Многие общества каменного века по всему миру использовали природное стекло, такое как вулканическое стекло обсидиан, для изготовления острых режущих инструментов. Однако, согласно археологическим свидетельствам, первое настоящее стекло было создано в прибрежной северной Сирии, Месопотамии или Египте.
История самых ранних известных стеклянных изделий прослеживается по крайней мере до 2000 года до нашей эры. Например, бусы создавались во время производства фаянса — стекловидного материала.
С тех пор процесс изготовления стекла сильно изменился. Достижения в области материаловедения и производственных технологий сделали возможным производство стекла с особыми отражающими, преломляющими и пропускающими свойствами, которые можно использовать в призмах, оптических линзах и материалах оптоэлектроники.
Сегодня стекло производится с использованием двух основных технологий: процесс Флоат-стекло (также известное как наплывное стекло), который включает в себя плавание расплавленного стекла на слое расплавленного металла, и выдувание стекла, при котором расплавленное стекло надувается в пузырь.
Расплавленное стекло получают путем нагревания обычного песка (в основном содержащего диоксид кремния) при очень высоких температурах, пока он не расплавится и не превратится в жидкость. Когда песок остывает, он не возвращается в исходное состояние. Вместо этого он превращается в аморфное твердое тело, некристаллическое твердое тело, в котором атомы и молекулы не организованы в определенную структуру решетки.
Давайте копнем глубже и выясним, какие материалы и процессы задействованы в обоих методах, и каково их будущее.
Как делают стекло из песка
Скорее всего, вы знаете, что для изготовления стекла необходим песок, и действительно, он является самым главным ингредиентом. Чтобы стеклянное изделие получилось прозрачным, применяют кварцевый песок без примесей металлов, которые придают материалу цветные оттенки.
Чтобы изготовить стекло понадобится кремнистый песок, который иначе называют кварцевым.
Так как у кварцевого песка температура плавления 2300⁰С, то необходимы компоненты, которые помогут снизить ее, чтобы сделать процесс изготовления проще и доступнее. Таким ингредиентом стал карбонат натрия или обыкновенная кальцинированная сода, благодаря которой температуру плавки удалось понизить практически вдвое.
Сода (карбонат натрия) понижает температуру, необходимую для производства стеклянного полотна.
Из-за соды стекло получается водопроницаемым, что делает его непрактичным в быту и на производстве. Чтобы придать материалу прочности в сплав добавляют оксид кальция или известь. Дополнительно в составе могут присутствовать оксиды магния или алюминия для максимальной устойчивости к физическим и химическим факторам.
Для производства тонкого декоративного стекла, например, хрусталя в качестве добавки используют оксид свинца, которые придает изделиям блеск и хрупкость. В линзах очков обычно присутствует оксид лантана из-за способности преломлять лучи света.
Наиболее применяемой добавкой в производстве декоративного стекла выступает оксид свинца, придающий блеск.
Сапфировое стекло для очков изготавливают с добавлением оксида алюминия благодаря чему оно обретает максимальную твердость и устойчивость к физическим повреждениям. Чтобы изготовить цветное стекло, в сплав добавляют оксид железа для получения красного цвета, никель для коричневого и фиолетового оттенка, медь и хром для зеленого, кобальт для синего и другие металлы.
На производстве стекло изготавливают в несколько этапов: на первом ключевые компоненты плавят вместе в печи до получения однородного сплава, затем отправляют в емкость из олова, которое не смешивается со стеклом, сохраняя его однородность. Уже на этом этапе стекло постепенно охлаждается, становится гладким и тонким.
Для получения однородной массы надо удалить пузырьки – чтобы получить такой эффект стекловары делают постоянные помешивания, пока расплавленная стекольная масса не загустеет.
Полностью остывает сплав при движении по конвейеру, длина которого может достигать 100 м, это необходимо для предотвращения образования избыточного давления внутри сплава, что может привести к будущему браку. После конвейера стекло подвергается дальнейшей обработке для создания различных изделий.
Различаются стекла лишь составляющим материалом, которое используется для изготовления. А вот сам процесс практически одинаковый.
Воздействие на окружающую среду
Основное воздействие производства стекла на окружающую среду обусловлено процессами плавления, при которых в атмосферу выделяются различные газы. Например, сжигание топлива или природного газа и разложение сырья приводят к выбросу диоксида углерода.
Аналогичным образом, при разложении сульфатов в материалах партии образуется диоксид серы, который способствует подкислению. При разложении соединений азота высвобождаются оксиды азота, что способствует подкислению и образованию смога. Кроме того, при испарении из сырья и расплавленных компонентов в атмосферу выбрасываются тонны частиц.
Другие факторы, такие как выбросы летучих органических соединений и образование твердых отходов в процессе производства, также вызывают экологические проблемы.
Однако переработанное стекло может решить многие из этих проблем. Его можно переработать несколько раз без значительной потери качества. Каждые 1000 тонн переработанного стекла могут привести к сокращению выбросов углекислого газа на 300 тонн и экономии энергии на 345 000 кВтч.
В меньшем масштабе переработка одной стеклянной бутылки может сэкономить достаточно энергии для питания 20-ваттной светодиодной лампы в течение часа.
Несмотря на то, что обе технологии производства значительно улучшились с точки зрения эффективности, дальнейшее сокращение выбросов частиц пыли, двуокиси углерода и двуокиси серы по-прежнему является основной экологической задачей при производстве листового стекла.
Как сделать стекло в домашних условиях своими руками
Чтобы изготовить стекло дома, понадобится специальная печь, обеспечивающая нагрев до высоких температур. В домашних условиях используют муфельную, электрическую или горшковую печку, а также жаровню на древесном угле.
Специальные стекла можно плавить в электрической, горшковой или муфельной печи.
Второй вариант более простой, но небезопасный, так как во время нагрева до гипермаксимальных температур гриль может сам расплавиться. Мы расскажем, как варить стекло в специальной печи.
- Подготовьте огнеупорный тигель (плавильный горшок).
- Всыпьте в тигель песок, соду и известь, причем примеси должны занимать не более 30% в составе.
- Поставьте тигель в печь и расплавьте состав при максимально высокой температуре (1500-1700⁰С).
- После того, как компоненты расплавятся, разлейте жидкий сплав по формам для отливки.
- Последний этап – обжиг в печи, охлажденной до 400-600⁰С. Так стеклянное изделие сделается твердым и прочным.
Тигель должен выдерживать исключительно высокую температуру, которая достигается в печи.
Вот так можно приготовить стекло дома, если у вас есть специальное оборудование.
Важно! При работе соблюдайте технику безопасности: используйте сварочную маску, термостойкие рукавицы, не подходите близко к печи.
Охлаждение и выравнивание стеклянной поверхности
Полученная смесь выливается в ванны, наполненные расплавленным оловом. Плотность последнего меньше плотности горячего стекла, поэтому оно ровно растекается по ванне. При этом охлаждается до температуры в 600 градусов, ведь температура олова ниже температуры жидкого стекла. Крупный ролик вытягивает мягкое стекло и проталкивает дальше.
Как расплавить стекло в домашних условиях
Если вы хотите не сварить, а растопить стеклянное изделие, то без специального оборудования тоже не обойтись, ведь стекло не относится к легкоплавким материалам.
Тигель должен быть таким, чтобы захват его металлическими щипцами и прутьями не составлял затруднений.
Существует два способа плавки: литье и моллирование. В первом случае жидким стекольным сплавом заполняются специальные формы, а во втором случае состав плавится до густого, тягучего состояния, и с ним работают стеклодувы, придавая массе разнообразные формы.
Чтобы расплавлять бутылки и другие изделия дома, вам понадобится печь специальной конструкции.
Температура плавления стекла
Точная температура плавления зависит от наличия примесей в составе. Обыкновенное прозрачное стекло плавится при 700-750⁰С, посудное – при 1200-1400⁰С, а кварцевое – 1650⁰С. В промышленном производстве поддерживают в печах поддерживают температуру 1600⁰С.
Кварц и песок без примесей переходят в стеклообразное состояние при температуре 2300 градусов Цельсия.
Использование печи для плавки стекла
Если вас интересует, как расплавить стекло в домашних условиях, то пригодится профессиональное оборудование, а именно – муфельная печь, чья конструкция обеспечивает, нагрев до максимально высоких температур. Сегодня существуют муфельные печи, способные нагреваться до 2000⁰С. Применяя такие конструкции дома, вы легко сможете изготовить украшения или другие изделия из стекла, переплавляя бутылки или другую стеклянную тару в совершенно новые изделие.
Муфельная печь поможет производить стекло в домашних условиях.
Используйте формы для литья, но на них необходимо нанести специальный состав, чтобы стекло легко отделилось. Установите форму таким образом, чтобы состав не смог стечь за ее границы. Расположите изделия в печи так, чтобы при плавке, они стекали прямо в формы. Нагревайте печь постепенно, чтобы форма выдержала. После окончания процесса литья, понизьте температуру до 500⁰С и оставьте в печи для отжига.
Важно! Не подпускайте к оборудованию ребенка, так как это грозит опасностью для жизни.
Теперь вы знаете, что изготовить и расплавить стекло можно даже в домашних условиях, если в распоряжении есть сырье и специальное оборудование. Главное – соблюдайте технику безопасности при работе с высокими температурами и внимательно читайте инструкцию к эксплуатации муфельной печи, так вы обезопасите здоровье во время экспериментов со стеклом в домашних условиях.
Рынок
В 2022 году мировой рынок производства стекла оценивался в 127 миллиардов долларов, и, по прогнозам, в период с 2022 по 2027 год он будет расти на 4,1%.
Основными факторами, способными стимулировать рост рынка, являются постоянно растущий спрос на бытовую электронику и проникновение искусственного интеллекта в потребительские и бизнес-приложения.
Плоское стекло, как ожидается, будет играть ключевую роль в архитектурных решениях в течение ближайшего года.
Недавняя тенденция предполагает быстрый переход в архитектуре зданий, который максимизирует естественный дневной свет за счет интеграции плоского стекла в крыши и фасады. Поскольку плоское низкоэмиссионное стекло с тройной изоляцией из серебра способствует значительной экономии энергии, его можно широко использовать в экологичных зданиях по всему миру. Солнечное плоское стекло, вероятно, также значительно вырастет в ближайшие несколько лет.
В настоящее время Китай является ведущим мировым экспортером стекла и изделий из него, на его экспорт приходится более 23% мирового экспорта стекла и изделий из него на сумму около 18 миллиардов долларов. На долю Германии и США приходится примерно 9% и 7% мирового экспорта стекла.
Типы зеркал
Все зеркальные полотна принято разделять на две категории:
- с функциональным назначением;
- декоративного плана, которые принято применять исключительно для улучшения дизайна.
| Функциональные | Используются для того, чтобы человек в них мог смотреться, контролируя свой внешний вид. Они устанавливаются на видных и хорошо доступных местах: ванных комнатах, прихожих. Бывают случаи, когда зеркалами оснащают жилые комнаты, чтобы визуально они смотрелись больше. |
| Декоративные | В них не смотрятся люди. Они предназначены для того, чтобы стать украшением помещения. |
Разновидностей зеркал великое множество, и в выборе недостатка нет. Все зависит от индивидуальных предпочтений, размеров помещений, финансовых возможностей. Сегодня торговые точки могут предложить следующие необычные виды зеркал:
- зеркала патинированного вида (изготовленные под старину). При этом используются специальные химические средства;
- зеркала фацетные (имеющие скошенные края, чаще всего в виде ромбов);
- зеркала тонированные или цветные (прекрасно смотрятся в современных интерьерах);
- зеркала с орнаментами, узорами, рисунками и всевозможными надписями.
Изготовление триплекса
Производство триплекса основано на создании многослойной конструкции, состоящей из двух и более стекол, а также полимерных пленок, которые располагаются между ними. Для изготовления этих изделий могут использоваться как силикатные, так и органические стекла. Количество слоев, их толщина и тип материала обычно подбирается в зависимости от конкретной задачи. На текущий момент доступно 4 вида пленок и несколько технологических методик, позволяющих решать различные задачи. Перед соединением все элементы конструкции должны быть тщательно очищены и обезжирены. При несоблюдении этих условий ухудшается адгезия, а также заметны оставшиеся частички пыли и мусора.
Стандарты качества
Видов стекла огромное множество. Для определения качества каждого вида созданы государственные стандарты, в котором описаны свойства и качественные характеристики.
Существуют ГОСТы для стекла кварцевого, листового, медицинского, многослойного, моллированного, неорганического, оптического и прочих разновидностей. В них описаны технологии производства, марки, методы определения качества, классификации.
Какие преимущества стеклянной плитки перед другими видами покрытий?
Преимущества стен, выложенных стеклянной плиткой:
- Маленькое помещение кажется больше
- Затемненная комната кажется более светлой
- Комната, где низкий потолок покажется выше
- Из-за водонепроницаемости плитки помещение не боится сырости
- Стены, покрытые стеклянной плиткой, можно мыть моющими растворами с химическими и щелочными веществами
- Стены, где приклеена стеклянная плитка долговечны, не боятся солнечных лучей
Недостатки стеклянной плитки:
- Стену со стеклянной плиткой нельзя чистить абразивными порошками
- Стеклянная плитка довольно хрупкая и стучать по ней острыми предметами нельзя
- Стеклянная плитка довольно тяжелая, поэтому при наклеивании ее нужен качественный каркас
Достоинства стеклянной плитки, сделанной своими руками:
- Экологически чистая – ведь вы знаете, что туда кладете
- Прочная
- Большой выбор цветов
- Можно вылить форму, которая нравится, и размер
Кухонный фартук из стеклянной плитки своими руками
