Как делают стекло
Свою жизнь стекло начинает в песчаном карьере. Добывают только белый песок и всего несколько тысяч тонн в год. За то он очень белый. Это чистейший оксид кремния, почти без примесей. Большая часть стекла идет на изготовление стеклянных дверей, душевых ограждений, оптических линз. Остатки песка уходят на стеклянную посуду, бокалы т.п. Из всех полезных ископаемых – песок наверно самый легко добываемый. Он в природе находится уже в готовом состоянии. Прежде, чем стать стеклянной дверью, этому песку придется пройти огонь, воду и медные трубы, правда в обратном порядке. Начинается все с сурового кастинга. Весь песок из карьера поступает в сортировочную галерею, где его очищают от инородных примесей и сортируют по размеру частиц. Когда полезный минерал окончательно отсортирован, его из карьера перевозят на фабрику. На фабрику подготовки стекла. Первым делом его моют, это делается с помощью устройства, напоминающего стиральную машину.
Намытый таким образом песок, называют белое золото. После того, как песок избавили от камешков и других инородных включений, его ждет тонкая фильтрация. В нем могут находиться мельчайшие частички различных металлов, а они в стекле не нужны. Финальную очистку песок проходит на спиральных фильтрах. Под действием центростремительной силы частицы железа и других тяжелых металлов, прижимаются к краю водоворота, а песок и вода отходят в сторону. Простая физика 5-го класса, а работает на самом современном заводе Европы. Теперь идеально чистый песок можно отправлять а плавильную печь. Но сначала его необходимо высушить. Через песок пропускают горячий воздух, и только после полного высыхания, его загружают в вагоны для отправки в стеклоплавильную фабрику.
Вместе с кварцевым песком в печь загружают сульфат натрия, известняк и соду, правда не такую, как у нас на кухне. Все это расплавляется и превращается в жидкую субстанцию. После того, как в печи сварилась «стеклянная каша», ее нужно перемешать, как манную кашу, чтобы не было комочков. Только ложка побольше и рассчитана на температуру +1600 градусов С. Сегодня , практически повсеместно, для изготовления листового стекла используется метод флотации. На дне печи установлена огромная ванна с расплавленным оловом. Стекло просто выливают эту ванну, а так как меньше плотности олова
- Р жидкого стекла — 1,4 г/см.куб.
- Р олова – 7,31 г/м.куб.
Оно растекается ровным слоем по поверхности. Постепенно стекло начинает остывать и кристаллизоваться. В этой ванне стекло становится похоже на пластилин. На выходе из печи стекло имеет температуру 600 градусов С. Непрерывная лента из стекла двигается по конвейеру и постепенно остывает . Теперь эту бесконечную стеклянную «ириску» нужно разрезать на равные части.
как производят, из чего его делают и как научились
Процесс производства стеклаСтеклянная посуда, окна в домах и многое другое – для нас сегодня это привычные предметы обстановки. Однако много веков назад стеклянные кубки стоили баснословно дорого, и их можно было встретить только на столах у наиболее богатых и знатных вельмож. Из чего же делают стекло, и как люди научились его изготавливать?
История изобретения стекла
Стекло было известно, по крайней мере, две тысячи лет назад. Древнеримский историк Плиний описал случай, в результате которого оно было изобретено. По его версии, однажды моряки, везшие на своем корабле соду, высадились заночевать на берегу, покрытом чистым золотым песком.
Они разожгли костер, чтобы приготовить ужин и согреться. Но один мешок из их груза прорвался, и сода высыпалась в костер. Ночью пошел дождь, смыл золу и головешки, и в результате моряки увидели на месте костра сияющую стеклянную поверхность.
Из каких компонентов делают стекло
Из каких компонентов делают стеклоТак ли на самом деле было изобретено стекло, или, как гласит другая версия, оно получилось в ходе экспериментов с обжигом глиняных горшков – но люди овладели секретом его приготовления довольно давно.
Для того, чтобы изготовить стекло, требуется три основных компонента.
Кварцевый песок – это чистый речной песок, состоящий из оксида кремния. Доля песка в смеси для варки стекла составляет около 75%. Он плавится при очень высокой температуре: его нужно нагревать до 1700 градусов Цельсия. От качества песка во многом зависит прозрачность и качество будущих стеклянных изделий. Венецианские стеклодувы, изготавливавшие наиболее знаменитое в средневековой Европе муранское стекло, специально привозили песок из провинции Истрия, а для богемского стекла мастера измельчали в мелкий песок куски кварца.
Сода (или поташ) необходима для того, чтобы расплавить песок при более низкой температуре. Добавив в песок соду в нужной пропорции, температуру нагрева стеклянной смеси снижают практически вдвое.
В процессе нагрева сода разлагается до оксида натрия или калия, который и служит катализатором плавления. В древности ее получали путем выщелачивания золы после сжигания водорослей или хвойных пород дерева. Доля соды в смеси для стекла составляет около 16-17%.
Известь, или окись кальция, делает стекло нерастворимым большинством химических веществ, крепким и блестящим. Впервые добавлять ее в стекло начали богемские стеклодувы в семнадцатом столетии, применяя для этого известняк или мел.
Кроме того, сегодня в массу для приготовления стекла добавляют сульфат натрия, таламит и нефелиновый сиенит. Для получения разноцветного стекла в качестве добавок используют окиси различных металлов: меди, железа, серебра и т.д.
Этапы производства листового стекла
Все ингредиенты, из которых производится стекло, загружают в печь и нагревают до образования жидкой однородной массы.
Расплавленную массу загружают в гомогенизатор и перемешивают до полной однородности.
Стеклянную массу выливают в длинную емкость, где находится расплавленное олово. На его поверхности стекло разливается ровным слоем одинаковой толщины, постепенно остывая.
Застывшая стеклянная лента поступает на конвейер, где производится контроль толщины и нарезка на стандартные куски стекла. Обрезанные неровные края, а также брак, не прошедший контроль качества, поступает на переплавку.
Готовое листовое стекло проходит последнюю проверку качества и отправляется на склад готовой продукции.
Аналогичным образом изготавливается стекло для производства посуды, измерительных приборов, елочных игрушек и другой продукции. Состав стекла может изменяться в зависимости от свойств, которые оно должно иметь.
Как производят стеклоКроме того, для повышения прочности оно может подвергаться процедуре закаливания. В результате стекло приобретает способность выдерживать сильные удары по поверхности.
Популярны сегодня дуплексные и триплексные стекла, склеенные специальными составами из двух или трех слоев тонкого стекла. Однако основу каждого из них составляют золотой кварцевый песок, питьевая сода и обычная известь.
Что такое стекло? | Как делают стекло?
Что такое стекло? | Как делают стекло? — Объясните этот материалВы здесь: Домашняя страница > Материалы > Стекло
- Дом
- индекс А-Я
- Случайная статья
- Хронология
- Учебное пособие
- О нас
- Конфиденциальность и файлы cookie
Реклама
Криса Вудфорда. Последнее обновление: 12 февраля 2023 г.
То видите, то нет. Стекло немного загадки. Защитить нас достаточно сложно, но он разбивается невероятная легкость. Он сделан из непрозрачного песка, но полностью прозрачный. И, пожалуй, самое удивительное, он ведет себя как твердый материал. .. но это также какая-то замаскированная странная жидкость! Вы можете найти стекло, куда бы вы ни посмотрели: большинство комнат в вашем доме будут иметь стеклянное окно, а если не это, то, может быть, стеклянное зеркало… или стеклянная лампочка. Стекло является одним из старейших и наиболее универсальные материалы, созданные человеком. Давайте узнаем больше об этом.
Содержание
- Что такое стекло?
- Как делают стекло?
- Стекло твердое… или жидкое?
- Для чего мы используем стекло?
- Узнать больше
Что такое стекло?
Хотите верьте, хотите нет, но стекло делается из жидкого песка. Ты можешь сделать стекло, нагревая обычный песок (который в основном состоит из кремния диоксида) до тех пор, пока он не расплавится и не превратится в жидкость. Вы не найдете этого происходит на вашем местном пляже: песок тает на невероятно высокой температура 1700°C (3090°F).
Когда расплавленный песок остывает, он не превращается обратно в твердый желтый материал, с которого вы начали: он подвергается полной трансформации и обретает совершенно иную внутреннюю структуру. Но это неважно, насколько сильно вы охлаждаете песок, он никогда полностью не затвердеет. твердый. Вместо этого он становится своего рода замороженной жидкостью или какими материалами ученые называют аморфным твердым телом. Это как крест между твердым телом и жидкостью с некоторым кристаллическим порядком твердое тело и некоторая молекулярная хаотичность жидкости.
Стекло очень популярный материал в наших домах потому что он обладает всеми видами действительно полезных свойств. Кроме будучи прозрачным, он недорог в изготовлении, его легко придать форму, когда он расплавленный, достаточно устойчивый к нагреву в затвердевшем состоянии, химически инертный (чтобы стеклянная банка не вступала в реакцию с тем, что вы в нее кладете), и его можно перерабатывать любое количество раз.
Фото: Витраж изготавливается путем добавления солей металлов, таких как железо, марганец, хром и олово в ингредиенты расплавленного стекла, чтобы придать ему различные привлекательные цвета. Этот витраж, созданный художником Эдвард Бёрн-Джонс находится в соборе Святого Филиппа в Бирмингеме, Англия.
Как делают стекло?
Когда ученые США протестировали прототип атомной бомбы в пустыне Нью-Мексико в 1945 году взрыв получился песок в непосредственной близости от удара в стекло. К счастью, есть более простые и менее экстремальные способы изготовления стекла, но все им нужно огромное количество тепла.
На коммерческом стекольном заводе песок смешивается с отработанным стеклом (из сборов вторичной переработки), кальцинированной содой (карбонат натрия) и известняк (карбонат кальция) и нагревают в печь. Сода снижает температуру плавления песка, что помогает экономить энергию при изготовлении, но имеет досадный недостаток: он производит своего рода стекло, которое растворяется в воде! известняк добавляется, чтобы остановить это происходит.
Конечный продукт называется натриево-известково-силикатным стеклом. Это обычное стекло мы может видеть все вокруг нас.Художественное произведение: Производство стекла упрощено: смешать и нагреть песок и переработанное стекло с карбонатом кальция и карбонат натрия.
После того, как песок расплавится, его либо высыпают в формы для изготовления бутылок, стаканов и других емкостей или «плавающих» (выливали на большой чан с расплавленным металлическим оловом), чтобы сделать его идеально плоским. листы стекла для окон.
Фото: Идеально плоские стекла одинаковой толщины изготавливаются плаванием расплавленного стекла. стекла на гигантских резервуарах, заполненных расплавленным оловом. После охлаждения и затвердевания стекло режется до нужного размера.
Необычная стеклянная тара все еще иногда изготавливается «выдувая» их. Заворачивается «капля» (куск) расплавленного стекла. вокруг открытой трубы, которая медленно вращается. Воздух продувается открытый конец трубы, в результате чего стекло надувается, как воздушный шар. При умелом выдувании и повороте можно получить всевозможные удивительные формы. сделал.
На фото: Изготовление художественного произведения из стекла путем выдувания и вращения. Стекло (справа) превратилось в сферу на длинной металлической трубе, которую вы видите вверху справа. Теперь он вращается на той же трубе, чтобы придать ей дополнительную форму. Обратите внимание, как слева применяются две горячие паяльные лампы, чтобы стекло оставалось расплавленным и гибким, чтобы ему можно было придать форму. Фото Джеймса Банна предоставлено армией США и DVD.
Производители стекла используют несколько иной процесс в зависимости от типа стекла, которое они хотят сделать. Обычно другие химические вещества добавляются для изменения внешнего вида или свойств готовое стекло. Например, химические вещества на основе железа и хрома. добавляют в расплавленный песок, чтобы получить зеленоватое стекло. Жаропрочное боросиликатное стекло (широко продается под товарный знак PYREX®) производится путем добавления оксида бора в расплавленную смесь. Добавление оксида свинца делает прекрасное хрустальное стекло, которое легче резать; высоко ценится ограненный свинцовый хрусталь искрится цветом, преломляя (изгибая) свет прохождение через него. Некоторые специальные виды стекла изготавливаются разный производственный процесс. Пуленепробиваемый стекло изготовлено из сэндвича или ламината из нескольких слоев стекла и пластика, скрепленных вместе. Закаленное стекло, используемое в лобовых стеклах автомобилей, изготавливается путем охлаждения расплавленного стекло очень быстро, чтобы сделать его намного сложнее. Витражное (цветное) стекло изготавливается путем добавления металлических соединений в расплавленное стекло; другой металлы окрашивают отдельные сегменты стекла в разные цвета.
Фото: Боросиликатное стекло, такое как этот кувшин PYREX® (задняя сторона), может выдерживать резкие перепады температуры, в отличие от обычного стекла (передняя сторона), которое разбивается. Обычная стеклянная банка спереди немного тоньше и значительно легче. Вы также можете увидеть, очень ясно, что боросиликатное стекло имеет слегка голубоватый цвет (как и оксид бора, из которого оно сделано).
Стекло твердое… или жидкое?
Рисунок: Вверху: В правильном кристаллическом твердом теле атомы расположены аккуратно и предсказуемо. Внизу: в аморфном твердом теле, таком как стекло, расположение гораздо более случайное.
Очень интересный вопрос.
Ответ: и то, и другое — и ни то, ни другое! Существуют самые разные мнения о том, как относиться к таким материалам, как стекло, которые кажутся немного похожими на жидкости в некоторых отношениях и немного похожи на твердые тела в других.
В школах и в книгах мы обычно узнаём, что все твердые тела имеют фиксированная структура атомов.
На самом деле, существуют различные виды твердых тел, которые очень различные структуры, и не все, что мы называем «твердым», ведет себя точно таким же образом. Подумайте о куске железа и кусок резины. Совершенно очевидно, что они оба твердые тела, и все же каучук сильно отличается от железа. Внутри у каучука и железа есть свои атомы (в в случае железа) и молекулы (в случае каучука), расположенные в совершенно разными способами. Железо имеет правильную или кристаллическую структуру (как лазалки с атомами по углам), а каучук — это полимер (состоящий из длинных цепочек молекул слабо связаны между собой). Или подумайте о воде. Как вы, возможно, уже поняли, вода — почти уникальное твердое тело, потому что она расширяется для начала, когда он замерзает. короче не все подходит аккуратно в наши представления о твердом, жидком и газообразном, а не о всех твердых телах, жидкости и газы ведут себя красиво, аккуратно и легко объяснимо. исключениями являются вещи, которые делают науку действительно интересной!
Аморфные твердые вещества
Вернемся к стеклу. Смотреть через микроскоп внутри какого-то стекла, и вы найдете молекулы, из которых оно сделано расположены неравномерно. Вот почему стекло иногда называется аморфным твердым телом (твердым телом без регулярной кристаллическая структура, похожая на металл). Вы можете также см. стекло, описанное как «замороженная переохлажденная жидкость». Это еще один способ сказать, что «стекло — это жидкость, которая никогда не затвердевает». загадочное утверждение, которое вы иногда найдете в научных книгах. Мы могли бы скажем, стекло немного похоже на жидкость и немного на твердое тело. Он имеет внутренняя структура, которая находится где-то между структурой жидкости и твердое тело, с некоторым порядком твердого тела и некоторым из хаотичность жидкости.
Стекло ни в коем случае не является единственным аморфным твердым телом. можно сделать тип воды, называемый аморфным льдом, который можно описать как промежуточное состояние между твердым (вода) и жидким (льдом). Вы делаете это, охлаждая воду очень быстро. Лед образуется так быстро, что не успевает строиться свою нормальную кристаллическую структуру. Итак, то, что вы получаете, выглядит как лед но в некотором смысле ведет себя как жидкая вода. Другие вещества могут быть превращены в аморфные твердые тела тоже. Солнечные батареи часто изготавливают из то, что называется аморфным кремнием.
Фото: Солнечная панель из аморфного кремния. Фото Денниса Шредера предоставлено NREL (Министерство энергетики США/Национальное Энергетическая лаборатория) (id фото № 22143).
Рекламные ссылки
Для чего мы используем стекло?
Фото: стекло можно использовать для вторичной переработки материалы. Урановое стекло имеет необычный желто-зеленый цвет и светится в ультрафиолетовое излучение. Эти кусочки стекла были изготовлены из отходов урана после очистки завод по переработке урана Fernald недалеко от Цинциннати, штат Огайо, США. Витрификация (превращение материала в стекло) — один из способов избавиться от ядерные отходы безопасно. Изображение предоставлено Министерством энергетики США.
Стекло начинает день с блеска: взгляд на часы, взгляд сквозь стекло на солнце или дождь, хмурый взгляд в зеркале, песня из душ, когда вы умываетесь теплой водой, стекающей из солнечные панели на крыше. Очки заполняют стол для завтрака, который сам по себе может быть сделаны из дымчатого стекла, и есть бутылки и банки всех формы и цвета. Готовя завтрак на кухне, вы можете быть с использованием стеклокерамической варочной панели или микроволновка с металлическим корпусом окно, чтобы удерживать волны внутри. Может быть, вы смотрите теплые круассаны через дверцу печи Pyrex? (А это стеклянный чайник?)
Когда вы проверяете электронную почту за завтраком (плохая привычка), интернет-данные сокращаются со скоростью света. в ваш дом по оптическим волокнам, как потоки солнечного света через теплоотражающие окна, которые сохраняют прохладу. Вы читаете слова через стеклянную ЖК-панель вашего ноутбука или закаленную стекло гориллы вашего смартфона, оба заряжены солнечной энергией из фотоэлектрических панелей на крыше. Говорящие головы бормочет вам через экран телевизора в углу.
Затем вы отправляетесь на работу или в школу, в застекленной машине, автобусе, поезде (возможно, даже вертолет), сгорбившись под лампами с низким энергопотреблением, закрытыми стеклом, чтобы продлить срок их службы. Если вы за рулем, шоссе вы ревущий вниз может быть сделан из заполнителей и асфальта в том числе переработанное стекло; даже белые полосы посередине сделаны из крошечного стекла бусы, чтобы они сияли в фарах. Может быть, вы заглянете в банк или почта на вашем пути, улыбаясь кассиру позади ее пуленепробиваемое окно, как вы делаете быструю копию ваши водительские права (которые вы небрежно оставили на стекле копировального аппарата).
Фото: Стекло приносит снаружи! Это замечательная часовня странников в Ранчо Палос Вердес, Калифорния, спроектированная Ллойдом Райтом (сыном Фрэнка Ллойда Райта). Фотография из коллекции калифорнийских фотографий Джона Б. Лавлейса в рамках американского проекта Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.
Если это современное здание, то ваш офис или школа могут быть маленьким стеклянным собором; мы Думайте о стекле как о хрупком и хрупком, но закалите его правильно и из него можно делать стены, полы, крыши и лестницы; магазины показать свои изделия через огромные ламинированные панели, отполированные до совершенство.
И это лишь малая часть того, что делает для нас стекло. Есть множество других мест, где он прячется, от лампочек в термометры и металлокерамические пломбы в зубах к корпусам лодок из стеклопластика, «наждачная бумага», которую мы используем для украшения (часто это стеклянная бумага), и даже датчики деформации, которые предупреждают нас, когда здания трескаются. Прозрачный, чистый, привлекательный, нереактивный, дешевый, сильный и эффективный. Что больше вы могли бы хотеть? Стекло — один из тех волшебных материалов, которые мы воспринимаем как должное; везде и нигде — «незримо прозрачно», т. е. мы даже не замечаем, что он там!
Подробнее
На этом сайте
- Пуленепробиваемое стекло
- Стекло электрохромное (электрически затемняющее)
- Теплоотражающее (низкоэмиссионное) стекло
- Материаловедение
- Фотохромное (светочувствительное) стекло
На других сайтах
- Музей стекла: Большой музей стекла в Такоме, штат Вашингтон.
- Музей стекла Корнинга: изучите историю стекла и производства стекла в Корнинге, Нью-Йорк.
- Национальный центр стекла: Музей стекла в Университете Сандерленда, Великобритания.
Книги
- Стеклянный батискаф: как стекло изменило мир Алана Макфарлейна и Джерри Мартина Алана Макфарлейна и Джерри Мартина. Profile, 2002. Исследует историю стекла с древних времен до наших дней. Я считаю, что это та же книга (в другой упаковке), что и «Стекло: всемирная история» Алана Макфарлейна и Джерри Мартина. Издательство Чикагского университета, 2002. .
- Введение в науку и технологию стекла Дж. Э. Шелби. Королевское химическое общество, 2020 г. Учебник для студентов, посвященный химическим и материаловедческим аспектам стекла. Охватывает различные типы стекла и их механические, оптические и другие свойства.
- Стекло: механика и технология Эрика Ле Буриса. Wiley-VCH, 2014. Охватывает историю, структуру, свойства и применение стекла.
- Наука о стекле Роберта Доремуса. Wiley, 1994. Классический однотомный справочник по науке об аморфных стеклообразных телах. «
- атомов под половицами» Криса Вудфорда. Bloomsbury, 2015. Если вы ищете более беззаботный подход, моя недавняя книга исследует чудеса стекла в «Главе 8: Удивительное остекление». Возможно, вы сможете прочитать некоторые из них в Интернете в Google Книгах, перейдя по этой ссылке.
Статьи
- Во имя искусства: Риск и награда на 2000 градусов Глории Доусон. The New York Times, 1 сентября 2016 г. Это слайд-шоу рассказывает о закулисье экспериментальной стекольной мастерской UrbanGlass в Нью-Йорке.
- Работа со стеклом: как Corning создала ультратонкий и сверхпрочный материал будущего Брайан Гардинер, Wired, 24 сентября 2012 г. Происхождение замечательного стеклокерамического материала, который в итоге стал стеклом Gorilla Glass для смартфонов.
- Удар за ударом: GlassLab приходит на Губернаторский остров от Джулии Фельсенталь. The New York Times, 3 июля 2012 г. Представляем GlassLab в Музее стекла Корнинга.
- Willow Glass: сверхтонкое стекло может «оборачивать» устройства Катя Москвич, BBC News, 5 июня 2012 г. Corning представляет тонкое и гибкое стекло для дисплеев следующего поколения.
- «Говорящая со стеклом» Андреа Труппин. The New York Times, 27 января 2005 г. Мир Майкла Дэвиса, специалиста по реставрации старинного стекла.
- Выдувание стекла становится искусством Кэтрин Пирсон. The New York Times, 7 января 1979 г. Из архива Times краткое введение в чудеса выдувного стекла.
Подкасты
- BBC Radio 4: В наше время: Наука о стекле Мелвина Брэгга, 28 мая 2015 г. Среди опрошенных гостей — физик, профессор Афина Дональд. (43 минуты, можно скачать в формате MP3.)
Патенты
Для более подробной технической информации попробуйте эти:
- Патент США 1 304 623: Стекло Юджина С. Салливана и Уильяма С. Тейлора, Corning, 27 мая 1919 г. Один из оригинальных патентов Corning на Pyrex (боросиликатное стекло), в котором описывается его химический состав и физические свойства.
- Патент США 1 304 623: Изделие из натриево-алюмосиликатного стекла, усиленное поверхностным слоем напряжения сжатия, Дэвид Бойд, Corning, 11 декабря 1973 г. Патент Corning на сверхпрочное «стекло Gorilla», которое Apple с таким успехом использовала в своих смартфонах и планшетах. .
- Патент США 20160368777: Водосольватированные стеклянные / аморфные твердые ионные проводники, Джон Б. Гуденаф и др., 22 декабря 2016 г. Один из самых инновационных химиков 20-го века предлагает совершенно новый тип батареи на основе стекла.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.
Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.
PYREX® является зарегистрированным товарным знаком Corning Incorporated.
Следуйте за нами
Оцените эту страницу
Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.
Сохранить или поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям с помощью:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис. (2007/2022) Стекло. Получено с https://www.explainthatstuff.com/glass.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]
Бибтекс
@misc{woodford_glass, автор = «Вудфорд, Крис», название = «Стекло», publisher = «Объясните это», год = «2007», url = «https://www.explainthatstuff.com/glass.html», urldate = «2022-02-12» }
Подробнее на нашем веб-сайте.
..- Связь
- Компьютеры
- Электричество и электроника
- Энергия
- Машиностроение
- Окружающая среда
- Гаджеты
- Домашняя жизнь
- Материалы
- Наука
- Инструменты и инструменты
- Транспорт
↑ Вернуться к началу
Что такое стекло? | Как делают стекло?
Что такое стекло? | Как делают стекло? — Объясните этот материалВы здесь: Домашняя страница > Материалы > Стекло
- Дом
- индекс А-Я
- Случайная статья
- Хронология
- Учебное пособие
- О нас
- Конфиденциальность и файлы cookie
Реклама
Криса Вудфорда. Последнее обновление: 12 февраля 2023 г.
То видите, то нет. Стекло немного загадки. Защитить нас достаточно сложно, но он разбивается невероятная легкость. Он сделан из непрозрачного песка, но полностью прозрачный. И, пожалуй, самое удивительное, он ведет себя как твердый материал… но это также какая-то замаскированная странная жидкость! Вы можете найти стекло, куда бы вы ни посмотрели: большинство комнат в вашем доме будут иметь стеклянное окно, а если не это, то, может быть, стеклянное зеркало… или стеклянная лампочка. Стекло является одним из старейших и наиболее универсальные материалы, созданные человеком. Давайте узнаем больше об этом.
Фото: Стеклянная загадка: Как что-то прозрачное для света кажется окрашенным? Цветов в этом стекле на самом деле нет! Стеклянные линзы преломляют (изгибают) световые лучи с разной длиной волны в разной степени, вызывая появление спектральных цветов. Это крупный план линзы Френеля с маяка.
Содержание
- Что такое стекло?
- Как делают стекло?
- Стекло твердое… или жидкое?
- Для чего мы используем стекло?
- Узнать больше
Что такое стекло?
Хотите верьте, хотите нет, но стекло делается из жидкого песка. Ты можешь сделать стекло, нагревая обычный песок (который в основном состоит из кремния диоксида) до тех пор, пока он не расплавится и не превратится в жидкость. Вы не найдете этого происходит на вашем местном пляже: песок тает на невероятно высокой температура 1700°C (3090°F).
Когда расплавленный песок остывает, он не превращается обратно в твердый желтый материал, с которого вы начали: он подвергается полной трансформации и обретает совершенно иную внутреннюю структуру. Но это неважно, насколько сильно вы охлаждаете песок, он никогда полностью не затвердеет. твердый. Вместо этого он становится своего рода замороженной жидкостью или какими материалами ученые называют аморфным твердым телом. Это как крест между твердым телом и жидкостью с некоторым кристаллическим порядком твердое тело и некоторая молекулярная хаотичность жидкости.
Стекло очень популярный материал в наших домах потому что он обладает всеми видами действительно полезных свойств. Кроме будучи прозрачным, он недорог в изготовлении, его легко придать форму, когда он расплавленный, достаточно устойчивый к нагреву в затвердевшем состоянии, химически инертный (чтобы стеклянная банка не вступала в реакцию с тем, что вы в нее кладете), и его можно перерабатывать любое количество раз.
Фото: Витраж изготавливается путем добавления солей металлов, таких как железо, марганец, хром и олово в ингредиенты расплавленного стекла, чтобы придать ему различные привлекательные цвета. Этот витраж, созданный художником Эдвард Бёрн-Джонс находится в соборе Святого Филиппа в Бирмингеме, Англия.
Как делают стекло?
Когда ученые США протестировали прототип атомной бомбы в пустыне Нью-Мексико в 1945 году взрыв получился песок в непосредственной близости от удара в стекло. К счастью, есть более простые и менее экстремальные способы изготовления стекла, но все им нужно огромное количество тепла.
На коммерческом стекольном заводе песок смешивается с отработанным стеклом (из сборов вторичной переработки), кальцинированной содой (карбонат натрия) и известняк (карбонат кальция) и нагревают в печь. Сода снижает температуру плавления песка, что помогает экономить энергию при изготовлении, но имеет досадный недостаток: он производит своего рода стекло, которое растворяется в воде! известняк добавляется, чтобы остановить это происходит. Конечный продукт называется натриево-известково-силикатным стеклом. Это обычное стекло мы может видеть все вокруг нас.
Художественное произведение: Производство стекла упрощено: смешать и нагреть песок и переработанное стекло с карбонатом кальция и карбонат натрия.
После того, как песок расплавится, его либо высыпают в формы для изготовления бутылок, стаканов и других емкостей или «плавающих» (выливали на большой чан с расплавленным металлическим оловом), чтобы сделать его идеально плоским. листы стекла для окон.
Фото: Идеально плоские стекла одинаковой толщины изготавливаются плаванием расплавленного стекла. стекла на гигантских резервуарах, заполненных расплавленным оловом. После охлаждения и затвердевания стекло режется до нужного размера.
Необычная стеклянная тара все еще иногда изготавливается «выдувая» их. Заворачивается «капля» (куск) расплавленного стекла. вокруг открытой трубы, которая медленно вращается. Воздух продувается открытый конец трубы, в результате чего стекло надувается, как воздушный шар. При умелом выдувании и повороте можно получить всевозможные удивительные формы. сделал.
На фото: Изготовление художественного произведения из стекла путем выдувания и вращения. Стекло (справа) превратилось в сферу на длинной металлической трубе, которую вы видите вверху справа. Теперь он вращается на той же трубе, чтобы придать ей дополнительную форму. Обратите внимание, как слева применяются две горячие паяльные лампы, чтобы стекло оставалось расплавленным и гибким, чтобы ему можно было придать форму. Фото Джеймса Банна предоставлено армией США и DVD.
Производители стекла используют несколько иной процесс в зависимости от типа стекла, которое они хотят сделать. Обычно другие химические вещества добавляются для изменения внешнего вида или свойств готовое стекло. Например, химические вещества на основе железа и хрома. добавляют в расплавленный песок, чтобы получить зеленоватое стекло. Жаропрочное боросиликатное стекло (широко продается под товарный знак PYREX®) производится путем добавления оксида бора в расплавленную смесь. Добавление оксида свинца делает прекрасное хрустальное стекло, которое легче резать; высоко ценится ограненный свинцовый хрусталь искрится цветом, преломляя (изгибая) свет прохождение через него. Некоторые специальные виды стекла изготавливаются разный производственный процесс. Пуленепробиваемый стекло изготовлено из сэндвича или ламината из нескольких слоев стекла и пластика, скрепленных вместе. Закаленное стекло, используемое в лобовых стеклах автомобилей, изготавливается путем охлаждения расплавленного стекло очень быстро, чтобы сделать его намного сложнее. Витражное (цветное) стекло изготавливается путем добавления металлических соединений в расплавленное стекло; другой металлы окрашивают отдельные сегменты стекла в разные цвета.
Фото: Боросиликатное стекло, такое как этот кувшин PYREX® (задняя сторона), может выдерживать резкие перепады температуры, в отличие от обычного стекла (передняя сторона), которое разбивается. Обычная стеклянная банка спереди немного тоньше и значительно легче. Вы также можете увидеть, очень ясно, что боросиликатное стекло имеет слегка голубоватый цвет (как и оксид бора, из которого оно сделано).
Стекло твердое… или жидкое?
Рисунок: Вверху: В правильном кристаллическом твердом теле атомы расположены аккуратно и предсказуемо. Внизу: в аморфном твердом теле, таком как стекло, расположение гораздо более случайное.
Очень интересный вопрос.
Ответ: и то, и другое — и ни то, ни другое! Существуют самые разные мнения о том, как относиться к таким материалам, как стекло, которые кажутся немного похожими на жидкости в некоторых отношениях и немного похожи на твердые тела в других.
В школах и в книгах мы обычно узнаём, что все твердые тела имеют фиксированная структура атомов.
На самом деле, существуют различные виды твердых тел, которые очень различные структуры, и не все, что мы называем «твердым», ведет себя точно таким же образом. Подумайте о куске железа и кусок резины. Совершенно очевидно, что они оба твердые тела, и все же каучук сильно отличается от железа. Внутри у каучука и железа есть свои атомы (в в случае железа) и молекулы (в случае каучука), расположенные в совершенно разными способами. Железо имеет правильную или кристаллическую структуру (как лазалки с атомами по углам), а каучук — это полимер (состоящий из длинных цепочек молекул слабо связаны между собой). Или подумайте о воде. Как вы, возможно, уже поняли, вода — почти уникальное твердое тело, потому что она расширяется для начала, когда он замерзает. короче не все подходит аккуратно в наши представления о твердом, жидком и газообразном, а не о всех твердых телах, жидкости и газы ведут себя красиво, аккуратно и легко объяснимо. исключениями являются вещи, которые делают науку действительно интересной!
Аморфные твердые вещества
Вернемся к стеклу. Смотреть через микроскоп внутри какого-то стекла, и вы найдете молекулы, из которых оно сделано расположены неравномерно. Вот почему стекло иногда называется аморфным твердым телом (твердым телом без регулярной кристаллическая структура, похожая на металл). Вы можете также см. стекло, описанное как «замороженная переохлажденная жидкость». Это еще один способ сказать, что «стекло — это жидкость, которая никогда не затвердевает». загадочное утверждение, которое вы иногда найдете в научных книгах. Мы могли бы скажем, стекло немного похоже на жидкость и немного на твердое тело. Он имеет внутренняя структура, которая находится где-то между структурой жидкости и твердое тело, с некоторым порядком твердого тела и некоторым из хаотичность жидкости.
Стекло ни в коем случае не является единственным аморфным твердым телом. можно сделать тип воды, называемый аморфным льдом, который можно описать как промежуточное состояние между твердым (вода) и жидким (льдом). Вы делаете это, охлаждая воду очень быстро. Лед образуется так быстро, что не успевает строиться свою нормальную кристаллическую структуру. Итак, то, что вы получаете, выглядит как лед но в некотором смысле ведет себя как жидкая вода. Другие вещества могут быть превращены в аморфные твердые тела тоже. Солнечные батареи часто изготавливают из то, что называется аморфным кремнием.
Фото: Солнечная панель из аморфного кремния. Фото Денниса Шредера предоставлено NREL (Министерство энергетики США/Национальное Энергетическая лаборатория) (id фото № 22143).
Рекламные ссылки
Для чего мы используем стекло?
Фото: стекло можно использовать для вторичной переработки материалы. Урановое стекло имеет необычный желто-зеленый цвет и светится в ультрафиолетовое излучение. Эти кусочки стекла были изготовлены из отходов урана после очистки завод по переработке урана Fernald недалеко от Цинциннати, штат Огайо, США. Витрификация (превращение материала в стекло) — один из способов избавиться от ядерные отходы безопасно. Изображение предоставлено Министерством энергетики США.
Стекло начинает день с блеска: взгляд на часы, взгляд сквозь стекло на солнце или дождь, хмурый взгляд в зеркале, песня из душ, когда вы умываетесь теплой водой, стекающей из солнечные панели на крыше. Очки заполняют стол для завтрака, который сам по себе может быть сделаны из дымчатого стекла, и есть бутылки и банки всех формы и цвета. Готовя завтрак на кухне, вы можете быть с использованием стеклокерамической варочной панели или микроволновка с металлическим корпусом окно, чтобы удерживать волны внутри. Может быть, вы смотрите теплые круассаны через дверцу печи Pyrex? (А это стеклянный чайник?)
Когда вы проверяете электронную почту за завтраком (плохая привычка), интернет-данные сокращаются со скоростью света. в ваш дом по оптическим волокнам, как потоки солнечного света через теплоотражающие окна, которые сохраняют прохладу. Вы читаете слова через стеклянную ЖК-панель вашего ноутбука или закаленную стекло гориллы вашего смартфона, оба заряжены солнечной энергией из фотоэлектрических панелей на крыше. Говорящие головы бормочет вам через экран телевизора в углу.
Затем вы отправляетесь на работу или в школу, в застекленной машине, автобусе, поезде (возможно, даже вертолет), сгорбившись под лампами с низким энергопотреблением, закрытыми стеклом, чтобы продлить срок их службы. Если вы за рулем, шоссе вы ревущий вниз может быть сделан из заполнителей и асфальта в том числе переработанное стекло; даже белые полосы посередине сделаны из крошечного стекла бусы, чтобы они сияли в фарах. Может быть, вы заглянете в банк или почта на вашем пути, улыбаясь кассиру позади ее пуленепробиваемое окно, как вы делаете быструю копию ваши водительские права (которые вы небрежно оставили на стекле копировального аппарата).
Фото: Стекло приносит снаружи! Это замечательная часовня странников в Ранчо Палос Вердес, Калифорния, спроектированная Ллойдом Райтом (сыном Фрэнка Ллойда Райта). Фотография из коллекции калифорнийских фотографий Джона Б. Лавлейса в рамках американского проекта Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.
Если это современное здание, то ваш офис или школа могут быть маленьким стеклянным собором; мы Думайте о стекле как о хрупком и хрупком, но закалите его правильно и из него можно делать стены, полы, крыши и лестницы; магазины показать свои изделия через огромные ламинированные панели, отполированные до совершенство.
И это лишь малая часть того, что делает для нас стекло. Есть множество других мест, где он прячется, от лампочек в термометры и металлокерамические пломбы в зубах к корпусам лодок из стеклопластика, «наждачная бумага», которую мы используем для украшения (часто это стеклянная бумага), и даже датчики деформации, которые предупреждают нас, когда здания трескаются. Прозрачный, чистый, привлекательный, нереактивный, дешевый, сильный и эффективный. Что больше вы могли бы хотеть? Стекло — один из тех волшебных материалов, которые мы воспринимаем как должное; везде и нигде — «незримо прозрачно», т. е. мы даже не замечаем, что он там!
Подробнее
На этом сайте
- Пуленепробиваемое стекло
- Стекло электрохромное (электрически затемняющее)
- Теплоотражающее (низкоэмиссионное) стекло
- Материаловедение
- Фотохромное (светочувствительное) стекло
На других сайтах
- Музей стекла: Большой музей стекла в Такоме, штат Вашингтон.
- Музей стекла Корнинга: изучите историю стекла и производства стекла в Корнинге, Нью-Йорк.
- Национальный центр стекла: Музей стекла в Университете Сандерленда, Великобритания.
Книги
- Стеклянный батискаф: как стекло изменило мир Алана Макфарлейна и Джерри Мартина Алана Макфарлейна и Джерри Мартина. Profile, 2002. Исследует историю стекла с древних времен до наших дней. Я считаю, что это та же книга (в другой упаковке), что и «Стекло: всемирная история» Алана Макфарлейна и Джерри Мартина. Издательство Чикагского университета, 2002. .
- Введение в науку и технологию стекла Дж. Э. Шелби. Королевское химическое общество, 2020 г. Учебник для студентов, посвященный химическим и материаловедческим аспектам стекла. Охватывает различные типы стекла и их механические, оптические и другие свойства.
- Стекло: механика и технология Эрика Ле Буриса. Wiley-VCH, 2014. Охватывает историю, структуру, свойства и применение стекла.
- Наука о стекле Роберта Доремуса. Wiley, 1994. Классический однотомный справочник по науке об аморфных стеклообразных телах. «
- атомов под половицами» Криса Вудфорда. Bloomsbury, 2015. Если вы ищете более беззаботный подход, моя недавняя книга исследует чудеса стекла в «Главе 8: Удивительное остекление». Возможно, вы сможете прочитать некоторые из них в Интернете в Google Книгах, перейдя по этой ссылке.
Статьи
- Во имя искусства: Риск и награда на 2000 градусов Глории Доусон. The New York Times, 1 сентября 2016 г. Это слайд-шоу рассказывает о закулисье экспериментальной стекольной мастерской UrbanGlass в Нью-Йорке.
- Работа со стеклом: как Corning создала ультратонкий и сверхпрочный материал будущего Брайан Гардинер, Wired, 24 сентября 2012 г. Происхождение замечательного стеклокерамического материала, который в итоге стал стеклом Gorilla Glass для смартфонов.
- Удар за ударом: GlassLab приходит на Губернаторский остров от Джулии Фельсенталь. The New York Times, 3 июля 2012 г. Представляем GlassLab в Музее стекла Корнинга.
- Willow Glass: сверхтонкое стекло может «оборачивать» устройства Катя Москвич, BBC News, 5 июня 2012 г. Corning представляет тонкое и гибкое стекло для дисплеев следующего поколения.
- «Говорящая со стеклом» Андреа Труппин. The New York Times, 27 января 2005 г. Мир Майкла Дэвиса, специалиста по реставрации старинного стекла.
- Выдувание стекла становится искусством Кэтрин Пирсон. The New York Times, 7 января 1979 г. Из архива Times краткое введение в чудеса выдувного стекла.
Подкасты
- BBC Radio 4: В наше время: Наука о стекле Мелвина Брэгга, 28 мая 2015 г. Среди опрошенных гостей — физик, профессор Афина Дональд. (43 минуты, можно скачать в формате MP3.)
Патенты
Для более подробной технической информации попробуйте эти:
- Патент США 1 304 623: Стекло Юджина С. Салливана и Уильяма С. Тейлора, Corning, 27 мая 1919 г. Один из оригинальных патентов Corning на Pyrex (боросиликатное стекло), в котором описывается его химический состав и физические свойства.
- Патент США 1 304 623: Изделие из натриево-алюмосиликатного стекла, усиленное поверхностным слоем напряжения сжатия, Дэвид Бойд, Corning, 11 декабря 1973 г. Патент Corning на сверхпрочное «стекло Gorilla», которое Apple с таким успехом использовала в своих смартфонах и планшетах. .
- Патент США 20160368777: Водосольватированные стеклянные / аморфные твердые ионные проводники, Джон Б. Гуденаф и др., 22 декабря 2016 г. Один из самых инновационных химиков 20-го века предлагает совершенно новый тип батареи на основе стекла.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.
Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2007, 2022.