Из чего и как делают стекло в промышленности
В народе бытует мнение, будто стекло делают, обжигая песок при высоких температурах. Конечно, это не так. Вот как в реальности создают этот материал.
За изготовлением на первый взгляд такого простого продукта, как стекло, на самом деле стоит очень сложный технологический процесс и великое разнообразие вариантов
Стекло — это некристаллическое твердое вещество, которое в большинстве случаев он образуется при быстром охлаждении расплава определенного состава. Стекло может быть прозрачным или непрозрачным. Оно широко используется для изготовления окон, посуды, упаковки пищевых продуктов, а в оптике — для линз и зеркал. Вот как создается этот материал в промышленности.
Из чего делают стекло
Стекло обычно изготавливается из 3 ингредиентов: песка, известняка и кальцинированной соды. Песок или диоксид кремния — самая популярная основа для стекла. Он состоит из очень маленьких кристаллов. Если нагреть его до очень высоких температур, он расплавится и превратится в жидкость.
После охлаждения он снова становится твердым, но переходит в другую форму — станет тонким прозрачным кусочком стекла.
Стекло, изготовленное из кремния, называется силикатным. Это не единственная основа для стекла, которую используют люди. Вместо песка также можно использовать следующие ингредиенты:
- Карбонат натрия — хороший вид стекла для окон и посуды.
- Боросиликатное стекло имеет низкие коэффициенты теплового расширения, что хорошо для лабораторного оборудования и повседневной посуды, а также автомобильных фар.
- Свинцовое стекло очень блестящее, с большим преломлением и красивым светом. Вот почему его часто используют для изготовления посуды, особенно из цветного стекла.
- Алюмосиликатное стекло обладает высокой термостойкостью и долговечностью, поэтому его часто используют для производства стекловолокна, стеклопластика, кухонной посуды и стекла для галогенных ламп.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Как мы уже говорили ранее, в производстве стекла, помимо песка, используются известняк и кальцинированная сода.
Сода используется для ускорения процесса плавления, а известняк необходим для придания изделию большей прочности. Иногда известняк заменяют доломитом или используют вместе с ним, потому что эти 2 ингредиента обладают схожими качествами.
Как делают стекло
Давайте посмотрим, как изготавливается стекло на примере термополированного стекла, которое используется для окон, дверей, мебели, автомобильных стекол, зеркал и других изделий. Ее изготовление обычно включает не менее 4 этапов:
- Плавка: смесь песка, соды, известняка и / или доломита помещается в печь и плавится при температуре около 1480°С. В смесь можно добавлять около 20% стеклобоя. После длительного перемешивания появляются пузырьки газа, которые удаляются во время движения жидкого стекла. После этого лента из расплавленного стекла плавает в ванне с жидким оловом. Этот этап занимает до 50 часов.
- Формование: Жидкое стекло проходит по каналу и растекается по поверхности тонким слоем жидкого олова при температуре около 980 °C.
На этом этапе стекло очень вязкое, поэтому оно не смешивается с оловом и образует плоскую стеклянную ленту. Ее толщина зависит от того, насколько быстро стекло растекается по олову, а ширина регулируется машинными роликами по бокам. После этого стеклянная лента покидает камеру при температуре около 1370 °C. - Охлаждение: стеклянная лента продолжает двигаться и медленно затвердевает в камере отжига. Температура здесь тщательно контролируется и постепенно снижается примерно до 250 ° C. Когда лента выходит из камеры, она остывает и затвердевает при обдуве холодным воздухом. Теперь можно провести контроль качества стекла и, если оно хорошее, разрезать на листы.
- Покрытие: После резки на стекло можно наносить различные виды покрытий для улучшения его свойств, например, защиты от солнечных лучей или улучшенной изоляции и антибликового эффекта.
На этом этапе стекло очень вязкое, поэтому оно не смешивается с оловом и образует плоскую стеклянную ленту. Ее толщина зависит от того, насколько быстро стекло растекается по олову, а ширина регулируется машинными роликами по бокам. После этого стеклянная лента покидает камеру при температуре около 1370 °C.Как появилось стекло — АКТУАЛЬНОЕ СТЕКЛО — cтекольно-зеркальная мастерская — резка стекла и зеркал в Екатеринбурге и области
Первое стекло (непрозрачное, почти черное) родила сама природа, и образовалось оно из раскаленной лавы, вырвавшейся на поверхность земли миллионы лет назад.
Позднее (55 веков назад) человек научился изготавливать стекло сам. Родиной искусственного стекла ученые называют Месопотамию и Древний Египет. Обследуя мумию царицы Хатшепсут, археологи нашли ожерелье из крупных неровных зеленовато-черных блестящих стекляшек. Древнеегипетские стеклоделы не умели получать прозрачное стекло, ведь для этого нужна высокая температура в печи (1500°С), а для изготовления цветного стекла мастера примешивали железо, медь или марганец.
Особенно распространенным было голубое и бирюзовое стекло, окрашенное медью, а зеленое стекло получали окрашиванием медью и железом. Синее стекло, окрашенное кобальтом, появилось в Египте в начале н. э. Исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь — органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). Археологами в конце XIX в. недалеко от Фив были обнаружены руины древнеегипетской стекольной мастерской: остатки печей, фрагменты тиглей для плавки стекла, разрушенные стеклянные сосуды и стеклянные палочки разного цвета.
Так, ученым в общих чертах удалось восстановить технологию стеклоделия того времени. К XV в. до н. э. стекло массово производилось не только в Египте, но и в Передней Азии, и на Крите. К IX в. до н. э. были открыты технологии для производства бесцветного стекла. Первое известное «пособие» по стеклоделию датируется650 г. до н. э. и представляет собой таблички, хранившиеся в библиотеке ассирийского царя Ашшурбанипала. Технологии производства стекла из природных материалов представляли собой тщательно охраняемую тайну, они применялись лишь при дворе правителей наиболее могущественных государств. В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к2000 г. до н. э. В Китае в V-III вв. до н. э. стеклянные изделия появляются в большом количестве, в том числе бусы с «глазовидным» узором и специфическим химическим составом.
Первые письменные свидетельства об изготовлении стекла пяти цветов в Поднебесной относятся к концу III в. В эллинистический период произошло дальнейшее развитие технологии стеклоделия, что позволило производить стеклянные изделия большого размера (столовую посуду). Также была разработана технология смешения стекла нескольких цветов для получения мозаичных структур. В этот период бесцветное стекло начало цениться больше цветного, поэтому были усовершенствованы и технологии его изготовления. Одним из величайших периодов в истории стекла стал период Римской империи, когда человек научился выдувать стекло и придавать стеклянным предметам желаемую форму и размер. Римляне варили стекло не на костре, а в стекловаренной печи, сложенной из камня. Поэтому им удавалось получать более высокие температуры, и стекло у них плавилось уже по-настоящему, превращаясь в ослепительно сияющую жидкость. Первые в Италии стекловарни были устроены при Цезаре в Риме, тогда же возникла и мозаика.
Во времена императора Тита (конец I в.
н. э.) применялись уже оконное литое стекло и стеклянные пластинки для облицовки стен. Листовое оконное стекло было большой роскошью и редкостью и применялось лишь для церквей вплоть до конца XII ст. Частные жилища у богатых римских патрициев были снабжены слюдяными окнами. В начале I в. н. э. один римский мастер сделал длинную и тонкую железную трубку с небольшим расширением на конце. На другой ее конец он насадил деревянный мундштук, чтобы защитить губы от ожога. Это простое изобретение оказалось поистине гениальным, ведь на протяжении почти двух тысяч лет все стеклянные изделия создавались при помощи этой трубки. Искусство стеклоделия в Древнем Риме находилось на высоком уровне, к выдающимся образцам мирового искусства относится Портландская ваза (хранится в Британском музее). После падения Римской империи (конец V в.) центр стеклоделия перемещается в Византию, где освоили выплавку цветного непрозрачного стекла (смальты) для мозаики, сменившую каменную мозаику.686 г. н. э. считается годом создания первых витражей из стекла.
При раскопках в слоях XI-XIII вв. обнаружено множество мастерских по производству стеклянных бус и браслетов, которые были тогда очень модными украшениями. Таким образом, первоначально стекло и изделия из него появились не как предмет первой необходимости, а как предмет искусства, роскоши. Первое упоминание о стеклянных заводах в России относится к царствованию Алексея Михайловича. В1635 г. близ Можайска шведом Елисеем Коэтом был построен первый в России стекольный завод, а в1668 г. — Измайловский завод под Москвой. При Петре I на Воробьевых горах построили государственный стекольный завод. В1748 г. М.В. Ломоносов организовал при Петербургской академии лабораторию, в которой проводил опыты с окрашиванием стекла, варил смальту, разработав палитру цветной стеклянной мозаики. В1753 г. им была построена для производства цветного стекла Усть-Рудицкая фабрика под Петербургом.
(По материалам журнала «Вестник промышленности»)
Как делают стекло и из чего оно сделано?
Из всех изобретений человека стекло — одно из самых замечательных. У него достаточно твердости, чтобы защитить нас, но его легко разбить. У стекла также есть удивительная особенность быть твердым телом, которое пропускает свет — это свойство, которым обладают очень немногие материалы.
Хотя сейчас стекло является частью нашей повседневной жизни, в доисторические времена этот материал был самым ценным и востребованным предметом. Давайте узнаем больше о том, как этот материал производится и используется в окнах в наших домах.
Из чего сделано стекло?
Стекло сделано из кремния, который в основном представляет собой песок, но песок совсем не похож на стекло, так что же делает его прозрачным? В структуре стекла нет пустот, которые позволяли бы свету рассеиваться.
В результате фотоны, попадающие в стекло, не поглощаются и не отклоняются, создавая прозрачный материал.
В прошлом стекло изготавливали путем нагревания песка до 3090°F, превращая его в расплавленную жидкость, из которой затем формовали стеклянные изделия. Когда расплавленный песок остывает, молекулярная структура материала претерпевает значительные изменения. В научных терминах это состояние известно как аморфное твердое тело↗, и стекло — один из лучших его примеров.
Процесс производства стекла, который мы используем сегодня, намного эффективнее того, что мы обсуждали.
Сегодня стекло производят путем смешивания песка с карбонатом натрия↗, снижая температуру плавления кремнезема. Однако этот процесс также делает смесь соды и стекла водорастворимой. Поэтому в смесь часто добавляют известняк или карбонат кальция, чтобы предотвратить растворение стекла и сделать его водонепроницаемым.
Современный процесс производства стекла также включает использование нескольких добавок со смесью кремнезема для придания стеклу различных свойств, таких как прочность, проводимость, цвет и т.
д.
Как производится оконное стекло?
Первая задача состоит в том, чтобы убедиться, что оконное стекло абсолютно плоское. Дефекты толщины стекла могут вызвать такие проблемы, как плохая оптика или несовместимость с оконными стеклами.
Хотя мы разработали несколько методов изготовления плоских стеклянных пластин, наиболее распространенным методом, используемым сегодня, является метод флоат-стекла↗, изобретенный сэром Аластером Пилкингтоном в 1952 году.
В этом методе расплавленное стекло выливается на расплавленное олово, образуя плоский слой, который плавает поверх поверхности олова. Стеклянную пластину оставляют охлаждаться до 1112°F, а затем перемещают на конвейерную ленту. Тонкость стекла зависит от скорости конвейера. Чем быстрее конвейер, тем тоньше будет лист стекла.
История оконного стекла
Первое известное использование стекла для окон датируется 680 годом нашей эры в Англии. В старых соборах часто были очень тщательно сделанные витражи, многие из которых сохранились до наших дней.
Эти памятники показывают нам, что люди в прошлом уже экспериментировали со стекловарением. Одной из заметных личностей среди этих новаторов был Джабир ибн Хайян, персидский химик, который много экспериментировал с окрашиванием стекла.
Джабир записал свои открытия в книгу под названием «Китаб ад-Дурра аль-Макнуна» или «Книга сокрытой жемчужины». Однако у людей того времени не было доступа к сложной технике, которая есть у нас сейчас. В результате массовое производство оконных стекол стало невозможным. Производство оконных стекол в настоящее время в значительной степени автоматизировано, а стоимость значительно снизилась за последнее столетие.
Типы стекол, используемых в окнах дома
Существует два основных типа оконного стекла, которые различаются в зависимости от основного производственного процесса. Производители используют эти стекла в качестве основы для создания различных разновидностей стеклянных панелей.
Отожженное стекло
Отжиг — это процесс, при котором вы даете стеклу медленно остыть после его затвердевания и переноса из основы из расплавленного олова.
Постепенное охлаждение в контролируемой среде снимает внутренние напряжения внутри стекла, делая его менее склонным к растрескиванию от механических ударов или изменений температуры.
Закаленное стекло
Закаленное стекло изготавливается путем охлаждения плоских сторон стекла с помощью струи воздуха. Дуновение увеличивает скорость охлаждения внешней поверхности стекла по сравнению с внутренней. Этот процесс создает сжимающую силу на внешней поверхности стекла, которая уравновешивается силами растяжения, возникающими внутри стекла. В результате стеклянная панель в 4-5 раз прочнее отожженного стекла. Закаленное стекло также более безопасно. В случае, когда стекло разбивается, оно разбивается на мелкие квадратные осколки, а не на длинные острые осколки.
Развитие производства стекла продолжится
Стекло привлекало нас тысячи лет и продолжает привлекать нас сегодня. Когда-то этот волшебный материал был дорогим в производстве и хранении, но теперь мы овладели искусством изготовления стекла и совершили прорыв в разработке новых типов очков.
Со временем мы продолжим наблюдать улучшения в производственных процессах и типах производимого стекла.
Хотите узнать больше о том, как Бреннан может обновить внешний вид вашего дома?
Свяжитесь с нашей командой и запишитесь на бесплатную домашнюю демонстрацию.
Бесплатная оценка
стекло
Что такое стекло и как оно производится?Стекло – это твердый материал, обычно хрупкий и прозрачный, часто встречающийся в нашей повседневной жизни. Состоит в основном из песка (силикаты, SiO2) и щелочи.
Эти материалы при высокой температуре (т.е. в расплавленном вязком состоянии) сплавляются вместе; затем они быстро охлаждаются, образуя жесткую структуру, однако не успевая сформировать кристаллическую правильную структуру.
В зависимости от конечного использования и области применения состав стекла и скорость охлаждения будут варьироваться для достижения соответствующих свойств для конкретного применения. Вот основные ингредиенты для получения стекла:
1. Песок (диоксид кремния SiO2)
В чистом виде он существует в виде полимера (SiO2)n.
2. Кальцинированная сода (карбонат натрия Na2CO3)
Обычно SiO2 размягчается до 2000°C, при которой он начинает разлагаться (при 1713°C большинство молекул уже могут свободно двигаться). Добавление соды снизит температуру плавления до 1000 ° C, что сделает ее более управляемой.
3. Известняк (карбонат кальция или CaCo3) или доломит (MgCO3)
Также известный как известь, карбонат кальция встречается в природе в виде известняка, мрамора или мела.
Сода делает стекло водорастворимым, мягким и не очень прочным. Поэтому добавляют известь, повышающую твердость и химическую стойкость, а также обеспечивающую нерастворимость материалов.
Другие материалы и оксиды могут быть добавлены для улучшения свойств (оттенка, долговечности и т. д.), получения различных эффектов, цветов и т. д. основные характеристики стекла:
— Твердый и твердый материал
— Неупорядоченная и аморфная структура
— Хрупкий и легко разбивается на острые осколки
— Прозрачный для видимого света
— Инертные и биологически неактивные материалы.
— Стекло на 100% подлежит вторичной переработке и является одним из самых безопасных упаковочных материалов благодаря своему составу и свойствам.
Стекло используется в архитектуре, освещении, передаче электроэнергии, в приборах для научных исследований, оптических приборах, бытовых инструментах и даже текстиле. Стекло не портится, не подвергается коррозии, не окрашивается и не выцветает, поэтому оно является одним из самых безопасных упаковочных материалов.
Эти свойства можно модифицировать и изменять путем добавления других соединений или термической обработки.
Основные типы стекла описаны ниже:
Коммерческое стекло или известково-натриевое стекло:
Это наиболее распространенное коммерческое стекло и дешевле. В состав натриево-известкового стекла обычно входит 60–75 % кремнезема, 12–18 % соды и 5–12 % извести. Небольшой процент других материалов может быть добавлен для определенных свойств, таких как окрашивание.
— Обладает светопропусканием, подходящим для использования в плоском стекле в окнах;
— Имеет гладкую и непористую поверхность, что позволяет легко очищать стеклянные бутылки и упаковочное стекло;
— Емкости из известково-натриевого стекла практически инертны, устойчивы к химическому воздействию водных растворов, поэтому они не загрязняют содержимое внутри и не влияют на вкус.
В то время как чистое стекло SiO2 не поглощает УФ-свет, известково-натриевое стекло не пропускает свет с длиной волны менее 400 нм (УФ-свет).
Недостатком натриево-известкового стекла является то, что оно неустойчиво к высоким температурам и резким температурным перепадам. Например, каждый сталкивался с разбитием стакана при наливании жидкости при высокой температуре, например, для приготовления чая.
Некоторое использование известково-натриевого стекла в основном используется для изготовления бутылок, банок, повседневных стаканов и оконного стекла.
Свинцовое стекло :
Свинцовое стекло состоит из 54–65 % SiO2, 18–38 % оксида свинца (PbO), 13–15 % соды (Na2O) или поташа (K2) и различных других оксидов. При содержании PbO менее 18% его называют хрустальным стеклом.
— В умеренных количествах свинец повышает прочность;
— В больших количествах снижает температуру плавления и твердость, делая поверхность мягкой;
— Кроме того, он имеет высокий показатель преломления, что придает стеклу высокий блеск.
Эти два последних свойства делают его подходящим для декоративных целей.
Стекло с высоким содержанием оксида свинца (т.е. 65%) может использоваться в качестве радиационно-защитного стекла, поскольку свинец поглощает гамма-лучи и другие формы вредного излучения, например, в атомной промышленности.
Как и известково-натриевое стекло, свинцовое стекло не выдерживает высоких температур или резких перепадов температуры.
Боросиликатное стекло:
Боросиликатное стекло в основном состоит из диоксида кремния (70-80%), оксида бора B2O3 (7-13%) и небольшого количества щелочей (оксидов натрия и калия), таких как 4-8% Na2O и K2O и 2-7% оксида алюминия (Al2O3).
Бор придает большую устойчивость к термическим изменениям и химической коррозии.
Оно подходит для промышленных химических заводов, лабораторий, фармацевтической промышленности, в колбах мощных ламп и т. д. Боросиликатное стекло также используется в быту для приготовления плит и других термостойких изделий. Он используется для домашних кухонь и химических лабораторий, потому что он обладает большей устойчивостью к тепловому удару и обеспечивает большую точность лабораторных измерений при экспериментах по нагреву и охлаждению.
Существуют и другие специальные виды стекла с добавлением различных веществ. For example:
Element | Properties |
| Alumina | It improves chemical resistance and increases viscosity in lower temperature ranges |
| Cerium | To absorb infrared rays |
| Красители | Металлы и оксиды металлов для изменения цвета (например, марганец и селен для обесцвечивания газа, кобальт для синего, медь для красного, никель дает синее, фиолетовое или черное стекло, титан дает желтовато-коричневый цвет и т. д.) . |
| Оксид бария | Стекло, содержащее барий, не такое тяжелое, как свинцовый хрусталь, но имеет такой же блеск благодаря высокому показателю преломления. |
| Фтор | Фторсодержащие материалы, такие как плавиковый шпат (CaF2) или фосфаты, образующие в стекле мелкие кристаллические частицы, которые придают им мутный и непрозрачный вид |
| , включают: — Защитное стекло , состоящее из двух кусков листового стекла, соединенных пластиком для предотвращения разлета стекла при разбитии. 2019 © Все права защищены. |
