Стекло материал виды состав производство

Стеклянным и другим — плавленым изделиям в отличие от керамических требуемая форма придается после расплавления материала.

Общие сведения о стеклянных и плавленных материалах

В зависимости от исходного сырья различают три вида плавленых материалов и изделий:

1. стекло и стеклянные изделия;
2. шлаковые литые изделия;
3. плавленые каменные изделия (горных пород).

Наиболее широко применяется стекло. Из шлаковых изделий и материалов получила распространение литая брусчатка для мощения дорог, щебень для бетона. Из плавленных горных пород изготовляются специальные кислотоупорные, огнеупорные и облицовочные материалы.

По структуре плавленые материалы могут быть аморфными (прозрачными или непрозрачными), как, например, стекло, или частично кристаллическими (плавленые изделия из горных пород или шлаков, все непрозрачные).
По химическому составу эти плавленые материалы представляют собой различные силикаты, алюмосиликаты, в частности магнезиальные, реже бораты, фосфаты, и др.

Характерные особенности различных видов стекол

Оконное стекло

Оконное стекло машинной выработки изготовляют толщиной 2—3—4—5—6 мм,чаще всего применяют стекло толщиной 2 мм.
Оконное стекло изготовляют в виде листов размером от 250х250 до 1600х2200 мм. Допускаются отклонения от указанных размеров: по ширине и длине +2 мм и —6 мм, по толщине +2 мм.
Выпускается стекло двух сортов, для которых стандартом: ограничиваются степень кривизны, полосности и волнистости, количество пузырей, царапин, камешков и т. п. Обычное оконное стекло пропускает не менее 84 % лучей видимой части солнечного спектра. Кроме него изготовляют и применяют другие виды стекла с иными величинами светопропускания, а также специальные стекла, описанные ниже.

Стекло декоративное

Стекло декоративное одна или обе поверхности которого имеют какой-либо узор, полученный обработкой пескоструйным аппаратом, травлением, гравировкой и т. п.; это стекло пропускает в зависимости от узора от 20 до 80% лучей видимой части спектра

Стекло увиолевое

Стекло увиолевое лучше всего — кварцевое, с содержанием Fе2О3< 0,01 %), пропускающее помимо лучей видимой части спектра не менее 25% ультрафиолетовых лучей; его применяют для остекления отдельных помещений детских садов, лечебных учреждений, оранжерей и т. п.

Стекло теплопоглощающее

пропускающее до 60% лучей видимой части спектра и поглощающее не менее 60% солнечных тепловых лучей; оно применяется для остекления витрин, окон специальных складов, холодильных установок и отдельных помещений лечебных учреждений.

Стекло армированное

Стекло теплопоглощающее с гладкой или узорчатой поверхностью, обычное или цветное, имеющее внутри металлическую сетку; его применяют для остекления фонарей верхнего света, проемов лестничных клеток и помещений, где требуется повышенная прочность при изгибе и ударе, а также огнестойкость; разбиваясь, такое стекло не дает осколков.

Стекло закаленное

Стекло закаленное прозрачное и глушеное, цветное и бесцветное), обладающее повышенной прочностью и термической стойкостью; сюда относится стекло безопасное — «сталинит», которое не дает осколков, а распадается на мелкие ячеистые частицы без режущих краев; эти стекла применяются для остекления витрин, дверей и т. п.

Стекло полузакаленное

Стекло полузакаленное обладающее повышенной прочностью.
Стекло гнутое (отожженное и закаленное) — для остекления кривых поверхностей.

Стекло светорассеивающее

Стекло светорассеивающее (матированное бесцветное или цветное, глушеное цветное или молочно-белое), дающее рассеянный свет при полном либо частичном отсутствии видимости; оно может быть рифленым, гладким, однослойным и накладным, т. е. двуслойным; применяется для остекления производственных помещений, требующих рассеянного света, выставочных помещений, лечебных и детских учреждений и т. п.

Стекло цветное

(декоративное) прозрачное всех цветов и оттенков может быть однослойным (гладкое и рифленое, армированное и узорчатое) и накладным, состоящим из слоев бесцветного и цветного стекла.

Витринное толстое стекло

Витринное толстое стекло толщиной 5—12 мм, изготовляют на непрерывном прокатном стане, затем медленно охлаждают, после этого шлифуют и полируют. Такое стекло применяется для оконных проемов больших размеров.
Жилищное, культурно-бытовое и промышленное строительство, сооружение высотных зданий, требует все больше высококачественного полированного зеркального стекла.

Способы изготовления стекла

Из стеклянных материалов в строительстве применяют: листовое оконное и другое стекло, конструктивные изделия, архитектурно-декоративные изделия, теплоизоляционные материалы и трубы. Высокие технические и архитектурные достоинства стекла (особенно полированного и цветного) и стеклянных изделий обеспечивают большие перспективы применения стекла в нашем строительстве.

Стекло — это переохлажденный расплав сложного состава, состоящий из смеси силикатов и других веществ, с постепенно повышающейся вязкостью, затвердевающий при охлаждении.Оно аморфно, однородно и изотропно. Процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное является обратимым.

Химический состав наиболее распространенного оконного стекла следующий:

• Si02 — 71-72%;
• CaO — 7,5-8,5%;
• MgO — 3-3,5%;
• Na2O — 15-15,5%;
• А12О3 — 1,5—1,6%;
• Fe2O3 до 0,2%.

Основным сырьем для изготовления стекла служат: чистый мало-железистый кварцевый песок, известняк и сода или сульфат натрия.

Варка стекла производится главным образом в ванных печах при температуре до 1500°. В процессе стекловарения образуются силикаты, стекломасса осветляется, ей придается однородность, она частично охлаждается для приобретения вязкости, необходимой для формования изделий.

Отформованные стеклянные изделия подвергаются специальной термической обработке — отжигу для удаления напряжений или закалке (см. ниже, закаленное стекло).
Производство оконного и других видов стекла механизировано.

Обычный способ изготовления оконного стекла на машинах вертикального вытягивания состоит в том, что в расплавленную стеклянную массу, охлажденную примерно до 1000°, опускают огнеупорный поплавок (лодочку), имеющий вид длинного прямоугольного бруса со сквозным продольным вырезом, переходящим в верхней части в узкую щель. Стекло-масса выдавливается через щель, формуется в ленту определенной толщины и охлаждается, когда лента проходит между холодильниками. Лента проходит между несколькими парами транспортирующих валиков, а затем разрезается на листы.

Кроме этого обычного способа производства листового стекла применяться другой способ вытягивания стекла безлодочный, при котором получается стекло более высокого качества.

Свойства стекла

Стекло обладает следующими свойствами:

• предел прочности при изгибе обычного (отожженного) стекла не менее 450 кг/см2,
• полу-закаленного — не менее 1000 кгсм2,
• закаленного стекла «сталинит»—2500 кг/см2;
• твердость (по шкале твердости) — 5 и выше;
• объемный вес — 2500 кг/м3;
• при нагревании стекло размягчается.

Плавиковая (фтористоводородная) кислота разъедает стекло, поэтому ее применяют для травления на стекле рисунков и для, придания ему матовой поверхности. Серная кислота действует значительно слабее, остальные кислоты очень слабо. Растворы щелочей и даже вода, в особенности теплая, хотя и очень медленно, но портят стекло. Вода извлекает из него часть щелочей, а освободившийся кремнезем выделяется на поверхность в виде чешуек, и стекло начинает сначала отливать всеми цветами радуги, затем становится мутным и шероховатым.

— Уроки по 3ds Max для начинающих

Опубликовано 31.05.2017 в 20:27. Автор Станислав Гадельшин

Если видео ниже не отображается, отключите блокировку рекламы на этом сайте и обновите страницу. Все уроки тут встраиваются с Youtube и почему-то блокировщики считают их рекламой.

В этом уроке разберем, как создать материал обычного стекла в 3ds Max (Corona Renderer).

Урок по созданию материала обычного стекла (вы тут)
Урок по созданию материала цветного/тонированного стекла
Урок по созданию материала матового стекла

Архив со сценой, которая на рендерах ниже, можете скачать по этой ссылке.
Сцена была создана с использованием 3ds Max 2014 и Corona Renderer 1.5

Сразу хочу предупредить: то, что я показываю в этом уроке — это не универсальное решение, а хорошая и более-менее физически корректная основа.

Это означает, что в зависимости от того, какой материал вы хотите воспроизвести, вероятнее всего придется изменять какие-либо настройки для достижения желаемого результата.

Не бойтесь экспериментировать и да пребудут с вами автосохранения!

Чтобы получить материал самого обычного стекла, нужно сделать следующие настройки:
1. Диффузный цвет (diffuse color) — сделать черным, либо отключить (у параметра level выставить значение 0).
2. Отражения (Reflection) — включить (у параметра level выставить значение 1).
3. Преломления (Refraction) — включить (у параметра level выставить значение 1).

В результате мы получим вот такой материал стекла:

Если вы создаете материал стекла, чтобы использовать его в окнах при визуализации интерьера, тогда настоятельно рекомендую включить галочку thin. Когда этот параметр включен, рефракция при просчете игнорируется и просчитываются только отражающие свойства, что в разы ускоряет скорость рендера интерьера.

И наоборот, если вы хотите получить эффекты каустики (яркие световые пятна причудливой формы, которые появляются на поверхности стола, когда, например, сквозь стеклянную вазу проходят солнечные лучи), тогда отключити галочку thin и включите галочку Caustics. Рендер будет идти в разы дольше, но при предметной визуализации эффект незаменим.

Думаю, вам также будет интересно посмотреть, как создать материал цветного стекла и материал матового стекла в 3ds Max (Corona Renderer).

Похожие записи:

Статья — Стекло как строительный материал

Современная архитектура и гражданское строительство все чаще применяет стекло как конструкционный строительный материал. Привычное применение стекла в строительстве зданий — это заполнение проемов окон, дверей и фасадов. Однако иногда стекло включают в конструкции, где оно выполняет не только свою функцию светопрозрачного ограждения, а такие строительные элементы как полы, колонны и облицовочные панели (рисунок 1).

Рисунок 1 — Стеклянные панели в навесном вентилируемом фасаде [1]

Ниже представлен обзор процессов изготовления стекла, его состава, особенностей свойств и применения в строительстве как конструкционного материала. Применяемые термины соответствуют отечественным стандартам, в том числе, ГОСТ 32539-13 «Стекло и изделия из него. Термины и определения».

Еврокод для стекла

В настоящее время не существует международно признанных норм по проектированию стеклянных элементов конструкций, таких, как известные европейские стандарты Eurocode для других строительных материалов. В будущем планируется создать такой стандарт и для стекла [2].

Строительное силикатное стекло

Обычно, когда говорят о стекле, то имеют в виду группу силикатных стекол, которые составляют около 95 % общего производства стекла. Эти стекла массового производства содержать около 70 % двуокиси кремния, то есть кварцевого песка. Поскольку кварцевый песок имеет очень высокую температуру плавления (около 1700 º) к нему добавляют щелочные оксидные флюсы, которые снижают температуру плавления. Щелочноземельные оксиды добавляют для повышения твердости и химической стойкости стекла.

В строительной промышленности в основном применяются различные варианты натрий-кальций-силикатных стекол, которые имеют следующий химический состав [1]:

• Диоксид кремния (SiO₂): 69-74 %

• Оксид кальция (CaO): 5-14 %

• Оксид натрия (Na₂O): 0-6 %

• Оксид магния (MgO): 0-6 %

• Оксид алюминия (Al₂O₃): 0-3 %

• Другое: 0-5 %.

Прозрачность

Стекло является прозрачным для солнечного излучения в спектре видимого света и длинноволнового ультрафиолетового света (UV-A). Вместе с тем, стекло является непроницаемым для коротковолнового ультрафиолетового света (UV-B и UV-C).

Хрупкость

Стекло является типичным хрупким материалом. Максимальное удлинение при разрушении стекла составляет всего около 0,1 %. Отсутствие пластической деформации стекла не дает возможности предсказывать его разрушение, как это делается, например, для стали (рисунок 2).

Рисунок 2 — Сравнение механического поведения стали и стекла при растягивающем нагружении [1]

Физические свойства

Натрий-кальций-силикатное стекло имеет следующие механические и физические свойства:

• плотность (при 18 ºС): 2500 кг/м³;

• модуль упругости: 70000 Н/мм²;

• коэффициент Пуассона: 0,2;

• средний коэффициент термического расширения: 9 × 10^-6 К^-1

Прочность при растяжении

Теоретическая прочность стекла при растяжении, которая основана на физических расчетах, составляет от 5000 до 8000 Н/мм². Однако из-за неизбежных поверхностных дефектов реальная прочность стекла значительно ниже. Поскольку высокая концентрация напряжений на трещинах не перераспределяется из-за отсутствия пластичности, то изгибная прочность отожженного стекла на практике снижается до 30-80 Н/мм².

Изгибная прочность флоат-стекла зависит от многих факторов, среди которых:

• размер поверхностной трещины;

• сторона стекла по отношению к оловянной ванне;

• размер стеклянного изделия или образца;

• длительность приложения нагрузки;

• влияние внешней среды, например, влаги.

Прочность при сжатии

В отличие от прочности при растяжении практическая прочность при сжатии достигает очень высоких величин. Независимо от наличия поверхностных дефектов прочность на сжатие силикатных стекол находится между 400 и 900 Н/мм².

Химическая стойкость

Силикатные стекла обладают высокой стойкостью к воздействию многих химических веществ. Большинство кислот и щелочей не повреждают стекло. Единственным исключением является фтороводородная кислота, которая поэтому применяется для декоративного травления стекла.

Стекло обладает высокой стойкостью к воде, но постоянное присутствие воды может приводить к его повреждению и коррозии, что проявляется в виде матовых пятен.

Стекло может повреждаться в промышленной загрязненной атмосфере, содержащей аммиак, а также в результате контакта со штукатуркой, мокрым бетоном или щелочными чистящими средствами.

Производство стекла

Начальной стадией всех методов изготовления стекла является процесс плавления. Смесь исходных материалов засыпается на вход плавильной ванны, а на выходе их нее выходит вязкая стеклянная масса, из которой далее различными методами формуют листы стекла.

Флоат-стекло

До 1950-х годов все листовое стекло изготавливали путем непрерывных автоматизированных процессов прокатки или вытяжки, которые были аналогами древних ручных методов. Для получения листового стекла с высокими оптическими свойствами его подвергали длительному, трудоемкому и дорогому процессу шлифования и полировки.

Флоат-метод производства стекла, которые был разработан британской компанией Pilkington в 1950-тые годы, произвел переворот в стекольной промышленности. Этот метод обеспечивает высокое качество поверхности стекла без какой-либо дополнительной обработки.

Стекло подается при температуре около 1050 ºС из плавильной ванны в так называемую флоат-ванну, где оно разливается тонкой лентой на поверхности жидкого олова. Это обеспечивает листовому стеклу параллельность его сторон, плоские поверхности и полную, без искажений, прозрачность. В флоат-ванне стекло остывает до температуры около 600 ºС, при которой оно имеет достаточную прочность для того, чтобы извлечь его из оловянной ванны и передать в печь отжига и далее для дальнейшего охлаждения.

Рисунок 3 — Производство флоат-стекла [1]

Флоат-процесс дает возможность получать стекло толщиной от 0,5 до 25 мм, но в строительстве обычно применяются стекла от 2 до 19 мм.

Прокатное стекло

Современное производство прокатного стекла включает формирование непрерывной ленты стекла при прохождении ее при температуре около 1200 ºС между двумя валками. Толщина прокатного стекла составляет от 3 до 15 мм. После прокатки стекло передается в печь отжига и затем для дальнейшей обработки (рисунок 4).

Рисунок 4 — Производство прокатного стекла [1]

Светопроницаемость прокатного стекла хуже, чем флоат-стекла и зависит от толщины и поверхностной текстуры. Тем не менее, прокатное стекло находит свое применение в различных стеклянных изделиях. Рифленое и ажурное стекло получают при прокатке с применением текстурированного нижнего валка. Армированное стекло также получают при прокатке стекла путем введения проволочной сетки между валками.

Тянутое стекло

При изготовлении тянутого стекла непрерывную стеклянную ленту тянут вертикально вверх из расплава стекла. Этот процесс дает стеклу далеко не оптимальное оптическое качество, которое характерно для стекол исторических зданий. Поэтому этот метод применяют в основном для изготовления стекол при реставрации старинных зданий с намеренным введением поверхностных дефектов, характерных для старинного стекла. Толщина тянутого стекла составляет от 2 до 12 мм.

Бесцветное и цветное стекло

Силикатные стекла имеют слегка зеленоватый оттенок, который хорошо виден на кромке стекла (рисунок 5). Этот оттенок вызывается оксидом железа, который в различных пропорциях содержится в песке. Совершенно бесцветное стекло получают из исходной смеси с минимальным содержанием оксида железа. Это достигается путем специальной химической обработки исходной смеси.

Все листовые стекла могут быть окрашены. Это достигается путем добавки различных металлических оксидов в плавильную ванну или путем последующего процесса окрашивания.

Механическоя обработка

Стекло обычно режут путем нанесения глубокой царапины и затем легкого удара. Реже применяют пилы с алмазными наконечниками или водяную струю. Очень тонкие стекла можно резать лазером.

При резке стекла образуется довольно рваная кромка, которую часто шлифуют или полируют, чтобы удалить неровности и сколы (рисунок 5). Это делают, чтобы снизить возникающие на кромке растягивающие напряжения и, тем самым, повысить стойкость стекла к разрушению.

Рисунок 5 — Флоат-стекло с различным качеством кромок (снизу вверх):

без обработки; шлифованная и полированная [1]

Сверление отверстий в стекле выполняют полыми сверлами с алмазными наконечниками, которые сверлят отверстие с обеих сторон стекла. Кроме того, для выполнения отверстий могут применяться водяные струи.

Нанесение покрытий

Нанесение покрытий из тонкого слоя металлов или оксидов металлов — это наиболее важный способ модификации стекла. Их наносят или вовремя изготовления стекла, то есть на еще мягкую и горячую поверхность, или в ходе отдельной операции уже после изготовления стекла. Покрытия, которые наносят в ходе изготовления стекла обычно значительно более прочные, чем те, которые наносят на уже готовые стекла.

Гнутое стекло

Гнутое стекло изготавливают при температуре стекла около 600 °С. Это делают или на горизонтальной роликовой машине, или в случае малых партий, с применением гравитационного метода. Гравитационный метод заключается в том, что плоский лист стекла кладут сверху выпуклой или вогнутой «матрицы» и затем нагревают. Под действием гравитации стекло принимает форму матрицы.

Закаленное стекло

Принцип действия закалки на прочность стекла заключается в том, что в его поверхностном слое создаются высокие сжимающие остаточные напряжения. Эти напряжения компенсируют возможные растягивающие напряжения в поверхности стекла и предотвращают рост трещин и разрушение стекла.

Стекло нагревают до температуры 620-650 °С и затем резко охлаждают струями воздуха с обеих сторон до комнатной температуры. В результате закалки в поверхностных слоях стекла образуются сжимающие остаточные напряжения величиной 100-150 Н/мм² (рисунок 6). Высокая энергия, которая запасается в этом стекле обеспечивает то, что при разрушении оно разбивается на мелкие кусочки (рисунок 7в), которые не представляют большой опасности.

Рисунок 6- Остаточные напряжения в стеклах [2]

Рисунок 7 — Типы разрушения стекол (не в масштабе):

а) отожженное флоат-стекло; б) термоупрочненное стекло; в) закаленное стекло [1]

Термоупрочненное стекло

Термоупрочненное стекло подвергается той же обработке, что и закаленное стекло, кроме того, что процесс охлаждения ведется более медленно. Это дает более низкие сжимающие напряжения, чем в закаленных стеклах (рисунок 6)

В отличие от закаленных стекол термоупрочненные стекла разрушаются с образованием довольно крупных кусков стекла, но значительно меньших, чем у отожженного флоат-стекла (рисунок 7). Это дает им преимущество при применении в многослойных стеклах: после разрушения они удерживаются полимерной пленкой на месте. Кроме того, термоупрочненное стекло можно подвергать механической обработке, например, сверлению, что невозможно для закаленных стекол.

Многослойное стекло

Многослойное безопасное стекло состоит из двух или нескольких листов стекла соединенных между собой поливинилбутиловой пленкой толщиной 0,38 мм. В отличие от закаленного безопасного стекла после разрушения многослойное стекло сохраняет часть своей несущей способности, а отдельные куски удерживаются пленкой на месте установки стекла.

Источники:

1. Glass in Building: Principles, Applications, Examples /Bernhard Weller et al, Detail Practice, 2009
2.Guidance for European Structural Design of Glass Components, 2014

Что такое Стекло? Виды стекла, технология производства.

Стекло.

Что такое Стекло, виды, технология производства, свойства, назначение.

 Стекло – это материал, по некоторым свойствам не имеющий аналогов. До сих пор для его производства используются натуральные ингредиенты, повторная переработка испорченного изделия может происходить неоднократно без потери качества и почти без отходов.

Определение стекла.

Стекло может находиться в нескольких агрегатных состояниях на разных этапах производства. И все же, стекло – что такое и из чего его делают? Согласно научному определению, стеклом является всякое аморфное тело, полученное методом расплава, которое при увеличении вязкости приобретает свойства твердого тела. При этом процесс перехода из одного состояния в другое является обратимым.

История стекла.

 В повседневной жизни мы ежедневно используем стекло. Что такое и из чего его делают – это редко задаваемые в современности вопросы, настолько нам привычен материал. Ученые считают, что стекло впервые было получено случайно, проследить зарождение технологии невозможно. Первые изделия датируются примерно 2540 годом до нашей эры. В древней рецептуре присутствовали три компонента – сода, песок и глинозем. В дальнейшем научились улучшать свойства материала, добавляя к основным ингредиентам мел, доломит и другие составляющие. Весь состав, из которого варится стекло, называется шихта. Цветное стекло начали получать, используя природные пигменты – окиси хрома, оксид никеля, кобальтовые добавки. Первое формованное изделие было получено в 1-м веке нашей эры римскими мастерами. Они же изобрели листовое стекло. Технология производства стекла в листах состояла в выдувании огромного, в человеческий рост цилиндрического пузыря из горячей массы. Пока она не остыла, ее разрезали вдоль длинной части и раскладывали на поддонах для выравнивания. Такая техника была распространена повсеместно до начала 20-го века. В России стекольное производство было открыто в 17-м веке и располагалось в селе Духанине, мастерами в то время были только иностранцы

Состав стекла.

Для множества целей используется стекло. Что такое стекло, мы уяснили, а что представляют собой его основные ингредиенты? Состав исходных ингредиентов за весь период практики изготовления материала практически не изменился. Три основных компонента составляют основу (шихту) – это кремнезем или кварцевый песок, сода (оксид натрия) и оксид кальция, известный под названием известь. Составляющие соединяются в определенных пропорциях и плавятся в печи при температуре от 300 до 2500 °С. В состав шихты, в зависимости от желаемых свойств, добавляются поташ, борный ангидрид, битое стекло предыдущих варок или сырье вторичной переработки.

Технология производства стекла.

Для усиления или ослабления свойств соединений в процесс плавки добавляют усилители, глушители, красители, обесцвечиватели и т. д. После варки массу быстро охлаждают, что позволяет избежать образования кристаллов. Из всех составляющих самый большой процент в рецептуре занимает песок — от 60 до 80%. Песок выступает остовом, вокруг которого формируется стекловидный материал. Технология производства стекла остается неизменной в течение столетий. Известь является еще одним компонентом, без которого не производится стекло. Что такое оксид кальция в составе ингредиентов? Эта составляющая придает материалу химическую устойчивость и усиливает блеск. Стекло можно выплавить лишь из песка и соды, но без извести оно растворится в воде. Третьим игроком в составе шихты является оксид металла — натрия или калия (до 17%). В смесь вводится в виде кальцинированной соды или поташа. Эти составляющие уменьшают температуру плавления, позволяя отдельным песчинкам полностью расплавиться и соединиться в монолит.

Виды стекла.

В зависимости от используемых компонентов в составе шихты, разделяют виды стекла:

• Кварцевое. Изготавливается из одного компонента – кремнезема. Обладает высокими качествами: устойчиво к высокой температуре (до 1000 °С) и термоудару, пропускает видимый и ультрафиолетовый спектр излучения. Производство связано с высокими энергетическими затратами, поскольку кремнезем (силикатное стекло) — тугоплавкое сырье и плохо поддается формовке. Основные сферы применения – химическая и лабораторная посуда, части оптических систем, ртутные лампы и пр.
• Натриево-силикатное. Изготавливается из двух компонентов, состав стекла – силикатный песок и сода (1:3). По своим свойствам имеет широкое применение в промышленности в качестве компонента какого-либо процесса, но не применяется в других сферах, изделия из него не изготавливаются. Основной недостаток – растворяется в воде.
• Известковое. Самый распространенный вид материала, из которого производится большинство изделий – листовое стекло, стеклотара, зеркальное полотно, посуда и многое другое.
• Свинцовое. В классический состав стекла (шихты) пропорционально добавляется оксид свинца. Свинцовое стекло отличается повышенными диэлектрическими свойствами, что позволяет использовать его в качестве лучшего изолирующего состава в телевизионных трубках, осциллографах, конденсаторах и пр. Наличие свинца в стеклянной массе придает материалу дополнительный блеск, сверкание, что часто используется при изготовлении художественных изделий, посуды и т. д. Хрусталь – один из видов свинцового стекла.
• Боросиликатное. Добавка оксида бора в состав материала увеличивает его устойчивость к термическому удару до 5 раз, существенно улучшаются химические свойства. Боросиликатное стекло используется для изготовления труб и лабораторно-химической посуды, изделий для бытовых нужд. Масштабным примером использования служит зеркало, созданное на основе боросиликатного стекла для крупнейшего в мире телескопа.
• Прочие виды стекла – алюмосиликатные, боратные, цветные и др.

Виды оконных стекол

Оконное стекло самый востребованный вид материала. Оно пропускает солнечный свет, осуществляет теплоизоляцию зимой и летом, препятствует проникновению шума, эстетически оформляет оконный проем и выполняет еще множество функций. На сегодняшний день существует широкий выбор видов стекла, каждый из которых отвечает определенным требованиям:

• Энергосберегающее. Вид стекла, тонированного в массе или покрытого специальной пленкой, которая обеспечивает проникновение в помещение коротковолнового солнечного излучения, а длинноволновое излучение отопительных приборов из помещения не выпускается. Второе название – селективное стекло. На сегодняшний день разработано несколько типов покрытий. Наиболее перспективными являются – К-стекло (нанесение окислов металлов на поверхность) и i-стекло (вакуумное многослойное напыление серебра — диэлектрика).
• Солнцезащитное. Снижает пропускание солнечного света в помещение. Разделяют на два вида – отражающее и поглощающее. Эффект достигается либо тонировкой стекла в массе при варке, либо нанесением специальной пленки на поверхность. Декоративное. Оконное стекло с дополнительными эстетическими характеристиками – узорчатое, цветное и т. д

Безопасные стекла

 Одним из отрицательных качеств стекла является его хрупкость, существуют технологии упрочнения материала. Самые распространенные виды:

• Армированное. Листовое стекло, при формовке которого в массу внедряется металлическая сетка. Сфера применения – производственные помещения, уличные осветительные приборы, облицовка лифтовых шахт и т. п.
• Ламинированное или триплекс. Два или больше стекол скрепляются между собой специальной пленкой или жидкостью. Этот вид материала существенно снижает уровень шума в помещениях. Также при использовании дополнительных цветофильтров при ламинации способно выполнять солнцезащитные функции. Триплекс обладает повышенной механической устойчивостью, при разбивании полотна осколки остаются прикрепленными к пленке, что делает его максимально безопасным для применения при фасадном, балконном, оконном, дверном остеклении.
• Огнестойкое. Чаще всего производится по технологии ламинации специальными пленками, которые при температуре свыше 120 °С меняют свои физические свойства и, расширяясь, становятся матовыми, придавая стеклу жесткость.
• Защитное. Представляет собой многослойный материал, состоящий из нескольких видов стекла, скрепленного полимерной пленкой. Например, силикатное стекло скрепляется с поликарбонатом и органическим стеклом. Такой светопрозрачный блок устойчив к механическим, химическим, ударным повреждениям. К защитным видам стекла относятся пулестойкое, ударостойкое, устойчивое к пробиванию и другие типы. Технические требования к материалу и классификация защитных стекол регулируются ГОСТом Р 51136.
• Закаленное. Обладает высокими прочностными характеристиками. Эффект обеспечивает технология производства стекла — в специальной тоннельной печи листы краткосрочно подвергаются воздействию высокой температуры и быстро охлаждаются. При разбивании закаленное стекло рассыпается на мелкие осколки, не несущие угрозы жизни и здоровью. Недостатком является невозможность механической обработки закаленного полотна, при малейшем воздействии оно разрушается. Большинство изделий из закаленного стекла сначала формуются, режутся или обрабатываются иным способом и только после этого проходят закалку.

Автостекло

Стекла для автомобилей обладают повышенными прочностными характеристиками, отвечающими требованиям безопасности. На сегодняшний день при производстве используются две технологии – ламинация (триплекс) и закаливание (сталинит): Закаленное получают термической обработкой обычного силикатного стекла, разогревая его в печи до температуры +600 °С с последующим быстрым охлаждением. Оно приобретает механическую и термическую прочность, но при сильных ударах разрушается, распадаясь на мелкие безопасные осколки, у которых отсутствуют режущие и колющие кромки. Российская маркировка – буква «З», европейская – «Т» или Tempered. Ламинированное – это два тонких листовых стекла, скрепленных полимерной пленкой под действием температуры и вакуума. Свойства стекла таковы, что оно остается целостным при сильных воздействиях, не распадается на осколки, если лопнуло. Части остаются скрепленными пленкой. У триплекса есть дополнительные возможности – тонировка цветофильтрами в процессе ламинации, дополнительная шумоизоляция салона, низкая теплопроводность и пр.

Современные разработки стекла.

Двадцатый век можно назвать временем широкого применения стекла. После разработки технологии механических способов получения материала его стали применять в самых разных областях — в качестве тончайшего волокна в сферах телекоммуникаций, с не меньшим успехом используется большими многотонными блоками в строительных технологиях. заказчика Свойства стекла многообразны, их до сих пор продолжают изучать в научных институтах, а умельцы находят новые способы применения и изобретают новые виды. В 1940 году стеклоделы представили миру пеностекло. Его качествами является: Легкость — не тонет в воде, имеет ячеистую структуру, удельный вес немного превышает вес пробки. Влагоустойчивость, долговечность. Экологичность (в классический рецепт шихты добавлен кокс). Пожаробезопасен (не горит) и заглушает огонь. Материал можно распиливать на куски без ущерба для качества. Сферой применения стали изоляционные материалы для опасных производств, холодильных камер и пр. Для солнечных батарей используют стекло с проводящим покрытием из тонкого слоя оксида металлов. Панели с покрытием работают при температурах около 350 °С. Кроме того, такое стекло монтируют в кабины самолетов, чтобы избежать наледи и сохранить тепло внутри кабины. Важным достижением современности стала возможность производства стеклокерамики. Материал изготавливается по технологии обычного стекла, но на последнем этапе охлаждения процесс замедляется, и происходит кристаллизация в массе материала. Катализаторами служат специальные добавки, которые никак не влияют на внешнее состояние стекла, но образуют мелкие кристаллы. Материал без деформации выдерживает высокие температуры и более устойчив ко всем видам повреждений. Используется в ракетостроении, бытовой технике, лабораториях, частях двигателя и во многих других областях.

Создание и настройка материалов в Corona Renderer

Продолжаем знакомиться с визуализатором Corona Renderer. Сегодняшний урок посвящен настройке материалов. Стоит сразу сказать, что принципы их создания в Короне очень схожи с Vray, потому не боимся, а осваиваем и пользуемся!

Содержание страницы:

Настройка материалов

Итак, включаем 3д макс, заходим в меню Rendering/Render Setup и выбираем Корона Рендер в качестве визуализатора.

Как и в случае с Vray, все настройки происходят через редактор материалов Material Editor – открываем его.

По умолчанию, у нас шарик имеет тип Standard. Меняем его на корону: жмем на кнопку Standard, нажимаем на свиток Materials, Corona и выбираем CoronaMtl. Не сложно провести параллель: в Vray это VrayMtl, и именно с через него осуществляется настройка большинства материалов.

Кстати, если ваше окно Material Editor выглядит не так, как у меня, а как на скриншоте ниже, то нажмите Models/Compact Material Editor, чтобы переключится на компактный вид, с шариками. В принципе, оба вида идентичны между собой, но лично мне удобнее работать с шариками.

Прежде чем я расскажу, как создать материал в Corona Renderer, давайте разберем основные параметры (Basic Options) CoronaMtl. Обращаем внимание на пустые квадратики у названий кнопок — через них можно вставлять карты.

Diffuse — диффузный цвет материала.

• В Color устанавливается цвет материала, либо его текстура.
• Level же является множителем для этого параметра. Например, если Color будет стоять RGB (200; 200; 200), то с Level 0,5 мы получим RGB (100; 100; 100).
• Translucency. Просвечиваемость, при значении 1 в параметре Fraction она будет максимальной, при значении 0 — будет отсутствовать. Также можно задать карту.

Reflection — параметры отражения.

• Level. 1 — на 100% отражающий свет материал, 0 — материал не будет отражать свет вообще.
• Color — цвет отражений или карта.
• Fresnel IOR. Отражения по Френелю. Чем выше параметр IOR, тем больше отражает материал, если смотреть на него под прямым углом.
• Glossiness. Матовость. Значение 0 даст матовый материал, 1 — глянцевый, «острый» блик.
• Anisotropy. Растягивает блик. Применяется, например, при создании металлов.
• Rotation. Угол поворота анизотропии.

Refraction — параметры преломления света.

• Level. 1 — прозрачный материал. 0 — непрозрачный.
• Color — цвет преломляющихся лучей или карта.
• IOR — коэффициент преломления.
• Glossiness. Матовость.
• Caustics (slow). При включенной галочке, пропускание света будет рассчитано правильно, по всем законам физики. В скобочках намекают, что это существенно замедлит расчет картинки.
• Thin (no refraction). Галочка отключит любые преломления, сделав объект тонкостенным. Можно использовать при создании оконных стекол.

Opacity — прозрачность. Использовать удобно, например, для создания тюли.

• Color. Чем темнее цвет, тем прозрачнее получится модель с этим материалом.
• Level. Как и в прошлых параметрах, множитель для Color.

Displacement — смещение геометрии. Работает с ч/б картами. При высокой полигональности объекта может задействовать очень много оперативной памяти, потому использовать нужно осторожно.

• Texture. Сюда вставляется карта.
• Min-max level. Здесь задается максимальный и минимальный уровень сдвига.
• Water lvl. Срезает всю геометрию, которая находится ниже заданного параметра.

Как и в Vray, внизу свитка находятся карты Maps. Снятие галочки деактивирует карту, а Amount задает коэффициент ее воздействия. Добавляя карты, можно создать сложные материалы с различными рисунками отражения, рельефом и прочими «фишками», придающими реалистичность.

Bump в Короне регулируется обычно в пределах 0-1. Большие значения могут вызвать шумы.

Вот, в принципе, и все основы, теперь перейдем к созданию основных материалов для сцены в 3ds max.

Стекло

Чтобы показать, как настроить материал стекла, я загрузила 3d модель в сцену: вот такого забавного робота.

Переходим в Material Editor, жмем клавишу M на клавиатуре. Щелкаем на новый шарик, называем его «стекло», выбираем тип CoronaMtl. Выставляем параметры, как на скриншоте:

Применяем к нашему роботу и получаем такой результат: это самый простой вариант, как сделать стекло.

Чтобы получить эффект матового стекла, выставляем такие параметры:

Зеркало

Поверхность зеркального материала полностью отражает свет, но при этом не является прозрачной, как стекло. Смотрите, как сделать зеркало в Vray здесь. А для Короны выставляем вот такие настройки:

Применяем зеркало на робота:

Самосветящийся материал

В Короне, как и в Vray, также есть самосветящийся материал. С помощью него можно делать щелевую подсветку, а также имитировать свет от точечников. Для его создания нам нужно поменять материал не на CoronaMtl, а на специально предусмотренный CoronaLightMtl. Выбираем новый шарик, кликаем на кнопку Standard и выбираем CoronaLightMtl

Параметр Intensity отвечает за интенсивность света, Color – за его цвет.

Вот так выглядит светящийся материал на рендере:

Кстати, разработчики короны предусмотрели и бесплатные шейдеры. Скачать их можно на официальном сайте визуализатора.

Автор урока: Алиса Куб

СТЕКЛО | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

СТЕКЛО. Любой материал, который при охлаждении переходит из жидкого состояния в твердое без кристаллизации, правильно называть стеклом независимо от его химического состава. Под это определение подпадают как органические, так и неорганические материалы. Однако стекла, используемые в широком обиходе, почти всегда изготавливают из неорганических оксидов.

СВОЙСТВА

Широкая употребительность стекла обусловлена неповторимым и своеобразным сочетанием физических и химических свойств, не свойственным никакому другому материалу. Например, без стекла, вероятно, не существовало бы обычного электрического освещения в том виде, в каком мы его знаем. Не было найдено никакого другого материала для колбы электрической лампы, который объединял бы в себе такие важные качества, как прозрачность, теплостойкость, механическая прочность, хорошая свариваемость с металлами и дешевизна. Аналогично, прецизионные оптические элементы микроскопов, телескопов, фотоаппаратов, кино- и видеокамер и дальномеров в отсутствие стекла, вероятно, не из чего было бы изготовить. Все указанные выше свойства в конечном счете связаны с тем фактом, что стекла являются аморфными, а не кристаллическими материалами.

При комнатной температуре стекло представляет собой твердый хрупкий материал и обычно остается таковым при повышении температуры вплоть до 400° С. Однако при дальнейшем нагреве стекло постепенно размягчается, вначале почти незаметно, пока, наконец, не становится вязкой жидкостью. Процесс перехода стекла из твердого состояния в жидкое не характеризуется сколько-нибудь определенной температурой плавления. При правильном охлаждении жидкого стекла этот процесс происходит в обратном направлении также без кристаллизации (деаморфизации).

ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛА

Сырьевые материалы.

Смесь, или шихта, из которой приготавливается стекло, содержит некоторые главные материалы: кремнезем (песок) почти всегда; соду (оксид натрия) и известь (оксид кальция) обычно; часто поташ, оксид свинца, борный ангидрид и другие соединения. Шихта также содержит стеклянные осколки, остающиеся от предыдущей варки, и, в зависимости от обстоятельств, окислители, обесцвечиватели и красители либо глушители. После того как эти материалы тщательно перемешаны друг с другом в требуемых соотношениях, расплавлены при высокой температуре, а расплав охлажден достаточно быстро, чтобы воспрепятствовать образованию кристаллического вещества, получается целевой материал – стекло.

Хотя песок внешне не похож на стекло, большинство распространенных стекол содержат от 60 до 80 мас.% песка, и этот материал как бы образует остов, относительно которого протекает процесс стеклообразования. Стеклообразующий песок – это кварц, наиболее распространенная форма кремнезема. Он подобен песку с морского пляжа, из которого, однако, удалено большинство посторонних примесей. Оксид натрия Na₂O обычно вводится в шихту в виде кальцинированной соды (карбоната натрия), однако иногда используется бикарбонат или нитрат натрия. Все эти соединения натрия разлагаются до Na₂O при высоких температурах. Калий применяется в форме карбоната или нитрата. Известь добавляется в виде карбоната кальция (известняка, кальцита, осажденной извести) либо иногда в виде негашеной (CaO) или гашеной (Ca(OH)₂) извести. Главные источники монооксида бора для производства стекла – бура и борный ангидрид. Оксид свинца обычно вводится в шихту в виде свинцового сурика или свинцового глета.

Типы стекол.

Кварцевое стекло.

Стекло, состоящее из одного только кремнезема, правильно называть плавленым кварцем или кварцевым стеклом. Это простейшее стекло по своим химическим и физическим свойствам, и оно обладает многими необходимыми параметрами: не подвергается деформированию при температурах вплоть до 1000° С; его коэффициент теплового расширения очень низок, и поэтому оно обладает стойкостью к термоудару при резком изменении температуры; его объемное и поверхностное удельные электрические сопротивления весьма высоки; оно отлично пропускает как видимое, так и ультрафиолетовое излучение. К сожалению, кварцевое стекло с большим трудом плавится и перерабатывается в изделия. Высокая стоимость кварцевого стекла ограничивает его применение изделиями специального назначения, такими, как химико-лабораторная посуда, ртутные лампы и компоненты оптических систем, работающие при высоких температурах.

Натриево-силикатные стекла.

Натриево-силикатные стекла получают сплавлением кремнезема (оксида кремния) и соды (оксида натрия). Смесь 1 части оксида натрия (Na₂O) с 3 частями оксида кремния (SiO₂) плавится при температуре, на ~900° С более низкой, чем чистый кремнезем; оксид натрия действует как сильный флюс. К сожалению, такие стекла растворяются в воде, и хотя они чрезвычайно важны для промышленного применения, из них нельзя изготавливать большинство изделий.

Известковые стекла.

Древние стеклоделы обнаружили, что водорастворимость натриево-силикатных стекол можно устранить добавлением извести. Анализы древних стекол показывают поразительное сходство их химического состава с составом современных стекол, хотя современные стеклоделы, в отличие от древних, знают также, что добавление небольших количеств других оксидов, например оксида магния MgO, оксида алюминия Al₂O₃, оксида бария BaO, дополнительно повышает качество стекла. Если главные ингредиенты шихты – оксиды Na₂O, CaO и SiO₂, то получаемые стекла называются натриево-известково-силикатными, натриево-известковыми или просто известковыми стеклами независимо от присутствия других составляющих. С небольшими изменениями в составе эти стекла широко используются для изготовления листового и зеркального стекла, стеклотары, колб электроламп и многих других изделий. Эти стекла относительно легко плавятся и перерабатываются в изделия, а сырьевые материалы для них недороги. Вероятно, 90% производимого сегодня стекла является известковым.

Свинцовые стекла.

Свинцовые стекла изготавливают сплавлением оксида свинца PbO с кремнеземом, соединением натрия или калия (содой или поташем) и малыми добавками других оксидов. Эти свинцово-натриево(или калиево)-силикатные стекла дороже известковых стекол, однако они легче плавятся и проще в изготовлении. Это позволяет использовать высокие концентрации PbO и низкие – щелочного металла без ущерба для легкоплавкости. Такой состав поднимает диэлектрические свойства материала до такого уровня, что делает его одним из лучших изоляторов для использования в радиоприемниках и телевизионных трубках, в качестве изолирующих элементов электроламп и конденсаторов. Высокое содержание PbO дает высокие значения показателя преломления и дисперсии – двух параметров, весьма важных в некоторых оптических приложениях. Те же самые характеристики придают свинцовым стеклам сверкание и блеск, украшающие самые утонченные изделия столовой посуды и произведения искусства. Большинство стекол, называемых хрусталем, являются свинцовыми.

Боросиликатные стекла.

Стекла с высоким содержанием SiO₂, низким – щелочного металла и значительным – оксида бора B₂O₃ называются боросиликатными. Борный ангидрид действует как флюс для кремнезема, так что содержание щелочного металла в шихте может быть резко уменьшено без чрезмерного повышения температуры расплавления. В 1915 фирма «Корнинг гласс уоркс» начала производить первые боросиликатные стекла под торговым названием «пирекс». В зависимости от конкретного состава стойкость к термоудару таких стекол в 2–5 раз выше, чем у известковых или свинцовых; они обычно намного превосходят другие стекла по химической стойкости и имеют свойства, полезные для применения в электротехнике. Такое сочетание свойств сделало возможным производство новых стеклянных изделий, в том числе промышленных труб, рабочих колес центробежных насосов и домашней кухонной посуды. Зеркало крупнейшего телескопа в мире на г. Паломар в Калифорнии изготовлено из стекла сорта «пирекс».

Другие стекла.

Существуют много других типов стекол специального назначения. Среди них – алюмосиликатные, фосфатные и боратные стекла. Производятся также стекла с разнообразной окраской для изготовления линз, светофильтров, осветительного оборудования, косметической тары и домашней утвари.

Варка.

Стекло варится путем выдерживания смеси сырьевых материалов при высоких температурах (от 1200 до 1600° С) в течение продолжительного времени – от 12 до 96 ч. Такой режим обеспечивает протекание необходимых химических реакций, в результате чего сырьевая смесь приобретает свойства стекла.

В древние времена варка производилась в глиняных горшочках глубиной и диаметром 5–7 см. В настоящее время применяются шамотные горшки гораздо больших размеров, вмещающие от 200 до 1400 кг шихты, для производства оптического, художественного и других видов стекла специального состава. В одной печи могут выдерживаться от 6 до 20 горшков. Большие массы стекла варятся в ванных печах непрерывного действия. Постоянный уровень расплавленного стекла в ванне поддерживается путем непрерывной подачи шихты на одном из концов установки и извлечения готового продукта с той же скоростью из другого конца; в таком режиме некоторые стекловаренные печи работали в течение пяти лет, прежде чем возникала необходимость в ремонте. Крупные печи, иногда вмещающие несколько сот тонн расплавленного стекла, приспосабливаются к интенсивному механическому производству. Как горшковые, так и ванные печи обычно нагреваются сжиганием природного газа или мазута.

Переработка в изделия.

В отношении переработки в изделия стекло отличается от большинства других материалов двумя особенностями. Во-первых, оно должно перерабатываться, будучи чрезвычайно горячим и полужидким. Во-вторых, операции формования должны выполняться за короткие периоды, длящиеся от нескольких секунд до, самое большее, нескольких минут, – за это время стекло охлаждается до состояния твердого тела. При необходимости дальнейшей обработки стекло вновь должно быть нагрето. В расплавленном состоянии стекло может быть вытянуто в длинные нити, обладающие гибкостью при высокой температуре, извлечено из общей массы погруженным в него инструментом в виде небольшого сгустка, подцеплено концом стеклодувной трубки либо разлито в формы для получения отливок или прессовок. Поскольку стекло легко сплавляется с металлом, отдельные части сложного изделия соединяются друг с другом после повторного нагрева, благодаря которому также обеспечивается чистота соединяемых поверхностей. Вращение заготовки с постоянной скоростью при обработке придает изделию осесимметричную форму. Готовые стеклянные изделия подвергаются процессу отжига со стадией медленного охлаждения для релаксации напряжений. За все время производства стекла были созданы четыре главных метода его обработки: выдувание, прессование, прокатка и литье. Первые три метода используются как в мелкосерийном ручном, так и в непрерывном машинном производстве. Литье, однако, трудно приспособить к крупносерийному производству.

Последние достижения.

В разработке средств механизации для быстрого и дешевого производства стеклянных изделий в 20 в. было достигнуто больше успехов, чем за всю предыдущую историю стекольного дела. В 1900-х годах, хотя уже были заложены основы механизации технологических процессов и массового производства, стекло все еще использовалось главным образом для получения только пяти видов изделий: бутылок, столовой посуды, окон, линз и украшений. С тех пор стекло стало производиться многими предприятиями и нашло применение буквально в тысячах различных областей. Теперь стекло легко приспосабливают к требованиям заказчика. Оно может быть прозрачным, полупрозрачным или непрозрачным, окрашенным или бесцветным. Некоторые виды стекла так же легки, как алюминий, а другие так же тяжелы, как чугун; есть стекла, по прочности превосходящие сталь. Из них изготавливаются волокна в 10 раз тоньше человеческого волоса и листы, столь же тонкие, как бумага. Стеклянные изделия могут быть крошечными, хрупкими и легкими или такими массивными, как сплошное 508-сантиметровое, 20-тонное зеркало Паломарского телескопа.

Плоское стекло.

В течение и сразу после Первой мировой войны были разработаны новые и полностью непрерывные методы изготовления как оконного, так и зеркального стекла. В 1928 было создано многослойное безосколочное стекло для автомобилей. Вскоре после этого было освоено производство закаленного плоского стекла путем термообработки (закалки с высоким отпуском) твердых полированных листов. Этот процесс повышает прочность в несколько раз и дает продукт с исключительно высокими гибкостью и стойкостью к истиранию и всем видам механического и теплового удара. Когда такое стекло разбивается, оно распадается не на длинные, острые осколки, как обычное стекло, а на маленькие округлые кусочки, которые относительно безвредны. Отпуск оказывается эффективным при упрочнении не только плоского стекла, но и кухонной посуды, мерного стекла, линз защитных очков и круглых колб светильников. Стеклопакеты, заменяющие вставные оконные переплеты, – сравнительно новая разработка конструкции с плоским стеклом. Они состоят из двух или более листов стекла, герметично соединенных по периметру рамкой. Пространство между листами заполняют очищенным и осушенным воздухом. По сравнению с одинарным остеклением стеклопакеты уменьшают теплопотери почти на 50% и надолго избавляют от проблем, связанных с применением наружного оконного переплета, проникновением пыли и конденсацией влаги.

Стеновые стеклоблоки.

Производство стеновых стеклоблоков и стекловолокна началось в 1931. Трудно вообразить два других вида стеклянных изделий, столь непохожих друг на друга. Стеновые стеклоблоки массивны и изготовляются сваркой двух прессованных полублоков с образованием герметической полости между ними. Такие элементы монтируются при строительстве с использованием обычных инструментов и материалов. Получаемые из них «стены дневного света» пропускают большую часть падающего на них солнечного излучения, но уменьшают его яркость, обеспечивают хорошую теплоизоляцию и практически исключают конденсацию влаги. Эти полезные свойства обусловили широкое использование стеновых стеклоблоков как элементов строительных конструкций.

Стекловолокно.

В отличие от бытового стекла стекловолокно обычно изготавливается в форме нитей диаметром меньше 1 мкм. Поскольку каждое волокно представляет собой, по существу, сплошной стеклянный стержень, в объеме оно обладает всеми свойствами стекла. Стекловолокно термостойко и негорюче. Оно не поглощает влаги, не гниет и не подвержено химическому разложению. Оно атмосферо-, кислото-, масло- и коррозионностойко, а также не проводит электричества. Из стекловолокна можно изготавливать нити, ленты, оплетки и корд. Из несколько более толстых, коротких волокон получают упругую ватоподобную массу, называемую стекловатой. В такой форме стекловолокно – отличный теплоизолятор. Различные виды стекловолокна в сочетании с асбестом, слюдой, пластмассами и силиконами дают превосходные композиционные материалы. Действительно, материалы, состоящие из параллельных стеклянных нитей, внедренных в сложный полиэфир или другую матрицу, по прочности на единицу массы могут быть намного прочнее обычных конструкционных материалов, включая сталь, алюминий, магний и титан. Армированные стекловолокном пластмассы этого типа теперь широко используются для изготовления деталей самолетов и ракет, труб, резервуаров, корпусов лодок и строительных панелей. Промышленность стекловолокон выросла с удивительной быстротой ввиду широкого применения этого вида стекла в композиционных материалах.

Специальное кварцевое стекло.

В 1939 был изобретен еще один замечательный вид стекла, названный 96%-м кварцевым стеклом. Этот продукт по своим свойствам практически эквивалентен чистому плавленому кварцу, однако он может производиться дешевле и с большим разнообразием форм и размеров. Стойкость к термоудару этого вида стекла настолько велика, что после нагрева до точки размягчения его можно сразу же опустить в холодную воду, не вызвав разрушения. Удельное электрическое сопротивление и химическая стойкость этого вида стекла также весьма высоки. Некоторые разновидности 96%-го кварцевого стекла обладают исключительно высоким пропусканием в середине ультрафиолетовой области спектра, что позволяет использовать такое стекло в солнечных и бактерицидных лампах, лабораторном оборудовании и специальных электротехнических изделиях.

Пеностекло.

Пеностекло – еще один продукт изобретательности стеклоделов – по структуре похоже на хлеб и может распиливаться на куски нужного размера. Разработанное в 1940, это стекло так мало весит, что не тонет в воде, и все же является жестким, не горит и не выделяет запахов. Такая аномалия свойств создается после смешения тонко измельченных кокса и стекла и нагрева смеси до высокой температуры. Смесь мучнистого вида расплавляется, превращаясь в черную пену, которая заполняет объем формы и потом застывает. В результате получается твердый ячеистый материал с сотнями тысяч заполненных воздухом изолированных ячеек на 1 дм³. После снятия форм блоки пеностекла разрезаются до нужных размеров. Этот замечательный продукт весит примерно столько же, сколько весит пробка, и во время Второй мировой войны использовался в качестве заменителя пробки, а также пробковой древесины, пористой резины и капка. Как и пробка, пеностекло – отличный изолятор. Однако в отличие от пробки на него не влияют сырость и конденсация влаги, так что оно очень подходит для обкладки холодильных камер и бытовых холодильников. Пеностекло в равной мере успешно может применяться и для высокотемпературной теплоизоляции вплоть до 425° С, поскольку оно не только не горит, но и заглушает огонь. Новый сорт пеностекла содержит 99% кремнезема и может использоваться при температуре до 1200° С.

Металлизация.

На поверхность стекла можно наплавить тонкий слой металла; при этом соединение получается настолько прочным, что к металлическому покрытию можно припаять довольно массивные металлические детали. Этот метод широко применяется в радио- и электротехнической промышленности.

Проводящие покрытия.

Был открыт целый ряд необычных применений стекла в связи с тем, что ему можно придать свойство поверхностной проводимости. Это достигается напылением на поверхность стеклянного изделия тонкого, прозрачного, почти невидимого слоя оксида металла. Такое покрытие весьма долговечно и имеет поверхностное сопротивление в пределах от 10 до 100 Ом/см². При обычных температурах можно использовать известковое стекло, а при высоких – боросиликатное. Изготовленные из такого стекла панели лучистого нагрева могут работать при температурах до 350° С. Подобные панели – хороший источник энергии длинноволнового инфракрасного излучения, которое большинство веществ и сред поглощает с эффективностью 90% и более. Таким способом изготавливаются настольные стеклянные излучатели и вспомогательные нагреватели для помещений. Проводящие покрытия, нанесенные на ветровые стекла самолетов, сохраняют их теплыми и свободными от льда.

Электротехнические изделия.

Стеклянные колбы широко используются в качестве оболочек для ламп накаливания и электронно-лучевых трубок. Проволочные резисторы, трансформаторы, конденсаторы, реле и переключатели могут заключаться в оболочки из отпущенного стекла с выводами через стеклянные изоляторы. Крупные проходные изоляторы массой до 22 кг, рассчитанные на сильные токи и высокие напряжения, изготавливаются путем центробежной отливки стекла вокруг металлических втулок. С применением стекла изготавливаются конденсаторы как постоянной, так и переменной емкости. В конденсаторах постоянной емкости используется листовое стекло толщиной до 0,025 мм. Конденсатор переменной емкости состоит из изготовленной с жестким допуском стеклянной трубки, часть внешней поверхности которой металлизируется для образования одной обкладки. Внутрь трубки вставляется стержень из латуни или инвара, образующий вторую обкладку. Стеклянные трубки или стержни с нанесенной на них углеродной, металлической или металлооксидной пленкой используются в качестве резисторов.

Светочувствительные стекла.

В 1947 было обнаружено, что стекла некоторых составов при воздействии ультрафиолетового излучения образуют скрытое изображение, которое может быть проявлено путем нагрева стекла чуть выше температуры отжига. Скажем, на стекло можно наложить фотографический негатив и облучить его ультрафиолетом, а потом нагреть стекло; в результате в объеме стекла появится воспроизведенное в цвете изображение. Цвет изображения зависит от вида светочувствительного металла, введенного в шихту. Один из составов дает опаловое стекло такой природы, что разбавленная фтористоводородная кислота протравливает облученную часть раз в пятнадцать быстрее, чем необлученную. Эта огромная разница в растворимостях позволяет осуществлять химическое травление. Таким способом в стекле можно вытравливать отверстия размером меньше половины среднего диаметра человеческого волоса в количестве до 100 тыс. отверстий на 1 см². Стекла этого типа используются для изготовления световых табло, именных табличек и декоративных плиток, а также в качестве чувствительных элементов дозиметров. После воздействия проникающего излучения некоторые из таких стекол ярко светятся при облучении ультрафиолетовым светом, а другие меняют свой цвет. Интенсивность флуоресценции или степень изменения окраски пропорциональна полученной дозе облучения.

Стеклокерамика.

Это гибридное название относится к материалам, которые вначале были произведены как стекла, а потом во всей своей массе переведены в кристаллическое состояние. Они выпускаются фирмой «Корнинг гласс уоркс» под зарегистрированными торговыми названиями «пирокерамика» и «фотокерамика».

Сырьевые материалы для изготовления стеклокерамики примерно те же, что и для изготовления стекла, однако включают некоторые дополнительные добавки, играющие роль зародышеобразователей. После формования одним из обычных способов – прессования, выдувания или прокатки – изделие нагревается до температуры образования ядер кристаллизации. В 1 см³ изделия образуются миллиарды таких ядер, которые вырастают до мельчайших кристаллов, хотя никакой видимой кристаллизации не происходит. Затем температура повышается, и во всем объеме стеклообразного изделия начинается кристаллизация вокруг кристаллов-зародышей. Процесс продолжается до тех пор, пока растущие кристаллы не наталкиваются друг на друга и вся масса изделия не становится кристаллической за исключением малых областей стеклообразной матрицы на границах кристалла. Температуры переработки, зародышеобразования и кристаллизации зависят от состава стекла. В некоторых случаях образование ядер кристаллизации производится воздействием рентгеновского или ультрафиолетового излучения с последующей термообработкой.

В отличие от обычной керамики, стеклокерамика не имеет пор, а ее кристаллы меньше размером и более однородны. По сравнению со стеклом-основой стеклокерамика тверже, не деформируется до более высоких температур и в несколько раз прочнее. Одним из первых ее применений были обтекатели ракет. Теперь широко используется стеклокерамическая посуда, которую можно переставлять из холодильника прямо на плиту. Лабораторная посуда, цилиндры двигателей и даже шарикоподшипники изготавливаются из стеклокерамики. Эти разработки – главное достижение в технологии стекла. См. также КОНСТРУКЦИОННЫЕ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ; КЕРАМИКА ПРОМЫШЛЕННАЯ.

Стекло. Виды и применение. Свойства и производство. Особенности

Стекло – группа материалов имеющих различную химическую структуру, общим показателем для которых является свойство переходить при охлаждении из жидкого состояния в твердое без образования кристаллической решетки.

Технология производства

Существует много разновидностей стекла, технология производства которых отличается. В общем ее можно описать как варку. Материал в зависимости от применяемого сырья расплавляется и выдерживается при температуре 1200-1600°С на протяжении  от 12 до 96 ч. За этот период времени используемая сырьевая масса поддается химическим изменениям. В материале происходит множество химических реакций, в конце которых он приобретает свойства стекла.

Сформированная при варке масса в горячем состоянии является жидкой. В вязком состоянии она используется для формирования различных изделий, которые при застывании становятся твердыми.

Стекло варится в шамотных горшках вместимостью до 1,5 тонны. В одну печь помещают от нескольких до 10-20 горшков. Также на некоторых производствах применяются ванные печи, которые работают в режиме непрерывной варки стекла до 5 лет, после чего меняются или поддаются ремонту.

Стекольная масса нуждается в соблюдении строгого температурного режима при остывании. Если изделие остынет быстрее допустимой скорости, то оно треснет. В связи с этим на производстве этому уделяется особое внимание.

Свойства стекла

Материал сочетает в себе ценные качества, такие как:

• Прозрачность.
• Твердость.
• Низкий коэффициент температурного расширения.
• Малая теплопроводность.
• Термостойкость.
• Высокая твердость.

При всех достоинствах, у стекла имеется и недостаток – хрупкость. В отличие от металлов и прочих материалов при механическом воздействии оно не деформируется, а разлетается на осколки. Осколки могут иметь острые кромки, что несет опасность.

Материал имеет достаточно большую массу. По этому показателю он практически приравнивается ко многим видам металлов. При этом зачастую стекла гораздо тверже, и могут поцарапаться только алмазным инструментом или изделиями с твердыми напайками.

Виды стекла по сырьевому составу

Для изготовления стекла может использоваться различное сырье. От него зависят свойства и внешний вид материала. Различают следующие разновидности стекла:

• Кварцевое.
• Натриево-силикатное.
• Известковое.
• Свинцовое.
• Боросиликатное.

Существуют и другие разновидности стекол, которые однако не нашли промышленной популярности. Они больше подходят для узкоспециализированных задач. К примеру, такой редкой разновидностью является урановое стекло, которое раньше использовалось для изготовления ваз, чаш и прочей посуды.

Кварцевое стекло

Материал является самым простым в плане сложности химического состава. По сути это просто сваренный кварцевый песок. Хотя изделие и простое в плане состава, но сложное в изготовлении. Это связано с высокой температурой плавки песка. С расплавленной кварцевой массой сложно работать, формируя необходимые изделия, что делает материал не распространенным.

В частности из него делают химические стаканы, колбы для ртутных ламп. Для менее ответственных изделий его применение нерационально. Важным качеством кварцевого стекла является высокая температурная устойчивость. Оно не меняет свою форму при нагреве до температуры +1000°С.  Материал хорошо переносит резкие перепады температуры. При неравномерном сильном разогреве или охлаждении поверхности он может давать трещины.

Натриево-силикатные

Материал получается в результате совместной варки оксида кремния и оксида натрия. Последний компонент это обычная сода, которая действует как флюс. Плавка и варка стекла выполняется при температуре +900°С.  Главная особенность таких стекол в том, что они растворяются в воде. Однако, несмотря на это они получили широкое распространение в промышленности.

Известковые

Это стекло является практически натриево-силикатным, в которое добавлена известь. Включение последнего компонента делает материал устойчивым к растворению в воде. Именно этот тип стекла широко использовали в древности благодаря сравнительной легкости его производства.

Известковые стека производят и в наше время, но немного по усовершенствованной технологии. В него добавляют оксид алюминия, оксид магния и прочие компоненты, позволяющие повысить качество готового изделия. Зачастую оконные стекла сделаны именно из этого материала, как и большинство зеркал. Массовая доля всего производимого в мире стекла является известковым.

Свинцовые

Несмотря на название, в состав этого стекла помимо свинца также включены сода, кремнезем и еще несколько оксидов. Этот материал является очень эффективным электрическим изолятором. Благодаря этому его используют при изготовлении микросхем, изоляторов для конденсаторов.

Эта разновидность стекла отличается повышенным блеском. Подавляющее число так называемых хрустальных изделий являются свинцовыми стеклами. Это дорогой материал с высокими декоративными качествами.

Боросиликатные

В став боросиликатного стекла включен оксид бора. За счет этого материал отличается высокой устойчивостью к температурному воздействию как минимум в 2 раза выше, чем у обычных видов стекла. Его часто называют пирекс. Это его торговое название, которое было присвоено производителем, разработавшим его рецептуру. Высокая стойкость материала к термоудару делают боросиликатное стекло популярным при производстве посуды. Из него делают тарелки, кастрюли, чашки и т.д.

Виды стекол применяемых в остеклении

Помимо различия по сырью, также осуществляется классификация стекла на виды и по другим критериям. Они бывают:

• Ламинированные.
• Закаленные.
• Армированные.
• Энергосберегающие.
• Солнцезащитные.
• окрашенные в массе.
• Окрашенные.

Ламинированные

Ламинированное стекло также называют триплекс. Это листовой материал, состоящий из нескольких слоев обычного стекла, между которыми располагается пленка или полимер. Наличие последних делает материал более крепким и безопасным. При разбивании он не разлетается на мелкие осколки. В связи с этим его используют для изготовления лобовых стекол для автомобилей.

В целом материал имеет массу достоинств. Его сложнее разбить, он лучше останавливает ультрафиолет. За счет пленки при взгляде на него с внешней стороны создается эффект поляризации, снижающий просматривание.

Закаленные

Эти стекла поддаются термической или химической обработки. За счет этого они становятся более крепкими и твердыми. Их очень сложно разбить или поцарапать. Их используют для изготовления триплекса, стеклопакетов для окон. В случае разбивания, что бывает редко, закаленное стекло разлетается на мелкие не острые безопасные осколки.

Армированные

Эти стекла содержат внутри металлическую сетку. Она выступает в качестве армирующего слоя. За счет нее обеспечивается высокая ударопрочность. В случае разбивания осколки стекла удерживаются на сетке. Это позволяет ему по-прежнему выполнять свою функцию, хотя и менее эффективно.

Стекло считается эффективным для удержания распространения огня и дыма. Его часто используют для остекления хозяйственных построек, СТО, гаражей, автомоек. За счет сетки внутри окна разбиваются с меньшей вероятностью, чем обычные стекла. Армированное изделие хорошо пропускает свет, но искажает изображение. По этой причине оно совершенно непригодно для установки в окна домов, административных и офисных зданий.

Энергосберегающие

Это низкоэмиссионные виды стекла. Они наделены весьма важным качеством – отражают обратно тепловые лучи при воздействии с одной стороны. Их применяют для сборки стеклопакетов для окон. За счет них тепло помещения при попадании на остекление не проходит наружу. При этом свет и тепло от солнечных лучей проникают внутрь помещения без проблем.

Эффект энергосбережения может достигаться напылением на стекла специального состава или путем приклеивания пленки. Нужно отметить, что энергосберегающее остекление может дополнительно работать и в обратную сторону, препятствовать проникать солнечного тепла внутрь помещения.

Солнцезащитное

Изделие этого типа работает на отражение солнечного тепла. Оно используется для изготовления стеклопакетов. Оно размещается отражающей стороной на улицу, за счет чего внешнее тепло не проникает в помещение. Стоимость такого стекла может существенно отличаться. Самые дорогие способны отражать солнечное тепло, при этом пропускать внутрь практически весь свет. За счет этого в помещение поступает нормальное дневное освещение.

Окрашенные в массе

Такое стекло является менее прозрачным. За счет этого оно поглощает часть света и тепла. Чаще всего при его изготовлении используются цветные пигменты: зеленые, коричневые, бронзовые, серые.

За счет поглощения тепла поверхность стекла сильно разогревается. Установлено, что у стекол с поглощением света на 50% температура поверхности днем может дойти до +90°С. Касание к ним в такие моменты вызывает ожог на коже. Использование таких стекол на окнах также нежелательно и по причине пагубного влияния на человека. Тусклый свет через такое окно приводит к нарушению ориентированию во времени, порчи зрения.

Окрашенные

Такие стекла изначально являются прозрачными. Для снижения пропускной способности они могут окрашиваться с одной из сторон. Как следствие сквозь них может проникать меньше света. Кроме этого отдельные виды красок дают возможность сохранить отличную прозрачность с одной стороны и зеркальный эффект с другой.

Похожие темы:

Прессованное стекло | Britannica

Прессованное стекло , стеклянная посуда, изготовленная путем механического прессования расплавленного стекла в плоскую или гравированную форму с помощью поршня. Прессованное стекло обычно можно отличить от стекла, вырезанного вручную, по его тупым граням, швам формы (которые, однако, часто удаляются полировкой) и точной регулярной огранке.

Стекло было отлито в открытых формах египтянами еще в 5 г. до н. Э., Но только в 19 веке стеклодувы научились формировать стекло прессованием.Использование поршня позволило стекольникам быстро распределить толстое расплавленное стекло по форме, прежде чем оно затвердеет, и тем самым позволило им придать стеклу замысловатые формы с замысловатым дизайном. Первая промышленная машина для прессования стекла была разработана в 1825 году Джоном П. Бейкуэллом из США. Изобретение этого устройства быстро привело к массовому производству стеклянной посуды и значительно снизило ее стоимость. Процесс прессования стал самым важным фактором, сделавшим стеклянную посуду доступной для повседневного использования.

В 1827 году Деминг Джарвс из Boston and Sandwich Glass Company в Сандвиче, штат Массачусетс, начал производить стеклянную посуду, украшенную «кружевными» узорами, чрезвычайно сложными комбинациями точек, кругов, ромбов, листьев и гирлянд, покрывающих всю поверхность стекла. статьи. Эти кружевные узоры были уникальными для новой техники прессования, поскольку они не могли быть получены с помощью более традиционных техник резки и гравировки.

Прессованное стекло также производилось в Англии; первая прессовая машина была установлена ​​в Стоурбридже У.H.P. Ричардсоном в 1833 году. Оттуда технология прессованного стекла распространилась также на другие части Англии и континентальной Европы. Европейское прессованное стекло с кружевным узором, называемым «змеиной кожей», было столь же излишне орнаментировано, как и американское. Кремневое стекло хорошего качества использовалось исключительно до середины 1860-х годов, когда появилось более дешевое, но более хрупкое натриево-известковое стекло. Сегодня прессование стекла используется во всем мире при производстве обычной стеклянной посуды.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Paste | изделия из стекла | Britannica

Paste , тяжелое, очень прозрачное бесцветное стекло, имитирующее огонь и блеск драгоценных камней, поскольку оно имеет относительно высокие показатели преломления и сильную дисперсию (разделение белого света на составляющие его цвета). С очень раннего периода пытались имитировать драгоценные камни. В частности, римляне были очень искусны в производстве паст для цветного стекла, которые особенно копировали изумруд и лазурит.С ростом спроса на ювелирные изделия количество имитаций неуклонно увеличивалось. В 1758 году венскому ювелиру Йозефу Штрассеру удалось изобрести бесцветную стеклянную пасту, которую можно было разрезать и которая внешне приближалась к блеску настоящего алмаза; изделия из этой пасты называют стразными камнями.

До 1940 года большинство искусственных камней изготавливали из стекла с высоким содержанием свинца. Такие стаканы были названы пастой, потому что компоненты смеси смешивались во влажном состоянии для обеспечения тщательного и равномерного распределения.Бесцветная паста обычно состоит из 300 частей диоксида кремния (диоксид кремния, SiO ₂ ), 470 частей красного свинца (оксид свинца, Pb ₃ O ₄ ), 163 частей карбоната калия (K ₂ CO _{). 3} ), 22 буры (борат натрия, Na ₂ B ₄ O ₇ · 10H ₂ O) и 1 белый мышьяк (оксид мышьяка, As ₂ O ₃ ) . Для придания пасте любого желаемого цвета могут быть добавлены пигменты: соединения хрома для красного или зеленого, кобальт для синего, золото для красного, железо для желтого и зеленого, марганец для пурпурного и селен для красного.

Пасты более мягкие, чем обычное или коронное стекло, но имеют более высокий коэффициент преломления и дисперсию, что придает им большой блеск и огнестойкость. Более дешевые имитации пасты прессуются или формуются, но у более качественных камней грани обрезаются и полируются. Имитация формованного стекла может быть идентифицирована с помощью ручной линзы, потому что края между гранями закруглены, а у граненого стекла острые края. Камни из ограненной пасты можно отличить от настоящих по нескольким причинам: (1) паста имеет пузырьки воздуха, а натуральные камни — нет; (2) паста плохо проводит тепло, поэтому камни из пасты кажутся теплыми на ощупь; и (3) паста, как и все стекло, имеет легкий раковинный излом, образуя блестящие изогнутые поверхности, особенно на поясе (самой широкой части) установленных камней рядом с монтажными выступами.Другие методы дифференциации включают твердость (паста мягче, чем настоящие камни, и не поцарапает обычное стекло), показатель преломления (1,50–1,80, меньше, чем у алмаза 2,42), удельный вес (от 2,5 до 4,0, в зависимости от количества красного свинца. использованный) и изотропный характер (поскольку паста имеет одинаковые свойства во всех направлениях, она показывает только однократное преломление и отсутствие дихроизма, тогда как большинство природных камней обладают частично двойным преломлением и дихроичностью).

Glass Alliance Europe

Производство стекла имеет давнюю традицию, уходящую корнями в 3500 г. до н.э., когда считается, что стекло впервые было искусственно произведено в Египте и Месопотамии для использования в качестве украшений, а затем и в качестве сосудов.С тех пор процессы постоянно эволюционировали от ручного изготовления к сегодняшним высокотехнологичным производственным процессам, а количество видов и областей применения стекла увеличилось.

Стекло как никакое другое вещество сформировало европейское культурное наследие, регионы, отрасли, условия жизни, развертывание технологий и т. Д. Просто представьте себе шедевры из стекла, такие как чешский хрусталь, остров Мурано в Италии, галерею Миррос Версальского дворца или витражи в соборах.

Стекло

сегодня окружает нас повсюду и продолжает предлагать передовые решения, как само по себе, так и в сочетании с другими материалами для высокотехнологичных приложений; тенденция, которая, скорее всего, сохранится в будущем.

Производство стекла

Стекольная промышленность характеризуется множеством производственных процессов в зависимости от конечного продукта и его конечного применения. Однако все эти производственные процессы имеют общее происхождение: стекло сначала нужно расплавить!

Для плавления стекла требуется сырье двух видов: различные виды песка и переработанное стекло. Эти сырьевые материалы смешиваются вместе, загружаются в печь, где плавятся при температуре около 1500 ° C с образованием расплавленного стекла.Затем расплавленное стекло вынимается из печи для придания ему формы и последующего охлаждения. Для многих применений полученное стекло может быть дополнительно обработано для получения определенных свойств, таких как повышенная механическая прочность и повышенная устойчивость к разрушению.

Точный состав стекла может варьироваться в зависимости от требований конкретного применения, но наиболее часто используемый тип стекла, натриево-известковое стекло, состоит из кварцевого песка, кальцинированной соды, известняка, доломита и стеклобоя (переработанное стекло).В смесь можно добавить дополнительные материалы, такие как оксид железа или кобальт, для придания стеклу зеленого или синего цвета.

Что такое стекло? | Как делают стекло?

Что такое стекло? | Как делают стекло? — Объясни это

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 19 января 2021 г.

Теперь вы это видите, а теперь нет. Стекло
немного загадки. Достаточно сложно защитить нас, но оно разбивается
невероятная легкость. Он сделан из непрозрачного песка, но полностью
прозрачный. И, что, пожалуй, самое удивительное, он ведет себя как
твердый материал … но это также замаскированная странная жидкость!
Вы можете найти стекло, куда бы вы ни посмотрели: большинство комнат в вашем доме будут
иметь стеклянное окно и, если не это, возможно, стеклянное зеркало … или
стеклянная лампочка. Стекло — одно из старейших и самых
универсальные материалы, созданные человеком.Давайте узнаем об этом больше.

Фото: Стеклянная загадка: Как нечто прозрачное для света кажется цветным? Цвета в этом стакане на самом деле нет! Стеклянные линзы преломляют (изгибают) световые лучи с разной длиной волны на разную величину, вызывая появление спектральных цветов. Это крупный план линзы Френеля с маяка.

Что такое стекло?

На фото: Витражи изготавливаются путем добавления солей металлов, таких как железо, марганец,
хром и олово в состав расплавленного стекла, чтобы придать ему разнообразные привлекательные цвета.Этот витраж, разработанный художником.
Эдвард Бёрн-Джонс в соборе Святого Филиппа в Бирмингеме, Англия.

Вы не поверите, но стекло изготавливается из жидкого песка. Ты можешь
сделать стекло, нагревая обычный песок (который в основном состоит из кремния
диоксид), 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
песчаный желтый материал, с которого вы начали: он проходит полный
трансформация и приобретает совершенно иную внутреннюю структуру.Но это
сколько бы вы ни охлаждали песок, он никогда не перестанет
твердый. Вместо этого он становится своего рода замороженной жидкостью или какими-то 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 — такой популярный материал в наших домах.
потому что он обладает множеством действительно полезных свойств. Кроме
будучи прозрачным, его изготовить недорого, легко придать форму, когда он
расплавленный, достаточно устойчивый к нагреванию в застывшем состоянии, химически инертный
(чтобы стеклянная банка не вступала в реакцию с предметами, которые вы в нее кладете), и
его можно перерабатывать любое количество раз.

Как делают стекло?

Художественное произведение: Производство стекла упрощено: смешать и нагреть песок и переработанное стекло с карбонатом кальция и
карбонат натрия.

Когда американские ученые испытали прототип
атомная бомба в пустыне Нью-Мексико в 1945 году, взрыв превратился в
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 заводе по производству товарного стекла, песок
смешивается с отработанным стеклом (из сборников вторсырья), кальцинированной содой
(карбонат натрия) и известняк (карбонат кальция) и нагревают в
печь.Сода снижает температуру плавления песка, что помогает
экономия энергии при изготовлении, но имеет досадный недостаток:
из него получается стекло, которое растворяется в воде! В
известняк добавлен, чтобы предотвратить это. Конечный продукт — натриево-кальциево-силикатное стекло. Это обычное стекло, которое мы
можно видеть все вокруг
нас.

Фото: боросиликатное стекло, такое как этот кувшин из PYREX® (задняя часть), выдерживает резкие перепады температур, в отличие от обычного стекла (переднее), 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).

После того, как песок растоплен, его либо высыпают в
формы для изготовления бутылок, стаканов и других емкостей, или «плавающие»
(выливается в большую емкость с расплавленным оловом), чтобы получился идеально ровный
листы стекла для окон. До сих пор иногда изготавливают необычную стеклянную тару
«взорвав» их.Заворачивается «комок» расплавленного стекла.
вокруг открытой трубы, которая медленно вращается. Воздух продувается
открытый конец трубы, в результате чего стекло взорвалось, как воздушный шар.
С умелым выдуванием и точением можно получить самые разные удивительные формы.
сделали.

Производители стекла используют несколько иной процесс
в зависимости от типа стекла, которое они хотят сделать. Обычно другие
химикаты добавляются для изменения внешнего вида или свойств
готовое стекло. Например, химические вещества на основе железа и хрома
добавлен в расплавленный песок, чтобы стекло стало зеленоватым.Боросиликатное стекло, пригодное для использования в духовке (широко продается под
товарный знак PYREX®) является
производится путем добавления оксида бора к расплавленной смеси. Добавление оксида свинца
делает прекрасное хрустальное стекло, которое легче разрезать; высоко ценится
ограненный свинцовый кристалл сверкает цветом, преломляя (изгибая) свет
проходя через это. Некоторые специальные виды стекла производятся
разный производственный процесс. Пуленепробиваемый
стекло изготавливается из многослойного или ламината, состоящего из нескольких слоев стекла и пластика, склеенных
все вместе. Закаленное стекло, используемое в лобовых стеклах автомобилей, производится путем охлаждения расплавленного металла.
стекло очень быстро, чтобы сделать его намного труднее.Витражное (цветное) стекло изготавливается путем добавления металлических соединений в стекло, пока оно расплавлено; разные
Металлы придают отдельным сегментам стекла разные цвета.

Стекло — твердое … или жидкое?

Изображение: Вверху: В правильном кристаллическом твердом теле атомы расположены в
аккуратный и предсказуемый способ. Внизу: в аморфном твердом теле, таком как стекло, расположение гораздо более случайное.

Это 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 из книг мы часто узнаем, что все твердые тела имеют
фиксированная структура атомов.

На самом деле, существуют разные виды твердых тел, которые имеют очень
различные структуры и не все, что мы называем «твердым»
точно так же. Подумайте о куске железа
и кусок резины. Совершенно очевидно, что они
оба твердые тела, и все же резина сильно отличается от железа.
Внутри каучука и железа есть свои атомы (в
в случае железа) и молекул (в случае резины), расположенных в
совершенно разными способами.Железо имеет правильную или кристаллическую структуру.
(как карабин с атомами по углам), а резина — это полимер (состоящий из длинных цепочек молекул
слабо связаны между собой). Или подумайте о воде.
Как вы могли заметить, вода — почти уникальное твердое вещество, потому что она
расширяется, чтобы начать с того, что он зависает. Короче не все подходит
аккуратно в наши представления о твердом, жидком и газовом, а не обо всех твердых телах,
жидкости и газы ведут себя красиво, аккуратно и легко объяснимо. В
исключения — это то, что делает науку действительно интересной!

Аморфные твердые вещества

Вернемся к стеклу.Вглядываться в микроскоп
внутри стекла, и вы найдете молекулы, из которых он сделан
расположены в неправильном порядке. Вот почему стекло иногда
называется аморфным твердым телом (твердое тело без регулярного
кристаллическая структура, что-то вроде металла). Вы можете
также см. стекло, описанное как «замороженная переохлажденная жидкость». Это
еще один способ сказать «стекло — это жидкость, которая никогда не застывает».
озадачивающее утверждение, которое иногда можно встретить в научных книгах. Мы могли бы
скажем, стекло немного похоже на жидкость и немного похоже на твердое тело.Имеет
внутренняя структура, которая находится где-то между структурой жидкости
и твердое тело, с некоторым порядком твердого тела и некоторые из
хаотичность жидкости.

Стекло — далеко не единственное твердое аморфное вещество. Можно сделать
тип воды, называемый аморфным льдом, который можно описать как
между твердым веществом (вода) и жидкостью (лед). Вы делаете это с помощью охлаждающей воды
очень быстро. Лед образуется так быстро, что не успевает собраться
до его нормальной кристаллической структуры. Итак, что вы получаете, похоже на лед
но в некотором роде ведет себя как жидкая вода.Другие вещества могут быть
превращены в аморфные твердые тела. Солнечные элементы часто делают из
так называемый аморфный кремний.

Фото: солнечная панель из аморфного кремния.
Фото Денниса Шредера любезно предоставлено
NREL (Министерство энергетики США / Национальные возобновляемые источники энергии)
Энергетическая лаборатория) (фото № 22143).

Рекламные ссылки

Для чего мы используем стекло?

Фото: Стекло можно использовать для вторичной переработки других материалов.
материалы. Урановое стекло имеет необычный желто-зеленый цвет и светится
ультрафиолетовое излучение.Эти кусочки стекла были изготовлены из урана, оставшегося после очистки
завод Fernald по переработке урана недалеко от Цинциннати, Огайо, США.
Стеклование (превращение материала в стекло) — один из способов избавиться от
безопасность ядерных отходов.
Изображение предоставлено Министерством энергетики США.

Glass начинает ваш день с блеска: взгляд на часы, взгляд сквозь глазурь
на солнце или дождь, хмурый взгляд в зеркало, песня из
душ, пока вы умываетесь теплой водой, стекающей с
солнечные панели
на крыше.Стаканы упаковывают стол для завтрака, который сам по себе может
быть сделанным из дымчатого стекла, и есть бутылки и банки со всем
формы и цвета. Готовя завтрак на кухне, вы могли бы
используя стеклокерамическую варочную панель или
микроволновая печь с металлической подкладкой
окно, чтобы волны оставались внутри. Может быть, ты смотришь теплые круассаны
через дверцу духовки из пирекса? (А это стеклянный чайник?)

Когда вы проверяете электронную почту во время завтрака (плохая привычка), скорость передачи данных в Интернете сжимается.
в ваш дом через оптические волокна, как потоки солнечного света
через отражающие тепло окна, которые сохранят прохладу.Вы читаете
слова через стеклянную ЖК-панель вашего ноутбука или закаленные
Стекло гориллы вашего смартфона, оба заряжаются солнечной энергией
из фотоэлектрических панелей на крыше. Говорящие головы
бормоча тебе через экран телевизора в углу.

Затем вы отправляетесь на работу или в школу в застекленной машине, автобусе, поезде (возможно, даже
вертолет), согнувшись под лампами с низким энергопотреблением, покрытыми стеклом, чтобы продержаться. Если вы едете, по шоссе вы
грохот может производиться из щебня и асфальта, в том числе
переработанное стекло; даже белые полосы посередине используют крошечное стекло
бусинки, чтобы они сияли в ваших фарах.Может быть, ты заглянешь в
банк или почта по дороге, улыбаясь кассиру позади
ее пуленепробиваемое окно, поскольку вы быстро делаете копию
ваши водительские права (которые вы по неосторожности оставляете на стеклянной пластине
копировального аппарата).

Фото: Стекло приносит вовнутрь! Это замечательная часовня странников на ранчо Палос-Вердес, Калифорния, спроектированная Ллойдом Райтом (сыном Фрэнка Ллойда Райта). Фотография из коллекции калифорнийских фотографий Джона Б. Лавлейса в журнале Кэрол М.Американский проект Хайсмита, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Если это современное здание, ваш офис или школа может быть миниатюрным стеклянным собором; мы
Считайте стекло хрупким и хрупким, но закаливайте его правильно
из него можно делать стены, полы, крыши и лестницы; магазины
демонстрируют свои изделия через огромные ламинированные панели, отполированные до
совершенство.

И это лишь малая часть того, что делает за нас стекло. Есть
загружает больше мест, где он прячется, от лампочек в
термометры
и металлокерамические пломбы в зубах корпусов лодок из стеклопластика,
«наждачная бумага», которую мы используем для украшения (часто стеклянная бумага), и
даже тензодатчики, которые предупреждают нас, когда здания трескаются.Прозрачный,
чистый, привлекательный, инертный, дешевый, прочный и эффективный. Что
вы могли бы хотеть большего? Стекло — один из тех магических материалов, которые мы абсолютно не воспринимаем как должное;
везде и нигде — «невидимо прозрачно», так что
мы даже не замечаем, что это есть!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

На других сайтах

Книги

• Стеклянный батискаф: Как стекло изменило мир
  Алан Макфарлейн и Джерри Мартин Алан Макфарлейн и Джерри Мартин.Профиль, 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. University of Chicago Press, 2002.
• Введение в стекольную науку и технологию Дж. Э. Шелби. Королевское химическое общество, 2005. Текст 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 Бурхиса. Wiley-VCH, 2014. Охватывает историю, структуру, свойства и применение стекла.
• Наука о стекле Роберта Дормуса. Wiley, 1994. Классическое однотомное руководство по науке об аморфных стеклообразных телах.
• Атомы под половицами Криса Вудфорда. Bloomsbury, 2015. Если вы ищете более беззаботный подход, то моя недавняя книга исследует чудеса стекла в «Главе 8: Великолепное остекление». Возможно, вы сможете прочитать некоторые из них в Интернете в Google Книгах, перейдя по этой ссылке.

Статьи

• Ради искусства: риск и вознаграждение на 2000 градусов Глории Доусон. The New York Times, 1 сентября 2016 года. Это слайд-шоу проходит за кулисами UrbanGlass, экспериментальной стекольной мастерской в ​​Нью-Йорке.

Стекло

• работает: как компания Corning создала ультратонкий и сверхпрочный материал будущего, Брайан Гардинер, Wired, 24 сентября 2012 г. Истоки замечательного стеклокерамического материала, который в конечном итоге стал стеклом Gorilla Glass для смартфонов.
• Удар за ударом: GlassLab приходит на Губернаторский остров Джулия Фельсенталь. The New York Times, 3 июля 2012 г. Представляем GlassLab в Музее стекла Корнинг.
• Willow Glass: ультратонкое стекло, которое можно «обернуть» вокруг устройств. Автор Катя Москвич, BBC News, 5 июня 2012 г. Corning представляет тонкое и гибкое стекло для дисплеев следующего поколения.
• «Шепчущий из стекла» Андреа Труппен. The New York Times, 27 января 2005 г. Мир Майкла Дэвиса, специалиста по реставрации старинного стекла.

Подкасты

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте эти:

• Патент США 1 304 623: Стекло Юджина С. Салливана и Уильяма К. Тейлора, Corning, 27 мая 1919 г. Один из оригинальных патентов Corning на пирекс (боросиликатное стекло), в котором описывается его химический состав и физические свойства.
• Патент США 1304623: Изделие из натрийалюмосиликатного стекла, усиленное поверхностным слоем напряжения сжатия, Дэвид Бойд, Корнинг, 11 декабря 1973 г.Патент Corning на сверхпрочное «стекло Gorilla Glass», которое Apple использовала с таким большим эффектом в своих смартфонах и планшетах.
• Патент США 20160368777: Водосольватированное стекло / аморфные твердые ионные проводники, Джон Б. Гуденаф и др., 22 декабря 2016 г. Один из самых новаторских химиков 20-го века предлагает совершенно новый тип батарей на основе стекла.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

PYREX® является зарегистрированным товарным знаком Corning Incorporated.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2021) Стекло. Получено с https://www.explainthatstuff.com/glass.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Что такое стекло? | Как делают стекло?

Что такое стекло? | Как делают стекло? — Объясни это

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 19 января 2021 г.

Теперь вы это видите, а теперь нет. Стекло
немного загадки.Достаточно сложно защитить нас, но оно разбивается
невероятная легкость. Он сделан из непрозрачного песка, но полностью
прозрачный. И, что, пожалуй, самое удивительное, он ведет себя как
твердый материал … но это также замаскированная странная жидкость!
Вы можете найти стекло, куда бы вы ни посмотрели: большинство комнат в вашем доме будут
иметь стеклянное окно и, если не это, возможно, стеклянное зеркало … или
стеклянная лампочка. Стекло — одно из старейших и самых
универсальные материалы, созданные человеком. Давайте узнаем об этом больше.

Фото: Стеклянная загадка: Как нечто прозрачное для света кажется цветным? Цвета в этом стакане на самом деле нет! Стеклянные линзы преломляют (изгибают) световые лучи с разной длиной волны на разную величину, вызывая появление спектральных цветов. Это крупный план линзы Френеля с маяка.

Что такое стекло?

На фото: Витражи изготавливаются путем добавления солей металлов, таких как железо, марганец,
хром и олово в состав расплавленного стекла, чтобы придать ему разнообразные привлекательные цвета.Этот витраж, разработанный художником.
Эдвард Бёрн-Джонс в соборе Святого Филиппа в Бирмингеме, Англия.

Вы не поверите, но стекло изготавливается из жидкого песка. Ты можешь
сделать стекло, нагревая обычный песок (который в основном состоит из кремния
диоксид), 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
песчаный желтый материал, с которого вы начали: он проходит полный
трансформация и приобретает совершенно иную внутреннюю структуру.Но это
сколько бы вы ни охлаждали песок, он никогда не перестанет
твердый. Вместо этого он становится своего рода замороженной жидкостью или какими-то 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 — такой популярный материал в наших домах.
потому что он обладает множеством действительно полезных свойств. Кроме
будучи прозрачным, его изготовить недорого, легко придать форму, когда он
расплавленный, достаточно устойчивый к нагреванию в застывшем состоянии, химически инертный
(чтобы стеклянная банка не вступала в реакцию с предметами, которые вы в нее кладете), и
его можно перерабатывать любое количество раз.

Как делают стекло?

Художественное произведение: Производство стекла упрощено: смешать и нагреть песок и переработанное стекло с карбонатом кальция и
карбонат натрия.

Когда американские ученые испытали прототип
атомная бомба в пустыне Нью-Мексико в 1945 году, взрыв превратился в
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 заводе по производству товарного стекла, песок
смешивается с отработанным стеклом (из сборников вторсырья), кальцинированной содой
(карбонат натрия) и известняк (карбонат кальция) и нагревают в
печь.Сода снижает температуру плавления песка, что помогает
экономия энергии при изготовлении, но имеет досадный недостаток:
из него получается стекло, которое растворяется в воде! В
известняк добавлен, чтобы предотвратить это. Конечный продукт — натриево-кальциево-силикатное стекло. Это обычное стекло, которое мы
можно видеть все вокруг
нас.

Фото: боросиликатное стекло, такое как этот кувшин из PYREX® (задняя часть), выдерживает резкие перепады температур, в отличие от обычного стекла (переднее), 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).

После того, как песок растоплен, его либо высыпают в
формы для изготовления бутылок, стаканов и других емкостей, или «плавающие»
(выливается в большую емкость с расплавленным оловом), чтобы получился идеально ровный
листы стекла для окон. До сих пор иногда изготавливают необычную стеклянную тару
«взорвав» их.Заворачивается «комок» расплавленного стекла.
вокруг открытой трубы, которая медленно вращается. Воздух продувается
открытый конец трубы, в результате чего стекло взорвалось, как воздушный шар.
С умелым выдуванием и точением можно получить самые разные удивительные формы.
сделали.

Производители стекла используют несколько иной процесс
в зависимости от типа стекла, которое они хотят сделать. Обычно другие
химикаты добавляются для изменения внешнего вида или свойств
готовое стекло. Например, химические вещества на основе железа и хрома
добавлен в расплавленный песок, чтобы стекло стало зеленоватым.Боросиликатное стекло, пригодное для использования в духовке (широко продается под
товарный знак PYREX®) является
производится путем добавления оксида бора к расплавленной смеси. Добавление оксида свинца
делает прекрасное хрустальное стекло, которое легче разрезать; высоко ценится
ограненный свинцовый кристалл сверкает цветом, преломляя (изгибая) свет
проходя через это. Некоторые специальные виды стекла производятся
разный производственный процесс. Пуленепробиваемый
стекло изготавливается из многослойного или ламината, состоящего из нескольких слоев стекла и пластика, склеенных
все вместе. Закаленное стекло, используемое в лобовых стеклах автомобилей, производится путем охлаждения расплавленного металла.
стекло очень быстро, чтобы сделать его намного труднее.Витражное (цветное) стекло изготавливается путем добавления металлических соединений в стекло, пока оно расплавлено; разные
Металлы придают отдельным сегментам стекла разные цвета.

Стекло — твердое … или жидкое?

Изображение: Вверху: В правильном кристаллическом твердом теле атомы расположены в
аккуратный и предсказуемый способ. Внизу: в аморфном твердом теле, таком как стекло, расположение гораздо более случайное.

Это 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 из книг мы часто узнаем, что все твердые тела имеют
фиксированная структура атомов.

На самом деле, существуют разные виды твердых тел, которые имеют очень
различные структуры и не все, что мы называем «твердым»
точно так же. Подумайте о куске железа
и кусок резины. Совершенно очевидно, что они
оба твердые тела, и все же резина сильно отличается от железа.
Внутри каучука и железа есть свои атомы (в
в случае железа) и молекул (в случае резины), расположенных в
совершенно разными способами.Железо имеет правильную или кристаллическую структуру.
(как карабин с атомами по углам), а резина — это полимер (состоящий из длинных цепочек молекул
слабо связаны между собой). Или подумайте о воде.
Как вы могли заметить, вода — почти уникальное твердое вещество, потому что она
расширяется, чтобы начать с того, что он зависает. Короче не все подходит
аккуратно в наши представления о твердом, жидком и газовом, а не обо всех твердых телах,
жидкости и газы ведут себя красиво, аккуратно и легко объяснимо. В
исключения — это то, что делает науку действительно интересной!

Аморфные твердые вещества

Вернемся к стеклу.Вглядываться в микроскоп
внутри стекла, и вы найдете молекулы, из которых он сделан
расположены в неправильном порядке. Вот почему стекло иногда
называется аморфным твердым телом (твердое тело без регулярного
кристаллическая структура, что-то вроде металла). Вы можете
также см. стекло, описанное как «замороженная переохлажденная жидкость». Это
еще один способ сказать «стекло — это жидкость, которая никогда не застывает».
озадачивающее утверждение, которое иногда можно встретить в научных книгах. Мы могли бы
скажем, стекло немного похоже на жидкость и немного похоже на твердое тело.Имеет
внутренняя структура, которая находится где-то между структурой жидкости
и твердое тело, с некоторым порядком твердого тела и некоторые из
хаотичность жидкости.

Стекло — далеко не единственное твердое аморфное вещество. Можно сделать
тип воды, называемый аморфным льдом, который можно описать как
между твердым веществом (вода) и жидкостью (лед). Вы делаете это с помощью охлаждающей воды
очень быстро. Лед образуется так быстро, что не успевает собраться
до его нормальной кристаллической структуры. Итак, что вы получаете, похоже на лед
но в некотором роде ведет себя как жидкая вода.Другие вещества могут быть
превращены в аморфные твердые тела. Солнечные элементы часто делают из
так называемый аморфный кремний.

Фото: солнечная панель из аморфного кремния.
Фото Денниса Шредера любезно предоставлено
NREL (Министерство энергетики США / Национальные возобновляемые источники энергии)
Энергетическая лаборатория) (фото № 22143).

Рекламные ссылки

Для чего мы используем стекло?

Фото: Стекло можно использовать для вторичной переработки других материалов.
материалы. Урановое стекло имеет необычный желто-зеленый цвет и светится
ультрафиолетовое излучение.Эти кусочки стекла были изготовлены из урана, оставшегося после очистки
завод Fernald по переработке урана недалеко от Цинциннати, Огайо, США.
Стеклование (превращение материала в стекло) — один из способов избавиться от
безопасность ядерных отходов.
Изображение предоставлено Министерством энергетики США.

Glass начинает ваш день с блеска: взгляд на часы, взгляд сквозь глазурь
на солнце или дождь, хмурый взгляд в зеркало, песня из
душ, пока вы умываетесь теплой водой, стекающей с
солнечные панели
на крыше.Стаканы упаковывают стол для завтрака, который сам по себе может
быть сделанным из дымчатого стекла, и есть бутылки и банки со всем
формы и цвета. Готовя завтрак на кухне, вы могли бы
используя стеклокерамическую варочную панель или
микроволновая печь с металлической подкладкой
окно, чтобы волны оставались внутри. Может быть, ты смотришь теплые круассаны
через дверцу духовки из пирекса? (А это стеклянный чайник?)

Когда вы проверяете электронную почту во время завтрака (плохая привычка), скорость передачи данных в Интернете сжимается.
в ваш дом через оптические волокна, как потоки солнечного света
через отражающие тепло окна, которые сохранят прохладу.Вы читаете
слова через стеклянную ЖК-панель вашего ноутбука или закаленные
Стекло гориллы вашего смартфона, оба заряжаются солнечной энергией
из фотоэлектрических панелей на крыше. Говорящие головы
бормоча тебе через экран телевизора в углу.

Затем вы отправляетесь на работу или в школу в застекленной машине, автобусе, поезде (возможно, даже
вертолет), согнувшись под лампами с низким энергопотреблением, покрытыми стеклом, чтобы продержаться. Если вы едете, по шоссе вы
грохот может производиться из щебня и асфальта, в том числе
переработанное стекло; даже белые полосы посередине используют крошечное стекло
бусинки, чтобы они сияли в ваших фарах.Может быть, ты заглянешь в
банк или почта по дороге, улыбаясь кассиру позади
ее пуленепробиваемое окно, поскольку вы быстро делаете копию
ваши водительские права (которые вы по неосторожности оставляете на стеклянной пластине
копировального аппарата).

Фото: Стекло приносит вовнутрь! Это замечательная часовня странников на ранчо Палос-Вердес, Калифорния, спроектированная Ллойдом Райтом (сыном Фрэнка Ллойда Райта). Фотография из коллекции калифорнийских фотографий Джона Б. Лавлейса в журнале Кэрол М.Американский проект Хайсмита, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Если это современное здание, ваш офис или школа может быть миниатюрным стеклянным собором; мы
Считайте стекло хрупким и хрупким, но закаливайте его правильно
из него можно делать стены, полы, крыши и лестницы; магазины
демонстрируют свои изделия через огромные ламинированные панели, отполированные до
совершенство.

И это лишь малая часть того, что делает за нас стекло. Есть
загружает больше мест, где он прячется, от лампочек в
термометры
и металлокерамические пломбы в зубах корпусов лодок из стеклопластика,
«наждачная бумага», которую мы используем для украшения (часто стеклянная бумага), и
даже тензодатчики, которые предупреждают нас, когда здания трескаются.Прозрачный,
чистый, привлекательный, инертный, дешевый, прочный и эффективный. Что
вы могли бы хотеть большего? Стекло — один из тех магических материалов, которые мы абсолютно не воспринимаем как должное;
везде и нигде — «невидимо прозрачно», так что
мы даже не замечаем, что это есть!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

На других сайтах

Книги

• Стеклянный батискаф: Как стекло изменило мир
  Алан Макфарлейн и Джерри Мартин Алан Макфарлейн и Джерри Мартин.Профиль, 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. University of Chicago Press, 2002.
• Введение в стекольную науку и технологию Дж. Э. Шелби. Королевское химическое общество, 2005. Текст 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 Бурхиса. Wiley-VCH, 2014. Охватывает историю, структуру, свойства и применение стекла.
• Наука о стекле Роберта Дормуса. Wiley, 1994. Классическое однотомное руководство по науке об аморфных стеклообразных телах.
• Атомы под половицами Криса Вудфорда. Bloomsbury, 2015. Если вы ищете более беззаботный подход, то моя недавняя книга исследует чудеса стекла в «Главе 8: Великолепное остекление». Возможно, вы сможете прочитать некоторые из них в Интернете в Google Книгах, перейдя по этой ссылке.

Статьи

• Ради искусства: риск и вознаграждение на 2000 градусов Глории Доусон. The New York Times, 1 сентября 2016 года. Это слайд-шоу проходит за кулисами UrbanGlass, экспериментальной стекольной мастерской в ​​Нью-Йорке.

Стекло

• работает: как компания Corning создала ультратонкий и сверхпрочный материал будущего, Брайан Гардинер, Wired, 24 сентября 2012 г. Истоки замечательного стеклокерамического материала, который в конечном итоге стал стеклом Gorilla Glass для смартфонов.
• Удар за ударом: GlassLab приходит на Губернаторский остров Джулия Фельсенталь. The New York Times, 3 июля 2012 г. Представляем GlassLab в Музее стекла Корнинг.
• Willow Glass: ультратонкое стекло, которое можно «обернуть» вокруг устройств. Автор Катя Москвич, BBC News, 5 июня 2012 г. Corning представляет тонкое и гибкое стекло для дисплеев следующего поколения.
• «Шепчущий из стекла» Андреа Труппен. The New York Times, 27 января 2005 г. Мир Майкла Дэвиса, специалиста по реставрации старинного стекла.

Подкасты

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте эти:

• Патент США 1 304 623: Стекло Юджина С. Салливана и Уильяма К. Тейлора, Corning, 27 мая 1919 г. Один из оригинальных патентов Corning на пирекс (боросиликатное стекло), в котором описывается его химический состав и физические свойства.
• Патент США 1304623: Изделие из натрийалюмосиликатного стекла, усиленное поверхностным слоем напряжения сжатия, Дэвид Бойд, Корнинг, 11 декабря 1973 г.Патент Corning на сверхпрочное «стекло Gorilla Glass», которое Apple использовала с таким большим эффектом в своих смартфонах и планшетах.
• Патент США 20160368777: Водосольватированное стекло / аморфные твердые ионные проводники, Джон Б. Гуденаф и др., 22 декабря 2016 г. Один из самых новаторских химиков 20-го века предлагает совершенно новый тип батарей на основе стекла.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

PYREX® является зарегистрированным товарным знаком Corning Incorporated.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2021) Стекло. Получено с https://www.explainthatstuff.com/glass.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Что такое стекло? | Как делают стекло?

Что такое стекло? | Как делают стекло? — Объясни это

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 19 января 2021 г.

Теперь вы это видите, а теперь нет. Стекло
немного загадки.Достаточно сложно защитить нас, но оно разбивается
невероятная легкость. Он сделан из непрозрачного песка, но полностью
прозрачный. И, что, пожалуй, самое удивительное, он ведет себя как
твердый материал … но это также замаскированная странная жидкость!
Вы можете найти стекло, куда бы вы ни посмотрели: большинство комнат в вашем доме будут
иметь стеклянное окно и, если не это, возможно, стеклянное зеркало … или
стеклянная лампочка. Стекло — одно из старейших и самых
универсальные материалы, созданные человеком. Давайте узнаем об этом больше.

Фото: Стеклянная загадка: Как нечто прозрачное для света кажется цветным? Цвета в этом стакане на самом деле нет! Стеклянные линзы преломляют (изгибают) световые лучи с разной длиной волны на разную величину, вызывая появление спектральных цветов. Это крупный план линзы Френеля с маяка.

Что такое стекло?

На фото: Витражи изготавливаются путем добавления солей металлов, таких как железо, марганец,
хром и олово в состав расплавленного стекла, чтобы придать ему разнообразные привлекательные цвета.Этот витраж, разработанный художником.
Эдвард Бёрн-Джонс в соборе Святого Филиппа в Бирмингеме, Англия.

Вы не поверите, но стекло изготавливается из жидкого песка. Ты можешь
сделать стекло, нагревая обычный песок (который в основном состоит из кремния
диоксид), 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
песчаный желтый материал, с которого вы начали: он проходит полный
трансформация и приобретает совершенно иную внутреннюю структуру.Но это
сколько бы вы ни охлаждали песок, он никогда не перестанет
твердый. Вместо этого он становится своего рода замороженной жидкостью или какими-то 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 — такой популярный материал в наших домах.
потому что он обладает множеством действительно полезных свойств. Кроме
будучи прозрачным, его изготовить недорого, легко придать форму, когда он
расплавленный, достаточно устойчивый к нагреванию в застывшем состоянии, химически инертный
(чтобы стеклянная банка не вступала в реакцию с предметами, которые вы в нее кладете), и
его можно перерабатывать любое количество раз.

Как делают стекло?

Художественное произведение: Производство стекла упрощено: смешать и нагреть песок и переработанное стекло с карбонатом кальция и
карбонат натрия.

Когда американские ученые испытали прототип
атомная бомба в пустыне Нью-Мексико в 1945 году, взрыв превратился в
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 заводе по производству товарного стекла, песок
смешивается с отработанным стеклом (из сборников вторсырья), кальцинированной содой
(карбонат натрия) и известняк (карбонат кальция) и нагревают в
печь.Сода снижает температуру плавления песка, что помогает
экономия энергии при изготовлении, но имеет досадный недостаток:
из него получается стекло, которое растворяется в воде! В
известняк добавлен, чтобы предотвратить это. Конечный продукт — натриево-кальциево-силикатное стекло. Это обычное стекло, которое мы
можно видеть все вокруг
нас.

Фото: боросиликатное стекло, такое как этот кувшин из PYREX® (задняя часть), выдерживает резкие перепады температур, в отличие от обычного стекла (переднее), 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).

После того, как песок растоплен, его либо высыпают в
формы для изготовления бутылок, стаканов и других емкостей, или «плавающие»
(выливается в большую емкость с расплавленным оловом), чтобы получился идеально ровный
листы стекла для окон. До сих пор иногда изготавливают необычную стеклянную тару
«взорвав» их.Заворачивается «комок» расплавленного стекла.
вокруг открытой трубы, которая медленно вращается. Воздух продувается
открытый конец трубы, в результате чего стекло взорвалось, как воздушный шар.
С умелым выдуванием и точением можно получить самые разные удивительные формы.
сделали.

Производители стекла используют несколько иной процесс
в зависимости от типа стекла, которое они хотят сделать. Обычно другие
химикаты добавляются для изменения внешнего вида или свойств
готовое стекло. Например, химические вещества на основе железа и хрома
добавлен в расплавленный песок, чтобы стекло стало зеленоватым.Боросиликатное стекло, пригодное для использования в духовке (широко продается под
товарный знак PYREX®) является
производится путем добавления оксида бора к расплавленной смеси. Добавление оксида свинца
делает прекрасное хрустальное стекло, которое легче разрезать; высоко ценится
ограненный свинцовый кристалл сверкает цветом, преломляя (изгибая) свет
проходя через это. Некоторые специальные виды стекла производятся
разный производственный процесс. Пуленепробиваемый
стекло изготавливается из многослойного или ламината, состоящего из нескольких слоев стекла и пластика, склеенных
все вместе. Закаленное стекло, используемое в лобовых стеклах автомобилей, производится путем охлаждения расплавленного металла.
стекло очень быстро, чтобы сделать его намного труднее.Витражное (цветное) стекло изготавливается путем добавления металлических соединений в стекло, пока оно расплавлено; разные
Металлы придают отдельным сегментам стекла разные цвета.

Стекло — твердое … или жидкое?

Изображение: Вверху: В правильном кристаллическом твердом теле атомы расположены в
аккуратный и предсказуемый способ. Внизу: в аморфном твердом теле, таком как стекло, расположение гораздо более случайное.

Это 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 из книг мы часто узнаем, что все твердые тела имеют
фиксированная структура атомов.

На самом деле, существуют разные виды твердых тел, которые имеют очень
различные структуры и не все, что мы называем «твердым»
точно так же. Подумайте о куске железа
и кусок резины. Совершенно очевидно, что они
оба твердые тела, и все же резина сильно отличается от железа.
Внутри каучука и железа есть свои атомы (в
в случае железа) и молекул (в случае резины), расположенных в
совершенно разными способами.Железо имеет правильную или кристаллическую структуру.
(как карабин с атомами по углам), а резина — это полимер (состоящий из длинных цепочек молекул
слабо связаны между собой). Или подумайте о воде.
Как вы могли заметить, вода — почти уникальное твердое вещество, потому что она
расширяется, чтобы начать с того, что он зависает. Короче не все подходит
аккуратно в наши представления о твердом, жидком и газовом, а не обо всех твердых телах,
жидкости и газы ведут себя красиво, аккуратно и легко объяснимо. В
исключения — это то, что делает науку действительно интересной!

Аморфные твердые вещества

Вернемся к стеклу.Вглядываться в микроскоп
внутри стекла, и вы найдете молекулы, из которых он сделан
расположены в неправильном порядке. Вот почему стекло иногда
называется аморфным твердым телом (твердое тело без регулярного
кристаллическая структура, что-то вроде металла). Вы можете
также см. стекло, описанное как «замороженная переохлажденная жидкость». Это
еще один способ сказать «стекло — это жидкость, которая никогда не застывает».
озадачивающее утверждение, которое иногда можно встретить в научных книгах. Мы могли бы
скажем, стекло немного похоже на жидкость и немного похоже на твердое тело.Имеет
внутренняя структура, которая находится где-то между структурой жидкости
и твердое тело, с некоторым порядком твердого тела и некоторые из
хаотичность жидкости.

Стекло — далеко не единственное твердое аморфное вещество. Можно сделать
тип воды, называемый аморфным льдом, который можно описать как
между твердым веществом (вода) и жидкостью (лед). Вы делаете это с помощью охлаждающей воды
очень быстро. Лед образуется так быстро, что не успевает собраться
до его нормальной кристаллической структуры. Итак, что вы получаете, похоже на лед
но в некотором роде ведет себя как жидкая вода.Другие вещества могут быть
превращены в аморфные твердые тела. Солнечные элементы часто делают из
так называемый аморфный кремний.

Фото: солнечная панель из аморфного кремния.
Фото Денниса Шредера любезно предоставлено
NREL (Министерство энергетики США / Национальные возобновляемые источники энергии)
Энергетическая лаборатория) (фото № 22143).

Рекламные ссылки

Для чего мы используем стекло?

Фото: Стекло можно использовать для вторичной переработки других материалов.
материалы. Урановое стекло имеет необычный желто-зеленый цвет и светится
ультрафиолетовое излучение.Эти кусочки стекла были изготовлены из урана, оставшегося после очистки
завод Fernald по переработке урана недалеко от Цинциннати, Огайо, США.
Стеклование (превращение материала в стекло) — один из способов избавиться от
безопасность ядерных отходов.
Изображение предоставлено Министерством энергетики США.

Glass начинает ваш день с блеска: взгляд на часы, взгляд сквозь глазурь
на солнце или дождь, хмурый взгляд в зеркало, песня из
душ, пока вы умываетесь теплой водой, стекающей с
солнечные панели
на крыше.Стаканы упаковывают стол для завтрака, который сам по себе может
быть сделанным из дымчатого стекла, и есть бутылки и банки со всем
формы и цвета. Готовя завтрак на кухне, вы могли бы
используя стеклокерамическую варочную панель или
микроволновая печь с металлической подкладкой
окно, чтобы волны оставались внутри. Может быть, ты смотришь теплые круассаны
через дверцу духовки из пирекса? (А это стеклянный чайник?)

Когда вы проверяете электронную почту во время завтрака (плохая привычка), скорость передачи данных в Интернете сжимается.
в ваш дом через оптические волокна, как потоки солнечного света
через отражающие тепло окна, которые сохранят прохладу.Вы читаете
слова через стеклянную ЖК-панель вашего ноутбука или закаленные
Стекло гориллы вашего смартфона, оба заряжаются солнечной энергией
из фотоэлектрических панелей на крыше. Говорящие головы
бормоча тебе через экран телевизора в углу.

Затем вы отправляетесь на работу или в школу в застекленной машине, автобусе, поезде (возможно, даже
вертолет), согнувшись под лампами с низким энергопотреблением, покрытыми стеклом, чтобы продержаться. Если вы едете, по шоссе вы
грохот может производиться из щебня и асфальта, в том числе
переработанное стекло; даже белые полосы посередине используют крошечное стекло
бусинки, чтобы они сияли в ваших фарах.Может быть, ты заглянешь в
банк или почта по дороге, улыбаясь кассиру позади
ее пуленепробиваемое окно, поскольку вы быстро делаете копию
ваши водительские права (которые вы по неосторожности оставляете на стеклянной пластине
копировального аппарата).

Фото: Стекло приносит вовнутрь! Это замечательная часовня странников на ранчо Палос-Вердес, Калифорния, спроектированная Ллойдом Райтом (сыном Фрэнка Ллойда Райта). Фотография из коллекции калифорнийских фотографий Джона Б. Лавлейса в журнале Кэрол М.Американский проект Хайсмита, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Если это современное здание, ваш офис или школа может быть миниатюрным стеклянным собором; мы
Считайте стекло хрупким и хрупким, но закаливайте его правильно
из него можно делать стены, полы, крыши и лестницы; магазины
демонстрируют свои изделия через огромные ламинированные панели, отполированные до
совершенство.

И это лишь малая часть того, что делает за нас стекло. Есть
загружает больше мест, где он прячется, от лампочек в
термометры
и металлокерамические пломбы в зубах корпусов лодок из стеклопластика,
«наждачная бумага», которую мы используем для украшения (часто стеклянная бумага), и
даже тензодатчики, которые предупреждают нас, когда здания трескаются.Прозрачный,
чистый, привлекательный, инертный, дешевый, прочный и эффективный. Что
вы могли бы хотеть большего? Стекло — один из тех магических материалов, которые мы абсолютно не воспринимаем как должное;
везде и нигде — «невидимо прозрачно», так что
мы даже не замечаем, что это есть!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

На других сайтах

Книги

• Стеклянный батискаф: Как стекло изменило мир
  Алан Макфарлейн и Джерри Мартин Алан Макфарлейн и Джерри Мартин.Профиль, 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. University of Chicago Press, 2002.
• Введение в стекольную науку и технологию Дж. Э. Шелби. Королевское химическое общество, 2005. Текст 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 Бурхиса. Wiley-VCH, 2014. Охватывает историю, структуру, свойства и применение стекла.
• Наука о стекле Роберта Дормуса. Wiley, 1994. Классическое однотомное руководство по науке об аморфных стеклообразных телах.
• Атомы под половицами Криса Вудфорда. Bloomsbury, 2015. Если вы ищете более беззаботный подход, то моя недавняя книга исследует чудеса стекла в «Главе 8: Великолепное остекление». Возможно, вы сможете прочитать некоторые из них в Интернете в Google Книгах, перейдя по этой ссылке.

Статьи

• Ради искусства: риск и вознаграждение на 2000 градусов Глории Доусон. The New York Times, 1 сентября 2016 года. Это слайд-шоу проходит за кулисами UrbanGlass, экспериментальной стекольной мастерской в ​​Нью-Йорке.

Стекло

• работает: как компания Corning создала ультратонкий и сверхпрочный материал будущего, Брайан Гардинер, Wired, 24 сентября 2012 г. Истоки замечательного стеклокерамического материала, который в конечном итоге стал стеклом Gorilla Glass для смартфонов.
• Удар за ударом: GlassLab приходит на Губернаторский остров Джулия Фельсенталь. The New York Times, 3 июля 2012 г. Представляем GlassLab в Музее стекла Корнинг.
• Willow Glass: ультратонкое стекло, которое можно «обернуть» вокруг устройств. Автор Катя Москвич, BBC News, 5 июня 2012 г. Corning представляет тонкое и гибкое стекло для дисплеев следующего поколения.
• «Шепчущий из стекла» Андреа Труппен. The New York Times, 27 января 2005 г. Мир Майкла Дэвиса, специалиста по реставрации старинного стекла.

Подкасты

Патенты

Чтобы получить более подробные технические сведения, попробуйте эти:

• Патент США 1 304 623: Стекло Юджина С. Салливана и Уильяма К. Тейлора, Corning, 27 мая 1919 г. Один из оригинальных патентов Corning на пирекс (боросиликатное стекло), в котором описывается его химический состав и физические свойства.
• Патент США 1304623: Изделие из натрийалюмосиликатного стекла, усиленное поверхностным слоем напряжения сжатия, Дэвид Бойд, Корнинг, 11 декабря 1973 г.Патент Corning на сверхпрочное «стекло Gorilla Glass», которое Apple использовала с таким большим эффектом в своих смартфонах и планшетах.
• Патент США 20160368777: Водосольватированное стекло / аморфные твердые ионные проводники, Джон Б. Гуденаф и др., 22 декабря 2016 г. Один из самых новаторских химиков 20-го века предлагает совершенно новый тип батарей на основе стекла.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2007, 2021. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

PYREX® является зарегистрированным товарным знаком Corning Incorporated.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2007/2021) Стекло. Получено с https://www.explainthatstuff.com/glass.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Стекло — самый важный материал человечества

Чтобы добраться до вас, эти слова были закодированы в световые сигналы, движущиеся со скоростью 125 000 миль в секунду по оптоволоконным кабелям. Эти линии, пересекающие горы и океаны, сделаны из стекла толщиной с волос, в 30 раз более прозрачного, чем чистейшая вода.Частично эта технология стала возможной благодаря команде Corning Incorporated. В 1970 году они запатентовали тип кабеля, который мог передавать большие объемы информации на большие расстояния, основываясь на десятилетиях работы других исследователей.

Предполагая, что вы читаете это на смартфоне, вы также в долгу перед Стивом Джобсом, который в 2006 году попросил Corning сделать очень тонкий и прочный экран для его нового продукта — iPhone. Результат, Gorilla Glass, теперь доминирует на рынке мобильных устройств: телефоны, созданные с использованием этого продукта пятого поколения, можно уронить на шероховатую поверхность с высоты пяти футов (высота селфи) и выжить в 80% случаев.

Это только начало. Без стекла мир был бы неузнаваемым. Это в очках на вашем лице, в лампочках в вашей комнате и в окнах, через которые вы можете видеть снаружи. Но, несмотря на его повсеместное распространение, в исследовательском сообществе до сих пор ведутся споры о том, как определять понятие «стекло». Одни склонны подчеркивать его солидные качества, другие — ликвидность. Существует множество вопросов, на которые нет ответов, например, что делает один тип стекла более прочным, чем другой, или почему определенные смеси обладают уникальными оптическими или структурными свойствами.Добавьте к этому почти бесконечное количество разновидностей стекла — в одной базе данных перечислено более 350 000 типов стекла, известного в настоящее время, хотя в принципе количество смесей безгранично — и вы получите удивительно обширную и активную область исследований, которые регулярно производят поразительные новые продукты. Стекло сформировало мир больше, чем какое-либо другое вещество, и во многих хитросплетениях оно стало определяющим материалом в эпоху человечества.

«Мы производим стекло на протяжении тысячелетий, и до сих пор не имеем четкого представления о том, что это такое», — говорит Матье Боши, эксперт по стеклу и исследователь материалов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.Большинство стаканов изготавливаются путем нагревания, а затем быстрого охлаждения смеси ингредиентов. В случае плоского стекла, из которого изготовлены окна, эта смесь может включать песок (диоксид кремния), известь и соду. Кремний обеспечивает прозрачность, кальций обеспечивает прочность, а сода снижает температуру плавления. «Быстрый процесс охлаждения не позволяет атомам образовывать регулярный узор», — объясняет Стив Мартин, ученый-стекольщик из Университета штата Айова.

Это помогает объяснить, почему стекло не является ни кристаллическим твердым телом, ни жидкостью, а скорее атомно-неупорядоченным (или аморфным) твердым телом.Атомы внутри хотят снова принять кристаллическую структуру, но обычно не могут, потому что они по существу застыли на месте. Возможно, вы слышали, что окна собора текут в течение длительного времени, поэтому некоторые из них толще внизу. Это неверно: такие окна были изготовлены таким образом из-за технологии производства, в которой использовалось вращение расплавленного стекла, которое создавало неровные пятна. Но стекло действительно движется; он просто делает это очень медленно. Исследование, опубликованное в прошлом году в журнале Американского керамического общества , показало, что соборному стеклу при комнатной температуре потребуется более 1 миллиарда лет, чтобы растечься хотя бы один нанометр.

Хотя природные вулканические стекла, такие как обсидиан, использовались в качестве инструментов в начале истории человечества, стекло, вероятно, было впервые произведено в Месопотамии более 4000 лет назад. Вероятно, он был разработан как ответвление производства керамической глазури. Эта техника вскоре распространилась в Древнем Египте, и первые стеклянные предметы состояли из бус, амулетов и стержней, часто окрашенных с добавлением минералов, чтобы выглядеть как другие материалы, — говорит Кароль Уайт, исполнительный директор Музея стекла Корнинга.

К началу второго тысячелетия до нашей эры мастера начали делать небольшие сосуды, такие как вазы. Археологи обнаружили клинописные таблички, на которых описан рецепт таких материалов, но они были написаны загадочным языком, чтобы скрыть коммерческие секреты, добавляет Уайт.

Стекло уже стало серьезным бизнесом на заре Римской империи. Писатель Петроний рассказывает историю о мастере, который подарил императору Тиберию кусок якобы небьющегося стекла. Тиберий спросил мастера: «Кто-нибудь еще умеет так выдувать стекло?» Нет, ответил мастер, думая, что добился большого успеха.Без предупреждения Тиберий обезглавил этого человека. Хотя мотивы Тиберия остаются загадочными, можно представить, что такое изобретение подорвало бы важную стекольную промышленность Рима, первую в своем роде.

Первое крупное нововведение произошло в первом веке до нашей эры, когда в Иерусалиме было изобретено стеклодувное дело. Вскоре римляне придумали, как сделать стекло относительно прозрачным, и появились первые стеклянные окна. Это был важный сдвиг; раньше материал ценился в первую очередь за цвет и орнаментальные свойства.Вместо того, чтобы смотреть на стекло, теперь люди могли смотреть сквозь него. Через пару столетий римляне начали производить стекло в промышленных масштабах, и в конечном итоге оно распространилось по всей Евразии.

В то время наука была недостаточно изучена, и стекло сохраняло волшебный воздух. Например, римляне создали кубок четвертого века, известный как кубок Ликурга, который выглядит нефритово-зеленым при освещении спереди и кроваво-красным при подсветке сзади. Исследования показывают, что его невероятные свойства обусловлены наличием наночастиц серебра и золота, которые меняют цвет в зависимости от местоположения наблюдателя.

В средние века секреты производства стекла хранились в отдельных уголках Европы и арабского мира. К эпохе Средневековья европейцы производили витражи. Эти великолепные картины на стекле в церквях в Западной Европе сыграли огромную роль в обучении церковному катехизису, в основном, неграмотных масс, — говорит Уайт. Поэтому неудивительно, что их называют Библией для бедняков.

Хотя окна существовали еще со времен Римской империи, они оставались дорогими и труднодоступными.Но это начало меняться после постройки Хрустального дворца для Великой выставки 1851 года, массивного сооружения, завершенного в Лондоне, содержащего почти 1 миллион квадратных футов стекла. (Это более чем в четыре раза превышает площадь остекления штаб-квартиры Организации Объединенных Наций в Нью-Йорке, возведенной столетием позже.) Хрустальный дворец продемонстрировал людям силу и красоту окон и оказал важное влияние на архитектуру и потребительский спрос в будущем. говорит Алан МакЛенаган, генеральный директор SageGlass, компании, которая производит тонированные окна и другую продукцию.Хрустальный дворец сгорел дотла в 1936 году, но через несколько лет окна стали намного доступнее, когда британская стекольная компания Pilkington изобрела технику флоат-стекла — простой способ создания плоских стеклянных плоскостей, плавающих на расплавленном олове.

Задолго до того, как окна стали обычным явлением, неизвестные изобретатели в северной Италии создали первые очки в конце 13 века. Изобретение помогло распространить грамотность и проложило путь для более совершенных линз, которые позволили бы людям видеть непостижимые вещи.Неподалеку, к 1400-м годам, венецианцы начали совершенствовать процесс изготовления cristallo , очень прозрачного стекла, заимствуя методы, разработанные на Ближнем Востоке и в Малой Азии. Один из рецептов заключался в плавлении тщательно отобранных кварцевых камешков с очищенной золой сололюбивых растений, которая, неизвестная в то время, обеспечивала правильное соотношение кремнезема, марганца и натрия. Секретность была вопросом жизни и смерти; Стеклодувы, хотя и обладали высоким социальным статусом, были приговорены к казни, если они покинули Венецианскую республику.Венецианцы доминировали на рынке стекла в течение следующих 200 лет.

Венецианцы также создали первые зеркала из искусственного стекла, которые неисчислимым образом изменили мир. До этого зеркала состояли из полированного металла или обсидиана, но они были дорогими и не отражали почти так же хорошо. Это изобретение проложило путь для телескопов и произвело революцию в искусстве, позволив итальянскому художнику Филиппо Брунеллески открыть для себя линейную перспективу в 1425 году. Они также изменили представление о себе.Писатель Ян Мортимер заходит так далеко, что предполагает, что до стеклянных зеркал, которые позволяли людям видеть себя уникальными и отдельными от других, на самом деле не существовало концепции индивидуальной идентичности.

Помимо отражения, стекло допускало увеличение. Около 1590 года группа отца и сына Ханс и Захариас Янссен изобрели составной микроскоп с линзами на двух концах трубки, обеспечивающий увеличение в девять раз. Еще один рывок вперед совершил голландец Энтони ван Левенгук , .Относительно необразованный ученик в магазине галантереи, где он считал нити на ткани с помощью луп, он разработал новые способы полировки и шлифования линз, создав устройство, которое позволило ему увеличивать изображения до 270 раз. Это позволило ему случайно обнаружить такие микроорганизмы, как бактерии и простейшие, начиная с 1670-х годов.

Роберт Гук, английский ученый, подтвердил эти открытия и усовершенствовал микроскоп ван Левенгука. Он вошел в историю, когда он написал Micrographia , первую книгу о микроскопическом мире, с красивыми набросками невидимых ранее объектов, таких как текстура губок и крошечных существ, таких как блохи («украшенные любопытно отполированным набором изображений. Соболиная броня, аккуратно сочлененная », — отметил он).Глядя на пробку в микроскоп, ячеистая структура в ней напомнила ему монастырские кельи, что привело к появлению термина «келья». Эти достижения изменили науку и привели, среди прочего, к теории микробов и микробиологии.

В другом месте лаборатории разработка прозрачной стеклянной посуды и оборудования, такого как химические стаканы и пипетки, позволила измерять и смешивать различные материалы и подвергать их разному давлению. Эти стеклянные инструменты позволили разработать современную химию и медицину, а также такие достижения, как паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания.

Пока одни возились с микроскопами и градуированными цилиндрами, другие искали звезды. Хотя есть некоторые споры о том, кто изобрел телескоп, первые записи появляются в Нидерландах в 1608 году. Их прославил год спустя Галилео Галилей, который усовершенствовал конструкцию и начал наблюдать небеса. В следующем году он наблюдал спутники Юпитера и в конце концов понял, что геоцентрическая точка зрения, господствовавшая с греческих времен, не имеет смысла.