Стекло. Получение и использование. Температура плавления стекла
Являясь одним из самых древних материалов, стекло используется человечеством на протяжении не одной тысячи лет. Универсальность этого вещества позволила ему найти применение в самых различных отраслях. По физико-химическим свойствам стекло относится к неорганическим соединениям, оно твёрдое, имеет аморфную структуру, изотропно.
Для каждого вида стекла характерно в процессе изготовления преобразование агрегатного состояния от жидкотекучего, чрезвычайно вязкого до стеклообразного вида. Технология производства предусматривает его остывание со скоростью, которая не позволяет перейти в фазу кристаллизации расплава.
Температура плавления стекла зависит от его качества и предполагаемых характеристик. Как правило, варка происходит в довольно широком диапазоне температур от 300 до 2500 °C. Зависят свойства этого вещества от компонентов, входящих в состав стеклообразующих расплавов. Их перечень довольно обширный и представлен различными оксидами, фосфатами, фторидами и прочими добавками. При этом классическая прозрачность является далеко не последней характеристикой для различных видов стёкол, встречающихся как в природе, так и синтезируемых в ходе производства.
С самыми древними стеклянными поделками, датированными семью веками до нашей эры, познакомились археологи, занимающиеся раскопками в Египте. Это были бусы и амулеты. Но прошло несколько тысячелетий, пока не появились первые промышленные предприятия, стекольные заводы восемнадцатого века. Особенностью стеклопроизводства в шихтах стало то, что температура плавления стекла достигалась использованием угля, а котлы для варки стали закрытыми.
До этого в качестве топлива использовались дрова, стекловаренные мастерские долго не находились на месте, печи рассыпались, а топливо в округе быстро расходовалось. Котлы были открытыми, дрова не выделяли веществ, влияющих на прозрачность и цвет выходного продукта. Температура плавления стекла в технологическом процессе такого типа достигала 1450 °C.
Важным событием стало изобретение в начале XX века метода производства листового стекла, названного по имени его разработчика Эмиля Фурко, предложившего машинный способ вытяжки. Просуществовав вплоть до 1959 года, он был вытеснен Флоат-методом, разработанным фирмой «Пилкингтон».
Основными составляющими обычного стекла является кварцевый песок в пропорции 69-74 %, сода (12-16 %), доломит и известняк (5-12 %). Но в технологическом процессе производства имеет важное значение не только при какой температуре плавится стекло, но и какая скорость охлаждения расплава. Теоретически при быстром охлаждении можно получить стекловидное тело и из металла, главное успеть охладить расплав до образования кристаллической решётки.
При всём многообразии привлекательных свойств обычного стекла в своё время возникла острая необходимость в более прочном и лёгком прозрачном материале. Прежде всего, это коснулась отрасли, специализирующейся на самолётостроении. Оргстекло получило своё название лишь по внешним сходствам с традиционным стеклом.
Ударопрочность его в пять раз выше, оно легче в 2,5 раза. По светопропусканию оно достигает уровня 92%, имеет высокую стойкость к старению. Намного проще и доступней оргстекло в обработке. Температура плавления оргстекла находится в пределах 90-105 градусов, что позволяет его подвергать термической обработке.
Но оба эти материала заняли каждый свою нишу в современном производстве. Традиционное неорганическое стекло прочно удерживает свои позиции и не собирается их сдавать новейшим органическим полимерам.
Использование широкого спектра различных примесей и добавок позволяет получить не только удивительные оптические характеристики стекла, но и значительно улучшить его механические свойства.
Кроме промышленного использования, нельзя не отметить роль художественного стекла. Мастера–стеклодувы, продолжая традиции древних художников, превратили создание шедевров из стекла в истинное искусство. В печах их мастерских достигается температура плавления стекла, работая практически вручную, в своём творчестве они не только проявляют незаурядную фантазию, но и затрачивают массу физических усилий.