Стекло, стеклообразное состояние. Свойства стекол

Сталкиваясь со стеклянными изделиями ежедневно, мало кто из нас задумывается - из чего делают стекло? Как протекает процесс его производства? Появившись в Древнем Египте 5 тысяч лет назад, стекло было очень мутным, и имело непривлекательный вид. Материал, с которым мы сталкиваемся сейчас, был получен гораздо позже.

Состав стекла.

Для стекловарения используют чистый кварцевый песок (около 75%), известь и соду . Для получения продукта со специфическими свойствами, в состав могут входить оксиды и металлы.

Оксид борной кислоты . Понижает коэффициент теплового расширения полученных изделий, и повышает блеск и прозрачность готовых изделий.
Свинец . Этот компонент добавляют при производстве хрусталя. Изделия из хрусталя более холодные на ощупь и имеют характерный для этого материала блеск и звон.
Марганец . Добавление этого тяжелого металла способствует получению продукции с зеленым оттенком. Помимо марганца, при помощи никеля, хрома или кольта, можно получить изделия других цветов.

Физические свойства.

Самые главные характеристики стекла:

Плотность . Данная характеристика зависит от химического состава и колеблется от 2200 до 6500 кг/м³. При повышении температуры, плотность стекла уменьшается и оно становится особенно хрупким.
Прочность . В зависимости от вида стекла, его прочность варьируется от 50 до 210 кгс/мм². Небольшое повреждение поверхности материала, снижает этот показатель в 3-4 раза.
Хрупкост ь. Хрупкость стекла и неспособность противостоять удару, ограничивает его применение в некоторых сферах жизни. При добавлении в состав материала определенных химических элементов, данная характеристика увеличивается.
Термостойкость . Термостойкость - способность материала выдержать огромные температурные перепады. Обычное оконное стекло может выдержать температуру до 90°С. В промышленности эти показатели увеличиваются в разы.

Виды стекла.

Многие изделия, сделанные из стекла, мы видим на улице и используем в повседневной жизни. Это стеклянная посуда, лампочки, очки, окна. В зависимости от физических и химических свойств, стекло используют также в производстве витрин, зеркал, светильников. Какие же виды этого однородного аморфного тела существуют и что из него делают?

Хрустальное стекло. Содержит в своем составе оксид свинца. Высокая прозрачность и блеск придают такому стеклу привлекательный и эстетичный вид. Используют, в основном, для изготовления посуды и сувенирных изделий.
Кварцевое стекло . В составе присутствует чистейший кварцевый песок. Благодаря тому, что изделия из кварцевого стекла могут выдержать большие температурные скачки, из него делают лабораторную посуду, изоляторы, оптические приборы, окна.
Пеностекло . Представляет собой стеклянную массу, имеющую в своем составе многочисленные пустоты. Отличные тепловые и звукоизоляционные свойства обусловили его широкое применение в строительстве.
Стекловата . Имеет вид тонких стеклянных нитей, имеющих высокое сопротивление разрыву. Используют как в строительстве, так и в химической промышленности. Стекловата огнестойка. Поэтому ее используют в составе материала для пошива одежды сварщиков и пожарных.

К этому списку можно добавить стекла, имеющие специфические свойства :

Огнестойкое . Противостоит действию открытого пламени и выдерживает высокую температуру.
Термостойкое . Имеет низкий коэффициент термического расширения и выдерживает резкие скачки температуры
Пуленепробиваемое . Ударопрочное стекло способное противостоять мощным ударам.

Как делают стекло?

Производство стекла включает в свой процесс следующие этапы:

Подготовка необходимых материалов . Приготовленное сырье нуждается в специальной обработке. Кварцевый песок обогащают, и из его состава удаляют примеси железа. Известняк и доломит тщательно дробят.
Смешивание материала в определенных соотношениях . Количество того или иного материала и его процентное соотношение в подготовленной примеси зависит от требуемых физических и химических свойств стеклоизделий.
Варка в стекловаренных печах . Стадия варки происходит при высокой температуре, диапазон которой колеблется от 800°С до 1400°С. Идет активный процесс плавки кварцевого песка, и стекломасса становится вязкой и прозрачной.

После получения однородной стекольной смеси, происходит формирование будущих изделий, резкое охлаждение продукции с последующей термической и физической обработкой.

Применение в промышленности

Применение прозрачного, износостойкого и прочного материала, имеющего гладкую поверхность, поражает воображение. Несмотря на то, что стекло очень хрупкий материал, его широко используют в различных областях промышленности и быта.

Машиностроение - входит в состав противопригарных красок, которыми обрабатывают транспорт.
Бумажная промышленность - пропитка готовой бумажной массы.
Строительство - добавляют в кислотостойкие материалы и в жароупорные конструкции из бетона.
Химическая промышленность - производство моющих средств.

Этот функциональный материал можно гнуть, кроить, плавить и получать из него неповторимые и прекрасные изделия. Именно поэтому цветное стекло активно используют для декоративных работ при строительстве общественных зданий и изготавливают всевозможные сувениры.

Категории стекла

По своему назначению стекло делится на следующие категории :

Бытовое стекло . Эта группа состоит из пяти подгрупп - кухонная посуда, бытовая посуда, ламповые изделия, художественные изделия и посуда хозяйственного назначения.
Строительное стекло - листовое стекло, витрины, стеклопакеты, теплоизоляционные стеклопакеты, армированное стекло.
Стекло технического назначения - лабораторные приборы, защитные изделия для промышленности, стекловата, оптика.

Помимо защиты наших домов от ветра, дождя и холода, стекло дает человеку обширную область для творчества. Процесс создания его так же красив и загадочен, как и сам материал. Стекло прозрачное, твердое, стойкое к кислотам, стало незаменимым материалом в архитектуре и в повседневном быту.

В этой статье мы подробно рассмотрели, из чего делают стекло. Этот материал занял особое, важное место в жизни человека, без него многие бытовые вещи бы оказались намного сложнее.

Видео: процесс изготовления вещества

Стекло - аморфное вещество, не обладающее свойствами кристаллического вещества в твёрдом виде. Это неорганический продукт плавления, охлажденный до твёрдого состояния без кристаллизации. Стекло это застывшая жидкость. Его плотность составляет 2500 кг/м³, а теплопроводность достигает 0,84 Вт/м*К. Прочность стекла на растяжение лежит в интервале от 30 до 100 МПа. Коэффициент Пуассона принимается равным 0,25. Современные стёкла различаются сразу по нескольким признакам - составу, способу изготовления, внешнему виду и дополнительным свойствам.

По химическому составу стекло различается на натрий-кальций-силикатное (soda-lime glass) и боросиликатное (borosilicate glass). Основными компонентами первого являются двуокись кремния, оксиды натрия и кальция, а второе содержит бор.

По способу изготовления стекло может быть листовым (sheet glass), тянутым (drown glass), прокатным (rolled glass), плоским полированным (polished plate), многослойным (laminated glass), закалённым (toughed glass), а также термополированным - флоат-стеклом (float glass). Энергосберегающее (низкоэмиссионное) стекло по способу изготовления может быть с жёстким покрытием (hard coat glass) - так называемое К-стекло или с мягким покрытием (soft coated glass) - так называемое Е-стекло.

По внешнему виду стекло разделяется на чистое (clear glass), супер-чистое (extra-clear glass), тонированное в массе (tinted glass), узорчатое прокатное (figured rolled glass), рефлективное (reflective glass), зеркальное (mirror), витражное (stained glass), армированное (wired glass) и гнутое (curved glass), также называемое моллированным.

По дополнительным свойствам стекло делится на огнестойкое (flameproof glass), термостойкое (heat-resisting glass), нейтральное (neutral glass), солнцезащитное (solar control glass), безопасное (safety glass) и низкоэмиссионное (low E glass). Огнестойкое стекло не разрушается в течение некоторого времени при нагревании или контакте с пламенем, а термостойкое вследствие низкого коэффициента термического расширения способно выдержать сильный термический удар. Ввиду незначительности указанных различий эти два типа стёкол часто объединяют при классификации.

Стёкла, различные по одному или нескольким признакам согласно только что приведённой классификации, могут относиться к одному и тому же или разным видам по целевому назначению (по способу их применения). Строгого разделения в этом плане нет. Сравнительные характеристики разных видов стекла будут подробно рассмотрены далее. При этом разделение стёкол на марки является строгим. Марки стекла - условные обозначения стекла, зависящие от его характеристик и области применения. Существует восемь марок стекла (М0-М7), устанавливаемых в зависимости от его качества по ГОСТ 111-2001 "Стекло листовое. Технические условия". Чем меньше порядковый номер марки, тем лучше качество стекла по оптическим искажениям и допускаемым порокам внешнего вида. Несмотря на существование марки М0, очень широко распространённые стёкла марки М1 также считаются изделиями высшего качества. Качество стёкол марок М2 и М3 считается средним. Согласно ГОСТ 111-2001 для стекла марки М1 допускается до четырех пороков на 1 м², а расстояние между ними должно быть не менее 300 мм. Заметные вкрапления характерны для стёкол марки М2. Если при просмотре сквозь стекло под углом 45° картинка допускает радужные разводы и "плывёт", то это - стекло марки М3.

Сравнительные характеристики разных видов стекла

Борское стекло - в прямом смысле это стекло, произведённое комбинатом в г. Бор Нижегородской области. Поскольку большие объёмы производства и высокое качество сделали стёкла Борского комбината очень распространёнными и известными в нашей стране, то в переносном смысле "борским стеклом" называется качественное листовое стекло марки М1. Сегодня название "борское стекло" стало нарицательным.

Листовое стекло (sheet glass) - плоское стекло, обработанная поверхность которого не допускает оптических искажений. Микронеровности на поверхности полированного стекла не превышают 0,01 мкм, светопрозрачность составляет 87%. Стекло, полированное термическим способом, изготавливают в соответствии с ГОСТ 7132-78. Оно производится в виде плоских листов длиной от 600 до 1600 мм, шириной от 400 до 1300 мм и толщиной 3, 4, 5 и 6 мм; размеры сторон должны быть кратными 50 мм. Отклонения размеров не должны превышать ±2 мм для листов площадью до 1 м² и ±3 мм для листов площадью свыше 1 м². Полированному стеклу соответствуют общие для листовых стёкол физико-химические свойства: плотность 2,58 г/см³, температура размягчения около 600 °С, термостойкость 60-70 °С. Стекло должно быть химически стойким. По ГОСТ количество щелочных окислов в пересчете на оксид натрия, растворяющихся при обработке в дистиллированной воде при температуре 80 °С в течение 3 часов, не должно превышать 0,15 мг на 100 см² поверхности образцов.

Армированное стекло (wired glass) - листовое стекло, внутри которого в процессе его производства параллельно плоскости поверхности проложена металлическая сетка. Стекло может иметь одну сырую литую поверхность (армированное литое стекло), быть полированным (полированное армированное стекло) или полупрозрачным с шестиугольной сеткой (узорчатое прокатное армированное стекло). Армированное стекло вместе с триплексом относится к группе безопасных стёкол, так как при разрушении не дает падающих или отскакивающих осколков. Благодаря наличию сетки оно разламывается, но не распадается при ударе, трескается, но также не распадается при пожаре, образуя эффективную преграду на пути дыма и горячих газов. Поэтому его также можно отнести к группе защитных или огнестойких (противопожарных) стёкол. Металлическая сетка способствует равномерному распределению температуры по всему объёму стекла, что снижает термические напряжения. Предел огнестойкости армированного стекла наступает при температуре 850-870 °С в сравнении с 400 °С для обычного листового. При этом такое стекло слабо защищает от теплового воздействия пламени. Качество армированного стекла во многом определяет металлическая сетка. Качественное армированное стекло должно не растрескиваясь отламываться по линии надреза. Наличие в стекле множества "пузырей" выдаёт брак. Коэффициент общего светопропускания для стекол, армированных сварной металлической сеткой с квадратными ячейками, составляет 0,6-0,65, а для стекол с крученой сеткой с шестиугольными ячейками 0,68-0,75. Одна из поверхностей армированного стекла может быть узорчатой или рифленой. Цветные стёкла окрашиваются оксидами металлов. Наиболее распространенные цвета - золотисто-желтый, зеленый, лилово-розовый и голубой.

Безопасное стекло (safety glass) - закалённое стекло, не образующее фрагменты с острыми краями при его разрушении. Как правило, это многослойные конструкции толщиной от 4 до 120 мм с коэффициентом светопропускания не менее 85%. Также "безопасными стёклами" называют различные по назначению, способу изготовления или другим особенностям стёкла, которые предназначены для защиты от разных внешних воздействий. В эту группу входят бронированные, безосколочные и ламинированные плёнкой стёкла, а также триплекс.

Боросиликатное стекло (borosilicate glass) - силикатное стекло, содержащее бор в качестве характеризующего компонента, в отличие от широко распространённых натрий-кальций-силикатных стёкол (soda-lime glass), основными компонентами которых являются двуокись кремния, оксиды натрия и кальция. Производится путём замены в исходной сырьевой массе щелочных компонентов на окись бора. Вследствие такой замены температурный коэффициент линейного расширения готового стекла становится низким, и оно приобретает способность выдерживать высокие температуры. Боросиликатное стекло - это обычно безопасное флоат-стекло толщиной от 5 до 8 мм с коэффициентом светопропускания около 90%. Может использоваться как самостоятельно, так и в стеклопакетах в комбинации с другими видами стёкол. После дополнительной термической обработки боросиликатное стекло становится так называемым "специальным противопожарным боросиликатным стеклом", способным даже в однолистовом исполнении сдерживать распространение огня и дыма в течение 30, 60 или 120 минут, в зависимости от его толщины. Во время пожара стекло остается прозрачным, его светопропускающая способность такая же, как и у обычных стёкол. С одной стороны, это позволяет лучше ориентироваться покидающим помещение людям и пожарным, а с другой стороны стекло пропускает не только видимое излучение - свет, но и тепловое излучение, то есть жар от открытого огня. Боросиликатное стекло не только термостойкое, но также и химически стойкое к различным агрессивным средам. В готовом виде стекло не подлежит дальнейшей обработке и поэтому изготавливается строго по размерам заказчика или согласно готовым проектам.

Бронированное стекло - изготовленное, как правило, на основе флоат-стекла специальное укреплённое стекло, в зависимости от степени защиты способное противостоять воздействию различного стрелкового оружия. Например, 1-я (минимальная) степень гарантирует защиту от выстрела из пистолета ПМ пулей массой 5,9 г с начальной скоростью 300-325 м/с, а толстые многослойные конструкции 4-ой (высшей) степени защиты успешно противостоят оболочечным со стальным термоупрочненным сердечником пулям массой 9,6 г, выпущенным из снайперской винтовки с начальной скоростью до 815-840 м/с. Защитные свойства бронированных стёкол достигаются благодаря многослойному исполнению и применению специальных плёнок.

Гнутое (моллированное) стекло (curved glass) - изогнутое по радиусу в результате особой термообработки листовое стекло. Ему придаётся нужная форма в ходе разогрева в печи до определенной температуры размягчения с последующим медленным охлаждением. Весь процесс термической обработки готового листового стекла в специальной печи для изменения его формы называется моллированием, поэтому гнутое стекло также называется моллированным. Минимальный радиус изгиба зависит от толщины стекла. Для стекла толщиной 4 мм минимальный радиус изгиба равен 80 мм, для стекла толщиной 5 мм - 120 мм, для стекла толщиной 6 мм - 160 мм, для стекла толщиной 8 мм - 230 мм, для стекла толщиной 10 мм - 350 мм, для стекла толщиной 12 мм минимальный радиус изгиба составляет 500 мм.

Закалённое стекло (toughened glass)- листовое стекло, подвергнутое специальной химической или термической обработке с целью повышения механической прочности к ударам, устойчивости к перепадам температур и обеспечения безопасного характера разрушения. В ходе обработки поверхность стекла была быстро охлаждена от температуры близкой к точке размягчения, поэтому после полного охлаждения остаточные напряжения сжатия остались на поверхности. Это увеличивает термическую и механическую прочность закалённого стекла. В случае разрушения оно образует мелкие, безопасные осколки и не выпадает большими кусками. Относится к группе безопасных стёкол. Допустимое эксплуатационное напряжение при изгибе для закалённого стекла при коэффициенте запаса прочности 1,0 составляет 175 МПа в сравнении с 75 МПа для обычного стекла при том же коэффициенте запаса прочности. Предел прочности при изгибе вообще может достигать 250 МПа, что более чем в 5 раз выше по сравнению с обычным листовым стеклом. Увеличение механической прочности обусловливает повышение термостойкости. У закалённого стекла термостойкость достигает 1800 °С в сравнении с 400 °С для обычного листового. Оптические свойства стекла (коэффициенты пропускания, поглощения и отражения) после закаливания практически не изменяются. Светопропускание прозрачного закалённого стекла составляет не менее 84%. Готовые закалённые стекла нельзя резать, сверлить и подвергать другим видам механической обработки. Наиболее уязвимым местом закалённого стекла являются его кромки. При изготовлении и монтаже светопрозрачных конструкций необходимо оберегать его торцы от ударов, царапин и других воздействий.

Защитное стекло - общее название конструктивно различных типов стёкол, предназначенных для защиты персонала и материальных ценностей от опасных воздействий, а также помещений от проникновения. Это как огнестойкое, так и ударопрочное (ламинированное) или пулестойкое (бронированное) стекло. Защитные многослойные стёкла соответствуют ГОСТ Р 51136 и представляют собой различные композиции из нескольких склеенных между собой силикатных стекол. В составе композиции допускается использование органических стекол, поликарбоната, упрочняющих плёнок и других полимерных материалов. Светопропускание таких стёкол составляет не менее 60%. Стёкла выдерживают температуру до +60 °С при влажности 95%, а в морозостойком исполнении - до минус 40 °С.

Ламинированное стекло (laminated glass) или триплекс - многослойное архитектурное листовое стекло, состоящее из двух или нескольких листов, склеенных друг с другом по всей поверхности полимерной плёнкой или специальной ламинирующей жидкостью. В случае разрушения стекла внутренний ламинирующий слой удерживает образовавшиеся осколки. Поэтому многослойное стекло относится к группе безопасных стёкол. Триплекс это его простейший вариант, согласно названию состоящий из трёх слоёв: двух стёкол и плёнки между ними. Многослойные ламинированные стёкла способствуют защите помещения от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей и уличных шумов. Покрытые плёнкой системы дороже изготовленных с применением ламинирующей жидкости аналогов. Применением различных типов ламинирующих плёнок в сочетании с разным количеством и толщиной составляющих стёкол можно добиться не только тонирования готового изделия в нужный цвет, но и его значительного упрочнения.

Матированное стекло - конечное изделие, получаемое методом особого травления. Матирование (прозрачное матовое травление) это очень долгий и трудоёмкий процесс получения на поверхности стекла равномерного матового или прозрачного рисунка различной глубины путем травления. Травление основано на свойствах паров плавиковой кислоты образовывать нерастворимые соли в ходе взаимодействия с поверхностью готового стекла

Нейтральное стекло (neutral glass) характеризуется высокой химической стойкостью.

Низкоэмиссионное стекло (low E glass) - энергосберегающее стекло с низкой излучательной способностью (эмиссией). Чем ниже эмиссиватет стекла, тем меньше теплообмен между разделенными им воздушными средами и тем меньше тепловые потери через светопрозрачную конструкцию с таким стеклом или стеклопакетом. Низкоэмиссионное стекло хорошо пропускает видимый свет с длиной волны 770-380 нм и отражает длинноволновое тепловое излучение, также называемое инфракрасным, с длиной волны от 1 мм до 770 нм. Из-за такой избирательности низкоэмиссионное стекло также называют селективным. Указанные свойства обеспечиваются нанесением на поверхность "твёрдого" (К-стекло) или "мягкого" (Е-стекло) покрытия на основе оксида металла. Е-стекло (soft coated glass, в русской транскрипции читается как "И-стекло", также обозначается как Double Low-E или "i-стекло") - стекло с "мягким" напылением, имеющее нейтральное покрытие, наносимое методом катодного распыления в вакууме по окончании процесса производства самого стекла. Задерживает до 90% теплового излучения. К-стекло (hard coat glass) это энергосберегающее стекло с "твёрдым" напылением покрытия методом пиролиза непосредственно при производстве стекла. Напыление происходит на жидкое стекло, при этом атомы проникают внутрь его поверхностного слоя. Такое покрытие, в отличие от Е-стекла, не может быть удалено, оно устойчиво к воздействию абразивных материалов, что позволяет транспортировать, хранить, резать и обрабатывать К-стекло как обычное без потери его энергосберегающих свойств. К-стекло несколько хуже чем Е-стекло, поскольку оно задерживает около 70% теплового излучения. В остальном Е- и К-стекла практически одинаковы. Они могут подвергаться закалке, но для закаливания низкоэмиссионных стекол необходима специальная печь.

Огнестойкое стекло (flameproof glass) - неразрушаемое при нагревании или прямом контакте с пламенем стекло. Чаще такое стекло называется термостойким. Как правило, это боросиликатное стекло. Противопожарные окна, изготавливаемые с использованием огнестойких стёкол, соответствуют требованиям ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94. Предел огнестойкости выражается в минутах и для специальных изделий обозначается, например, Е 60, Е 45, Е 30 или Е 15. Или EI 60, EI 45, EI 30 или EI 15. Цифры обозначают время в минутах, в течение которого конструкция выполняет свои функции, а буквы соответствуют типу воздействия. Предельные состояния в отношении огня характеризуются потерей целостности в результате образования сквозных трещин или отверстий, допускающих проникновение продуктов горения или пламени (маркировка Е). А также потерей термоизолирующей способности (маркировка I). Под этим понимается повышение мощности теплового потока до предельного значения 3,5 кВт на расстоянии 0,5 м от поверхности стекла.

Полированное стекло (polished plate) - прозрачное листовое стекло, обработанное методом механической шлифовки и поэтому также называемое шлифованным. Отличается высоким качеством отделки поверхности. Обе поверхности отшлифованы и отполированы для придания им плоскостности и параллельности. Такое стекло не искажает оттенков проходящего света, не вызывает сильных поверхностных отражений и обеспечивает чёткое неискажённое изображение при просмотре через него. Полировке необходимо подвергать стёкла, получаемые методом вытягивания (методом Фурко). Стёкла, получаемые флоат-методом, как правило, в полировке не нуждаются.

Прокатное стекло (rolled glass) - листовое стекло, производимое из исходной стекломассы путём её непрерывного проката между двумя валками или периодического проката на столе с помощью одного валка.

Рефлективное стекло (reflective glass) - стекло с нанесённым на одну из его сторон металлизированным отражающим покрытием.

Солнцезащитные стёкла (solar control glass) - как правило, тонированные или рефлективные стёкла, уменьшающие пропускание солнечного излучения во всем спектре длин волн или в его части. Солнцезащитными стёклами могут быть окрашенные в массе стёкла бронзового, коричневого, серого или зелёного цветов, а также стёкла с некоторыми покрытиями. По принципу действия все солнцезащитные стекла можно разделить на два типа: преимущественно отражающие излучение и преимущественно его поглощающие. Для стёкол первого типа характерна поверхность с препятствующим проникновению излучения тонким металлическим слоем. Для некоторых стёкол второго типа характерен их нагрев, возникающий в процессе поглощения солнечного излучения. При этом часть тепла неминуемо передается внутрь помещения. Бесцветные стёкла с прозрачными для видимых лучей тонкими оксиднометаллическими, керамическими или полимерными покрытиями способны поглощать часть инфракрасного (теплового) излучения солнца, и поэтому они нагреваются значительно меньше. Их светотехнические характеристики слабо зависят от толщины листа. При этом далеко не все типы солнцезащитных стёкол защищают от прямых солнечных лучей - яркость солнечного диска в ряде случаев остается слишком высокой.

Теплопоглощающее стекло - защитное листовое стекло, предназначенное для уменьшения проникновения теплового излучения. По целевому назначению теплопоглощающее стекло очень близко к только что описанным солнцезащитным стёклам, но отличается от них уменьшенным светопропусканием не столько видимой части спектра, сколько инфракрасных лучей. Оно имеет голубой цвет с бронзовым или серым оттенком, светопропускание не превышает 70%. Прочие характеристики сравнимы с выпускаемым по ГОСТ 111-2001 плоским листовым стеклом. Теплопоглощающее стекло изготавливается по ТУ 21-23-23-81 из окрашенной стекломассы способом вертикального термического формования.

Тонированное стекло (tinted glass) - также часто называемое тонированным в массе стеклом, представляет собой окрашенное стекло с пониженным коэффициентом светопропускания. Требуемый цвет придаётся путём введения красителей в процессе стекловарения. Кроме того, стекло может быть тонировано нанесением специальных покрытий (тонирующих пленок или напылённых тонких металлических слоёв), но в этом случае оно называется тонированным, а не тонированным в массе стеклом.

Узорчатое прокатное стекло (figured rolled glass) - листовое бесцветное, цветное или полупрозрачное прокатное стекло, имеющее на одной или обеих сторонах декоративную обработку всей поверхности в виде рельефного закономерно повторяющегося узора. Такое стекло бывает разных цветов, рисунков, и толщины, а также может иметь различную светопропускаемость. Узорчатое стекло производится в полном соответствии с ГОСТ 5533-79 в виде листов длиной от 600 до 1600 мм для стёкол толщиной 3, 4, 5 и 6 мм, и, кроме того, для стёкол толщиной 3 и 4 мм в виде листов шириной от 400 до 1200 мм. Для стёкол толщиной 5 и 6 мм возможно производство листов длиной от 600 до 2200 мм и шириной от 400 до 1600 мм. Химические составы прокатных, узорчатых и армированных стёкол мало отличаются друг от друга. Физико-химические свойства узорчатого и армированного стекла такие же, как у листовых оконных стекол, при этом светопрозрачность узорчатого стекла понижена. Коэффициент общего светопропускания стекла, имеющего узор на одной поверхности, составляет 0,75, а на обеих поверхностях - 0,65, так как узорчатое стекло должно пропускать и рассеивать свет.

Фацет (фацетная огранка, фацетирование) - специальная обработка кромки стекла, позволяющая художественно изменить поверхность всего изделия потоками преломленного в созданных гранях света. Фигурным фацетом называют особо сложную обработку с высокой точностью исполнения криволинейных поверхностей.

Флоат-стекло (float glass) - листовое стекло, получаемое формованием ленты стекломассы на расплаве металла при управляемой температуре в защитной атмосфере. Также называется термополированным стеклом. Наиболее распространенный вид стекла, получаемый флоат-методом, при котором стекло при выходе из печи плавления выливается на поверхность расплавленного олова и затем поступает через зону охлаждения на дальнейшую обработку. Флоат-стекло характеризуется исключительной ровностью и отсутствием оптических дефектов. Оно не нуждается в последующей шлифовке, в отличие от стекла, производимого вытягиванием. В 1959 году Алистером Пилкингтоном, основателем ставшей впоследствии всемирно известной английской фирмы "Pilkington", был разработан принципиально новый способ получения полированного стекла методом формования ленты стекла на расплаве олова, получивший название флоат-процесса ("плавающего стекла"). Новый метод оказался настолько перспективным, экономически рентабельным, технически совершенным, что он всего за 10-15 лет полностью заменил механические конвейеры по обработке стекла и стал доминирующим в мире. Впервые такой способ формования стекла на расплаве был предложен задолго до разработки фирмы "Пилкингтон". В 1902 г. американские изобретатели В. Хил и А. Хичкок (независимо друг от друга) запатентовали способ и устройство для получения листового стекла на расплаве металла. Согласно их разработкам, подходящим металлом для формования ленты стекла могли явиться олово или его сплавы с медью. Однако, отсутствие в то время технических устройств для осуществления этого процесса, недостаточная изученность физико-химических явлений, протекающих при формовании ленты стекла, не позволили осуществить на практике предложенный способ. Примечательно, что в том же 1902 году одновременно с вышеуказанными Хилом и Хичкоком свой метод промышленного производства стекла вытягиванием предложил Фурко.

Метод Фурко - разработанный в 1902 г. Эмилем Фурко метод промышленного производства листового стекла путём вытягивания по вертикали в виде непрерывной ленты из стекловаренной печи через прокатные вальцы. Пройдя через шахту охлаждения стекло разрезалось на листы с последующей шлифовкой и полировкой. Толщина готового стекла регулировалась изменением скорости вытягивания, а само стекло также называлось тянутым стеклом. Метод широко применялся для получения стёкол вплоть до появления в 1959 г. вышеописанного флоат-процесса, повсеместным внедрением которого и был вытеснен.

Фьюзинг - технология спекания стекла, при которой составленный из нескольких отдельных разноцветных стекол рисунок запекается в специальной печи при температуре 800 °С в единое целостное изделие. Поскольку перед спеканием все детали будущего изделия выкладываются на стекле-основе, фьюзинг не требует использования металлического профиля, как, например, техника витража.

Чистое стекло (сlear glass) - прозрачное бесцветное стекло. Суперчистое стекло (еxtra-clear glass) - прозрачное бесцветное стекло с пониженным содержанием железа, за счет чего достигается его повышенная прозрачность.

Электрохромное стекло - светотехническая установка, представляющая собой стеклопакет, конструктивно состоящий из двух стекол, соединенных специальной плёнкой. Плёнка является полимерной композицией с небольшими вкраплениями жидких кристаллов. Вся установка функционирует при напряжении 9-12 В и подключается к обычной (бытовой) электросети напряжением 220 В. В выключенном состоянии стекло непрозрачное матовое или молочно-белого цвета, потому что жидкие кристаллы расположены беспорядочно и рассеивают падающий на них свет во всех направлениях. Под действием электрического тока кристаллы выравниваются и свет беспрепятственно проходит сквозь стекло. Светопропускание в рабочем состоянии составляет около 85%, что сопоставимо с обычными стёклами. Переход из рабочего состояния в нерабочее и обратно осуществляется очень быстро. Установку нельзя подвергать инсоляции (облучению прямым солнечным светом), так как под воздействием прямых солнечных лучей кристаллы распадаются.

Стекло "Метелица" - декоративное стекло отечественного производства с волнообразным неповторяющимся узором с матовыми выступающими участками. Узор создает частичное рассеивание света и ограничивает сквозную видимость через стекло. "Метелица" может производиться с зеркальным алюминиевым покрытием по ТУ 21-23-70-82. Выпускается в виде листов с максимальными размерами 1500х1300 мм. В зависимости от типа узора толщина стекла колеблется от 3 до 8 мм.

Стекло "Мороз" - декоративное узорчатое стекло отечественного производства. Название стеклу дал неповторяющийся узор на одной из его поверхностей, напоминающий иней. Благодаря этому узору стекло "Мороз" рассеивает свет и исключает сквозную видимость. Выпускается по ОСТ 21-24-85 бесцветным или окрашенным толщиной от 3 до 6 мм, с максимальным размером листов 1800х1000 мм.

"Мягкое" самоочищающееся стекло - особое стекло, впервые в мире представленное в 2002 году английской фирмой Pilkington. Уникальные свойства стекла Pilkington Activ получены методом магнетронного напыления тонкого прозрачного покрытия оксида титана. Под воздействием ультрафиолетового излучения этот материал провоцирует химическую реакцию, разлагающую органические соединения на поверхности стекла. Во время дождя вся грязь смывается. Таким образом, этот вид стёкол не нуждается в очистке специальными средствами.

Каждый из нас не раз встречал стекло. Что такое этот хрупкий и прозрачный материал, знает любой школьник. Мы каждый день видим его в зеркалах, окнах, в посуде и элементах мебели, но хорошо ли мы знакомы с ним? Как оно производится, что собой представляет и каковы свойства стекла?

Что значит это слово

Существует немало справочных материалов, которые могут помочь в этом вопросе. Каково же значение слова "стекло" по одному из наиболее популярных источников? Словарь Ожегова характеризует это вещество как твердый материал, получаемый из кварцевого песка, смешанного с окислами некоторых металлов. Даже определение дает некоторое представление о способе производства данного материала. Но к этой теме мы перейдем позже.

Наверняка все привыкли, что стекло - это прозрачный материал. Но обратите внимание - словарь Ожегова не дает такого уточнения. Стекло может быть не только прозрачным, но также цветным или матовым. А вот состав материала при этом отличается несущественно.

Из чего делают стекло

Стандартный состав стекла представляет собой смесь чистого извести и соды. Для изменения свойств материала могут использоваться различные добавки. Но все-таки основным составляющим компонентом является именно чистый речной песок. Его количество составляет примерно 75% от всей смеси. Сода позволяет снизить песка почти в 2 раза. Известь защищает стекло от воздействия большинства химических веществ, а также добавляет прочности и блеска.

Дополнительные примеси:

Марганец. Его добавляют в стекло для получения специфического зеленого оттенка. Для получения других цветов может использоваться никель или хром.
Свинец придает стеклу дополнительный блеск и характерный звон. Материал получается более холодным на ощупь. Стекло с примесью свинца называется хрусталь.
Оксид борной кислоты тоже придает материалу дополнительный блеск и прозрачность, при этом понижая коэффициент теплового расширения изделий.

История производства стекла

Еще 6000 лет назад люди умели создавать этот красивый и хрупкий материал. Конечно, его внешний вид несколько отличался от современного стекла, поскольку в Древнем Египте и Месопотамии не было оборудования для качественной очистки песка и других инструментов. Тем не менее производство стекла началось именно там. Благодаря устойчивости к воздействиям окружающей среды этот материал дал историкам представление о культуре и технических возможностях древнейших народов.

В России первый завод по производству стекла появился в 1636 году. Он был расположен недалеко от Москвы. Там создавались посуда и Большое развитие эта отрасль промышленности получила при Петре I.

Только в 1859 году изобретение насоса высокого давления позволило создавать стекло без участия стеклодувов. Это значительно упростило производство. А в начале 19 века было обнаружено интересное свойство материала - если готовое изделие разогреть до определенной температуры, механические свойства стекла повысятся на 400%.

Современное производство

Технологии шагнули далеко вперед, что позволило создавать любые материалы в огромных количествах и с наименьшими затратами человеческих сил. В настоящее время существует немало заводов, на которых по стандартной налаженной технологии создается стекло. Что такое современный материал, получаемый из расплавленного кварцитового песка, узнаем, ознакомившись с технологией. Как пример возьмем листовой материал.

Производство стекла по этапам:

Все необходимые ингредиенты загружают в печь и разогревают, пока не образуется жидкая однородная масса.
В специальном гомогенизаторе этот сплав перемешивают до однородного состояния.
Полученную массу выливают в плоскую емкость, на дне которой находится расплавленное олово. Там стекло распределяется, образуя равномерный тонкий слой.
Остывший и затвердевший материал отправляется на конвейер. Там проводится контроль толщины стекла и нарезка. Материал, не прошедший проверку, а также бракованные детали отправляются на переплавку.
Производится последняя проверка качества, после чего стекло поступает на склад готовой продукции.

Виды стекла

В настоящее время этот материал является одним из наиболее распространенных. Неудивительно, что существуют различные типы стекла, отличающиеся как по внешнему виду, так и по физическим свойствам. Вот некоторые из них:

Хрустальное стекло. Это материал, содержащий в своем составе свинец. О нем мы говорили выше.
Содержит в составе чистейший песок, благодаря чему отличается высокой прочностью. Способно выдерживать скачки температуры, поэтому используется для создания оптических приборов, лабораторной посуды и окон.
Пеностекло. Легкий строительный материал, который может быть использован как для отделки, так и для кладки стен и полов. Содержит в составе большое количество пустот, благодаря чему имеет высокие тепло- и звукоизоляционные свойства.
Стекловата. Объемный воздушный материал, состоящий из тонких и очень прочных нитей. Огнестойка, поэтому используется не только в строительстве, но и при пошиве одежды пожарных и сварщиков.

Применение стекла

В зависимости от свойств и внешнего вида этому материалу можно найти почти любое применение. Основной потребитель изготавливаемого в наше время стекла - строительная отрасль. В ней используется более половины изготовляемого материала. Его назначение может быть самым разнообразным - облицовка стен, остекление окон, возведение стен из пустотелых кирпичей, теплоизоляция и т.д. К строительной области можно отнести и Что такое готическое окно, знают наверняка все. Как правило, оно выложено из большого количества цветных стеклышек. В наше время витражи не потеряли своей актуальности и используются как в строительстве, так и в производстве мебели.

На втором месте по популярности идут стеклянные сосуды различного назначения. Немного меньше производится посуды. Стоит отметить, что в химической отрасли стекло является незаменимым материалом, поскольку оно устойчиво к большинству реагентов.

Физические свойства

Как и любой другой материал, стекло обладает рядом качеств, которые необходимо знать, прежде чем использовать его в той или иной области.

Плотность. Может варьироваться в зависимости от состава смеси и способа изготовления. Значение плотности стекла может колебаться от 220 до 650 кг/м 3 .
Хрупкость. Эта характеристика является отличительной особенностью стекла и ограничивает его применение в строительной области. В настоящее время учеными создаются более сложные сплавы, максимально увеличивающие прочность материала.
Термостойкость. Обычное стекло выдерживает температуру до 90 о С. После обработки термические свойства материала значительно повышаются. Например, промышленное стекло способно выдерживать температуру более 200 о С.

Мы узнали многое про стекло - что такое, как производится и какими свойствами обладает. Самое время немного отвлечься и ознакомиться с наиболее интересными фактами об этом весьма распространенном материале. Мало кто знает, что:

Скорость движения трещины по составляет 4828 км/ч.
Время разложения этого материала составляет примерно миллион лет.
Стекло можно неоднократно переплавлять практически без потери качества. В этом отношении у него почти нет аналогов.
Являясь аморфным материалом, расплавленное стекло не затвердеет при быстром охлаждении. Для этого нужны специальные условия.

Стекло не зря так активно используется в строительстве и других областях жизни человека. Наверняка оно еще долго будет оставаться одним из наиболее популярных материалов. В пользу этого утверждения говорят прочность, долговечность и относительная простота изготовления стекла, связанная с тем, что компоненты для его создания присутствуют на Земле в большом количестве.

Все твердые тела делят на кристаллические и аморфные. Аморфные имеют неупорядоченную структуру и могут плавиться при достаточно высокой температуре. В науке стеклом принято называть все аморфные тела, которые образуются в результате переохлаждения расплава.

Стеклом в обыденной жизни называют прозрачный хрупкий материал. В зависимости от того или иного компонента, входящего в состав исходной стекломассы, в промышленности различают следующие виды стекла: силикатные, боратные, боросиликатные, алюмосиликатные, бороалюмосиликатные, фосфатные и другие.

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

Физические, механические и химические свойства стекла:

Плотность стекол зависит от компонентов, входящих в их состав. Так, стекломасса, в больших количествах включающая оксид свинца, более плотная по сравнению со стеклом, состоящим помимо прочих материалов и из оксидов лития, бериллия или бора.

Прочность на сжатие - способность материала сопротивляться внутренним напряжениям при воздействии извне каких-либо нагрузок. При этом степень прочности того или иного вида стекла зависит от химического вещества, входящего в его состав. Более прочны стекла, включающие в свой состав оксиды кальция или бора. Низкой прочностью отличаются стекла с оксидами свинца и алюминия. Различные повреждения (трещины, глубокие царапины) значительно снижают величину прочности материала. Для искусственного увеличения показателя прочности поверхность некоторых стеклоизделий покрывают кремнийорганической пленкой.

Хрупкость - механическое свойство тел разрушаться под действием внешних сил. Величина хрупкости стекла в основном зависит не от химического состава образующих его компонентов, а в большей степени от однородности стекломассы (входящие в его состав компоненты должны быть беспримесными, чистыми) и толщины стенок стеклоизделия.

Твердость - механическое свойство одного материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого. Определить степень твердости того или иного материла можно с помощью специальной таблицы-шкалы, отражающей свойства некоторых минералов, которые расположены по возрастающей, начиная с менее твердого, талька, твердость которого взята за единицу, и заканчивая самым твердым - алмазом с твердостью в 10 условно принятых единиц.Степень твердости того или иного вида стекла в основном зависит от химического состава входящих в него компонентов. Так, использование при создании стекломассы оксида свинца значительно снижает твердость стекла. И, напротив, силикатные стекла достаточно плохо поддаются механической обработке.

Теплоемкость - свойство тел принимать и сохранять определенное количество теплоты при каком-либо процессе без изменения состояния. Теплоемкость стекла прямо зависит от химического состава компонентов, входящих в состав исходной стекломассы. Чем выше в стекломассе содержание оксидов свинца и бария, тем ниже показатель теплопроводности. А легкие оксиды, такие, например, как оксид лития, способны повысить теплопроводность стекла. Стекло с низкой теплоёмкостью остывает намного медленнее.

Теплопроводность - свойство тел пропускать через себя теплоту от одной поверхности до другой, при условии, что у них разная температура. Стекло плохо проводит тепло. Причем наиболее высокий показатель теплопроводности отмечен у кварцевого стекла. С уменьшением доли оксида кремния в общей массе стекла или при замене его на любое другое вещество уровень теплопроводности понижается.

Температура начала размягчения - это температура, при которой аморфное тело начинает размягчаться и плавиться. Самое твердое - кварцевое - стекло начинает деформироваться только при температуре 1200-1500 °С. Другие типы стекол размягчаются уже при температуре 550-650 0С. Величина температуры начала плавления того или иного сорта и вида стекла определяется химическим составом компонентов. Так, тугоплавкие оксиды кремния или алюминия повышают температурный уровень начала размягчения, а легкоплавкие (оксиды натрия и калия), напротив, понижают.

Тепловое расширение - явление расширения размеров того или иного тела под воздействием высоких температур. Материалы для отделок следует подбирать так, чтобы величина их теплового расширения соответствовала тому же показателю стекломассы основного изделия. Коэффициент теплового расширения стекол прямо зависит от химического состава исходной массы. Чем больше в стекломассе щелочных оксидов, тем выше показатель температурного расширения, и, наоборот, присутствие в стекле оксидов кремния, алюминия и бора снижает эту величину.

Термостойкость - способность стекла не поддаваться коррозии и разрушению в результате резкой смены внешней температуры. Этот коэффициент зависит не только от химического состава массы, но и от размера изделия, а также от величины теплоотдачи на его поверхности.

Химическая стойкость - способность того или иного тела не поддаваться воздействию воды, растворов солей, газов и влаги атмосферы. Показатели химической стойкости зависят от качества стекломассы и воздействующего агента. Так, стекло, не подвергающееся коррозии при действии воды, может деформироваться при воздействии щелочных и солевых растворов.

Оптические свойства:

Преломление света - изменение направления светового луча при его прохождении через границу двух прозрачных сред. Величина, показывающая преломление света стекла, всегда больше единицы.

Отражение света - это возвращение светового луча при его падении на поверхность двух сред, имеющих различные показатели преломления.

Дисперсия света - разложение светового луча в спектр при его преломлении. Величина дисперсии света стекла прямо зависит от химического состава материала. Наличие в стекломассе тяжелых оксидов увеличивает показатель дисперсии.

Поглощение света – способность той или иной среды уменьшать интенсивность прохождения светового луча. Показатель поглощения света стекол невысок. Он увеличивается лишь при изготовлении стекла с применением различных красителей, а также особых способов обработки готовых изделий.

Рассеяние света - это отклонение световых лучей в различных направлениях. Показатель рассеяния света зависит от качества поверхности стекла. Так, проходя сквозь шероховатую поверхность, луч частично рассеивается, и потому такое стекло выглядит полупрозрачным.

Трудно представить более универсальный материл чем стекло. Его научились производить много столетий назад и по сей день стекло остается востребованным материалом в разных сферах и отраслях деятельности человека. Его популярность обуславливается значительным списком свойств и качеств. В этой статье мы поговорим об этих свойствах, а также ответим на вопрос: «В каких сферах и областях применяют стекло?».

Свойства стекла

С развитием современных технологий стало возможным придавать стеклу дополнительных свойств за счет изменения химического состава. Помимо тех свойств, которые имело стекло изначально (твердость, вязкость, хрупкость, химическую нейтральность, прозрачность), ему стали присущи и другие модифицированные качества (стойкость к высоким температурам, прочность, способность проводить электрический ток). Это позволило использовать разные виды стекла в самых различных сферах.

Виды стекла

В состав стекла входит кварцевый песок, известняк, доломит, но для улучшения его свойств добавляют и другие вещества (оксид алюминия и бора). Так получают различные виды стекла - строительное, тарное, техническое, сортовое. В строительстве используют листовое стекло, которое бывает узорчатым, закаленным, термостойким, ударопрочным, армированным.

Различные применения стекла

Стекло на протяжении многих столетий производилось специально обученными мастерами, которые передавали свое ремесло от отца к сыну. Но со временем процесс механизировали и это позволило выпускать стеклянные изделия массово.

На данный момент стекло широко применяют в строительной сфере, в оптической промышленности, медицине, машиностроении, приборостроении, интерьере, современной архитектуре, электротехнике и в быту.

Стекло активно применяется для производства стеклянной тары - банок и бутылок для пищевой промышленности, флаконы для парфюмерной, сосуды для химической, емкости и ампулы для фармацевтической. Стеклотару можно повторно использовать в быту, но её основным минусом является хрупкость.

Стекло проявило себя и в интерьере. Отличным решением для изменения интерьера дома или квартиры может стать создание стеклянных дверей, перегородок и мебели. Различная обработка, современные технологии и добавление в состав стекла красителей позволяет создать изделие различной структуры, форм и цветов.

Стеклоэмали - это разноцветные слои из стекла, которые применяются как защитные покрытия для химической аппаратуры, посуды, сантехники и даже ювелирных изделий.

Также с помощью стекла стало возможным создание сверхтонких оптических приборов различного назначения. К таки приборам относят микроскопы, фотоаппаратуру, телескопы и, конечно же, очки.

Применение стекла в строительстве

В последнее время все больше стекла идет на производство листов для остекления. Такие листы используются для отделки фасадов разных зданий. Для этой цели применяют различные виды стекла и типы фасадного остекления. Архитекторы отдают предпочтение тонированному, прозрачному и полупрозрачному стеклу. Они обладают повышенной механической прочностью и поэтому такое стекло практически нельзя разбить.

На этом сферы и области применения стекла не заканчиваются. Стекловолокно - это уникальный строительный материал. Полученное при переработке стекла, стекловолокно является ударопрочным, огнестойким, экологичным, оно не гниет и не деформируется, а также обладает высокими теплоизоляционными и звукопоглощающими характеристиками. Из стекловолокна производят стеклоткани, стеклянную вату, армированное и пластиковое стекловолокно, стеклофибру, стеклообои, стекловолоконные сетки. Эти материалы применяют в строительстве в качестве утеплителей и связующих элементов.