну с расплавленным оловом, температура которого около 600-700 градусов по цельсию. По этому олову стекломасса буквально плывет и немного остывает, именно благодаря этой технологии она приобретает практически идеальную плоскость.

После ванны с оловом, лента стекла попадает в лер обжига, который в длину больше 100 метров, прокатываясь по которому оно постепенно остывает.

Следующий этап — это нарезка ленты на листы стекла. Здесь применяется очень хитрая технология. Нарезка происходит прямо по ходу движения ленты, что значительно ускоряет весь процесс изготовления стекла. Как на ходу можно нарезать ленту, спросите вы. Дело в том что резак двигается с абсолютно одинаковой с лентой скоростью и в это время режет её поперек, после чего возвращается в исходное положение. Итак мы получаем готовые листы стекла.

Теперь в работу вступает такое оборудование, как стоплеровочная машина. Как можно понять по названию она делает стопки из стекла. Перемещение листов стекла, происходит при помощи присосок, так как стекло очень хрупкое, но весит довольно много, то другим способом его никак нельзя передвинуть. После того как стопки образованы их перевозит специальный погрузчик, а дальше уже стекло распределяется на склады, магазины, в места где из них делают стеклопакеты и так далее.

Кстати почему стекло получается прозрачным? Дело в том что кварцевый песок полностью прозрачен. Но мы не можем ничего увидеть через песчинки из за многократного преломления света. Например, если вы раскрошите стекло на много частей то через них вы тоже ничего не увидите. А когда песок превращается в гладкую массу то тут мы уже видим прозрачный лист стекла.

Изготовление стеклянных изделий

Стеклянные изделия можно разделить на два больших вида. Первые это те изделия которые производятся в промышленных масштабах, так называемая стеклотара, например стеклянные бутылки, банки. Второй большой вид это художественные изделия. Так называются все изделия, которые делаются вручную стеклодувами, например вазы, стеклянные статуэтки, фигурки и тому подобное. При изготовлении стеклянных изделий, промышленного стекла и вообще любого стекла начальный этап производства всегда абсолютно схож, до получения стеклянной массы. Различны только компоненты входящие в состав шихты, температура плавления и последующая обработка получившейся стеклянной массы

Производство промышленных стеклянных изделий

Готовая стекломасса из печи попадается в линию стекла, из которой она вытекает в форме колбасы и нарезается резаком на цилиндрические капли, одна такая капля это будущая бутылка или банка. Капля направляется в так называемый черпак, который направляет их в формовочную машину. Она работает следующим методом: держатели берут каплю за край и держат в висячем положении, вся нижняя часть капли закрывается с двух сторон нужной формой, будь то банка или бутылка, на форме также могут быть определенные узоры. После того как форма закрылась держатель отодвигается и в каплю вставляется устройство для выдувки. Оно, как воздушный шарик, раздувает каплю изнутри сжатым воздухом и масса приобретает нужную форму. Излишки расплавленного стекла уходят в первоначальную форму.

Кстати для придания стеклу какого либо цвета или оттенка в шихту добавляют определенные вещества, например для придания зеленого цвета добавляют оксид железа или хрома, для голубого оксид меди и так далее.

Теперь почти готовые изделия двигаются по обогреваемому конвейеру, для того чтобы не произошел резкий перепад температур и изделие не треснуло. С этого конвейера погрузочная машина передвигает изделия в лер, по которому они медленно перемещаются и постепенно остывают. Здесь же их обрабатывают специальным раствором, который позволяет им скользить и двигаться гладко. А движутся они дальше на проверочную и упаковочную линию. После прохождения всех этапов мы получаем готовое изделие.

Как делают художественные стеклянные изделия

Художественные стеклянные изделия делают все из той же стеклянной массы. На производстве таких изделий стоит все та же печь, но только температура для изготовления немного ниже промышленных, около 1200 градусов. Непосредственно само изделие делают стеклодувы. Стеклодувы как ювелиры для стекла, они могут работать как в одиночку, так и парами или даже больше.

При помощи длинной трубки мастера по стеклу достают необходимое количество раскаленного стекла прямо из печи и сразу же начинают придавать ему форму различными методами, при этом периодически выдувая через трубку. В процессе можно будет добавить еще материала, например для каких либо дополнительных деталей. Совсем маленькие детали делаются отдельно, тоже различными методиками.

После формирования деталей и общей формы изделия, его на сутки помещают в другую печь для обжига. Как правило, температура в разогретом состоянии около 400 градусов, на ночь такую печь выключают и изделия в ней постепенно остывают до 70 градусов, там самым закаляясь и затвердевая.

Читайте также  как варить кофе без турки в домашних условиях ?

Как делается стекло? (Два основных метода)

Многие общества каменного века по всему миру использовали природное стекло, такое как вулканическое стекло обсидиан, для изготовления острых режущих инструментов. Однако, согласно археологическим свидетельствам, первое настоящее стекло было создано в прибрежной северной Сирии, Месопотамии или Египте.

История самых ранних известных стеклянных изделий прослеживается по крайней мере до 2000 года до нашей эры. Например, бусы создавались во время производства фаянса — стекловидного материала.

С тех пор процесс изготовления стекла сильно изменился. Достижения в области материаловедения и производственных технологий сделали возможным производство стекла с особыми отражающими, преломляющими и пропускающими свойствами, которые можно использовать в призмах, оптических линзах и материалах оптоэлектроники.

Сегодня стекло производится с использованием двух основных технологий: процесс Флоат-стекло (также известное как наплывное стекло), который включает в себя плавание расплавленного стекла на слое расплавленного металла, и выдувание стекла, при котором расплавленное стекло надувается в пузырь.

Расплавленное стекло получают путем нагревания обычного песка (в основном содержащего диоксид кремния) при очень высоких температурах, пока он не расплавится и не превратится в жидкость. Когда песок остывает, он не возвращается в исходное состояние. Вместо этого он превращается в аморфное твердое тело, некристаллическое твердое тело, в котором атомы и молекулы не организованы в определенную структуру решетки.

Давайте копнем глубже и выясним, какие материалы и процессы задействованы в обоих методах, и каково их будущее.

Метод 1: процесс флоат-стекла

В этом методе лист стекла получают путем плавания расплавленного стекла на слое из расплавленного металла, такого как олово или свинец. Он используется для производства листов стекла с однородной толщиной и плоскими поверхностями. Давайте рассмотрим пошаговый процесс:

1. Плавка и рафинирование

Обычное сырье, используемое для производства флоат-стекла, включает песок, доломит, соляной кек (сульфат натрия), кальцинированную соду (карбонат натрия) и известняк. Другие материалы часто используются в качестве рафинирующих агентов для изменения химических и физических характеристик стекла.

Эти ингредиенты смешиваются в порционном процессе в нужной пропорции. Затем вся партия подается в печь, где она нагревается почти до 1 500 °C. Большинство печей вмещают более 1000 тонн материалов.

При расплавлении стекла его температура стабилизируется до 1200 °C для проверки относительной плотности или удельного веса.

2. Оловянная ванна

Расплавленное стекло из печи перетекает во флоат-ванну, ванну с расплавленным оловом, через керамическую кромку, называемую кромкой носика. Количество стекла, наливаемого на олово, контролируется заслонкой, обычно известной как щетка.

Олово является предпочтительным выбором для этого процесса, поскольку оно является когезионным и не смешивается с расплавленным стеклом. Также он имеет высокий удельный вес. Однако на воздухе он окисляется с образованием диоксида олова, который прилипает к стеклу. Чтобы предотвратить это окисление, олово обрабатывают водородом и азотом.

Стекло течет по оловянной ванне и образует плавающую ленту одинаковой толщины и гладких поверхностей с обеих сторон. При этом температура постепенно снижается (до 600 °C), и стеклянная лента снимается с ванны роликами.

Толщину выходящего продукта можно регулировать, изменяя скорость вращения валика и скорость потока стекла. Обычно ролики размещаются над расплавленным оловом, чтобы регулировать толщину, а также ширину стеклянной ленты.

Некоторые стекла сделаны светоотражающими. В таких случаях на поверхность охлаждаемой ленты наносится либо мягкое, либо твердое покрытие.

3. Отжиг

Как только стекло выходит из ванны, оно проходит через лерную печь — длинную печь с непрерывным температурным градиентом. Это позволяет стеклу отжигаться без деформации. Это также предотвращает растрескивание стекла из-за изменения температуры.

В частности, этот процесс изменяет химические и физические свойства стекла, снижая его твердость и делая его более пластичным.

4. Осмотр

Используя передовые технологии контроля, можно проводить миллионы проверок на протяжении всего процесса производства стекла. Большинство из них связано с выявлением напряжений, песчинок и пузырьков воздуха, снижающих качество стекла.

Сегодня существуют тысячи систем, способных точно контролировать оптическое качество, искажение, натяжение, толщину и плоскостность стекла на самом раннем этапе производственного процесса.

5. Резка

На выходе из «холодного конца» печи лер стекло разрезается и формируется в соответствии с требованиями заказчика с использованием специализированного оборудования. Большие листы стекла разрезаются на полуавтоматическом столе для резки стекла с компьютерным управлением. Затем эти листы вручную разбивают на отдельные листы стекла.

В то время как большинство классных фрез используют небольшое острое колесо из карбида вольфрама или закаленной стали, некоторые используют алмаз для создания раскола.

Использование флоат-стекла

Флоат-стекло стало самой популярной формой стекла в потребительских товарах. Оно может быть разного цвета и степени непрозрачности. Обладает высокой степенью светопропускания и хорошей химической инертностью.

Эти свойства делают флоат-стекло идеальным для широкого спектра применений, таких как зеркала, окна, двери, мебель и автомобильное стекло. Оно также имеет множество применений в современной архитектуре, как в жилых, так и в коммерческих зданиях.

Благодаря последним достижениям в производстве флоат-стекла, таких как ультратонкое флоат-стекло, открываются новые применения в электронике и технологиях. Алюмосиликатные композиции, такие как стекло Gorilla Glass (которое содержит диоксид кремния, алюминий, натрий и магний), используются в различных смартфонах и других электронных устройствах.

Метод 2: выдувание стекла

В этом стеклоформующем методе расплавленное стекло раздувается в пузырь с помощью выдувной трубки. Оно используется для производства бутылок и другой тары.

Как это работает?

Инфляция относится к процессу расширения расплавленного куска стекла путем впрыскивания в него небольшого объема воздуха. Поскольку атомы в жидком стекле связаны прочными химическими связями в беспорядочной и неупорядоченной сетке, расплавленное стекло достаточно вязкое, чтобы его можно было выдувать. По мере остывания он медленно затвердевает.

Чтобы облегчить процесс выдувания, жесткость расплавленного стекла увеличивают за счет небольшого изменения его состава. Оказывается, добавление небольшого количества Натрона делает стекло более жестким для выдувания. (Натрон — это природное вещество, содержащее декагидрат карбоната натрия и бикарбонат натрия.)

При выдувании более толстые слои стекла охлаждаются медленнее, чем более тонкие, и становятся менее вязкими, чем более тонкие. Это позволяет производить выдувное стекло одинаковой толщины.

За последние пару десятилетий были разработаны более эффективные и действенные методы выдувания стекла. Большинство из них включает одни и те же шаги:

Шаг 1: Поместите стекло в печь и нагрейте его до 1300 °C, чтобы сделать его пластичным.

Шаг 2: Поместите один конец выдувной трубки в печь и катайте им по расплавленному стеклу, пока к нему не прилипнет «капля» стекла.

Шаг 3: Раскатайте расплавленное стекло по марверу, плоской металлической пластине, которая сделана из полированной стали, графита или латуни и прикреплена к деревянному или металлическому столу. Марвер используется для контроля формы, а также температуры стекла.

Марвер используется для формования стекла

Шаг 4: Вдуйте воздух в трубу, чтобы создать пузырь. Соберите больше стекла над этим пузырьком, чтобы сделать более крупный кусок. После того как стекло получило желаемый размер, дно готово.

Шаг 5: Прикрепите расплавленное стекло к стержню из железа или нержавеющей стали (обычно известному как острие), чтобы сформировать и перенести полую деталь из паяльной трубы.

Шаг 6: Добавьте цвет и дизайн, окунув его в битое цветное стекло. Эти раздавленные куски быстро прилипают к основному стеклу из-за высокой температуры. Сложные и подробные узоры можно построить, используя трость (стержни из цветного стекла) и муррин (стержни, разрезанные в поперечном сечении для выявления узоров).

Шаг 7: Возьмите полученное изделие обратно и раскатайте его еще раз, чтобы придать ему требуемую форму.

Шаг 8: Снимите стекло со стеклянной трубы с помощью стального пинцета. Обычно нижняя часть выдувного стекла отделяется от вращающейся выдувной трубы. Его можно извлечь из паяльной трубки одним касанием.

Шаг 9: Поместите выдувное стекло в печь для отжига и дайте ему остыть в течение нескольких часов. Во избежание случайного образования трещин не подвергайте его резким перепадам температуры.

Римское выдувное стекло IV века нашей эры

Этот метод требует особого терпения, упорства и сноровки. Для создания сложных и крупных изделий требуется группа опытных мастеров по стеклу.

Воздействие на окружающую среду

Основное воздействие производства стекла на окружающую среду обусловлено процессами плавления, при которых в атмосферу выделяются различные газы. Например, сжигание топлива или природного газа и разложение сырья приводят к выбросу диоксида углерода.

Аналогичным образом, при разложении сульфатов в материалах партии образуется диоксид серы, который способствует подкислению. При разложении соединений азота высвобождаются оксиды азота, что способствует подкислению и образованию смога. Кроме того, при испарении из сырья и расплавленных компонентов в атмосферу выбрасываются тонны частиц.

Другие факторы, такие как выбросы летучих органических соединений и образование твердых отходов в процессе производства, также вызывают экологические проблемы.

Однако переработанное стекло может решить многие из этих проблем. Его можно переработать несколько раз без значительной потери качества. Каждые 1000 тонн переработанного стекла могут привести к сокращению выбросов углекислого газа на 300 тонн и экономии энергии на 345 000 кВтч.

В меньшем масштабе переработка одной стеклянной бутылки может сэкономить достаточно энергии для питания 20-ваттной светодиодной лампы в течение часа.

Несмотря на то, что обе технологии производства значительно улучшились с точки зрения эффективности, дальнейшее сокращение выбросов частиц пыли, двуокиси углерода и двуокиси серы по-прежнему является основной экологической задачей при производстве листового стекла.

Рынок

В 2019 году мировой рынок производства стекла оценивался в 127 миллиардов долларов, и, по прогнозам, в период с 2020 по 2027 год он будет расти на 4,1%.

Основными факторами, способными стимулировать рост рынка, являются постоянно растущий спрос на бытовую электронику и проникновение искусственного интеллекта в потребительские и бизнес-приложения.

Плоское стекло, как ожидается, будет играть ключевую роль в архитектурных решениях в течение ближайшего года.

Недавняя тенденция предполагает быстрый переход в архитектуре зданий, который максимизирует естественный дневной свет за счет интеграции плоского стекла в крыши и фасады. Поскольку плоское низкоэмиссионное стекло с тройной изоляцией из серебра способствует значительной экономии энергии, его можно широко использовать в экологичных зданиях по всему миру. Солнечное плоское стекло, вероятно, также значительно вырастет в ближайшие несколько лет.

В настоящее время Китай является ведущим мировым экспортером стекла и изделий из него, на его экспорт приходится более 23% мирового экспорта стекла и изделий из него на сумму около 18 миллиардов долларов. На долю Германии и США приходится примерно 9% и 7% мирового экспорта стекла.