Стекло

Стекло

Этапы развития стеклоделия.

Естественное стекло известно человеку с древнейших времён. Наконечники

стрел, ножи и т. п., изготовленные первобытным человеком из природного

вулканического стекло (обсидиана), были найдены в самых различных местах

земного шара.

Возникновение стеклоделия связано, по-видимому, с развитием гончарного

производства. Получение стекла сперва было, вероятно, случайным. Примером

такой возможности является образование стекла в результате расплавления

золы при пожаре зернохранилищ. Производство стекла в Древнем Египте

началось около 3000 лет до н. э. Из стекла делались различные украшения,

амулеты. Цилиндр из светло-голубого стекла прекрасного качества, найденный

в Тель-Асмаре, близ Багдада (современный Ирак), сделан в середине 3-го

тысячелетия до н. э.; плотность этого стекла 2,463, показатель преломления

1,515, в нём нет неоднородностей и посторонних включений. Найденная при

раскопках знаменитая ваза с начертанным на ней именем ассирийского царя

Саргопа II (722— 705 до н. э.), находящаяся в Британском музее (Лондон),

сделана из полупрозрачного зеленоватого С.

Во времена Птолемеев (4—1 вв. до II. э.) в Египте существовало

относительно развитое стекольное производство. Египет оставался центром

стеклоделия вплоть до нашей эры; его стеклянные изделия вывозились во

многие другие страны. Стеклоделие было развито также в странах Ближнего

Востока, в частности в Сирии и Финикии, а также в Причерноморье. Кроме

рядовой продукции, здесь изготовлялись богатые уникальные изделия,

украшенные эмалью и золотом. С древних времён стекло было известно в Китае,

где в 5—3 вв. до н. э. стеклянные изделия появляются уже в довольно большом

количестве [в т. ч. бусы с «глазовидным» узором и специфическим химическим

составом С. (примесь бария)]. Первые письменные свидетельства об

изготовлении стекла в Китае относятся к концу 3 в. В источниках 5 в.

говорится об умении китайцев изготовлять С. пяти цветов.

Примерно за 1200 лет до и. э. уже была известна техника прессования

стекла в открытых формах. Этим способом изготовлялись вазы, чаши, блюда,

кубки, цветные мозаичные украшения. Особенно распространённым было голубое

и бирюзовое стекло, окрашенное медью. Зелёное стекло получали окрашиванием

медью и железом. Синее стекло, окрашенное кобальтом, появилось в Египте в

начале нашей эры.

При некоторых достижениях древнего стеклоделия техника его была примитивна

и везде, в том числе в Древнем Египте, на протяжении многих столетий

переживала период застоя. Высоких температур получать не умели, плавку

стекла вели в небольших глиняных тигельках, стекло получалось не

проваренным, часто непрозрачным и в очень малых количествах. Чтобы прикрыть

обычно неприглядный вид изделий, изготовленных из такого несовершенного

материала, прибегали к красителям и шли по пути подражания природным

полудрагоценным камням. Формовка изделий из густой, вязкой раскалённой

стекломассы была нелёгкой задачей; она выполнялась простейшими приёмами

ручной лепки, для которой использовались плоские камни и примитивные

глиняные формы, а при изготовлении изделий в виде небольших сосудов —

деревянные палочки, обмазанные смесью песка и глины, обволакивавшиеся

стекломассой. Ассортимент изделий ограничивался мелкими туалетными

украшениями: бусами, серьгами, браслетами, застёжками, амулетами,

флакончиками для ароматических. веществ и т.п.

Переворот в технологии стеклоделия был вызван на рубеже нашей эры

изобретением метода выдувания полых стеклянных изделий. Возможность

широкого применения нового метода была обеспечена крупными успехами в

технике стекловарения. Тогда стали уверенно получать прозрачное стекло,

выплавлять его сразу в значительных количествах, научились изготовлять

выдуванием красивые сосуды относительно большого размера и самой

разнообразной формы. Выдувательная трубка, это простейшее приспособление,

оказалась инструментом, при помощи которого человек с художественным чутьём

и даром точной координации движений в результате длительных упражнений

достигал высокого совершенства в работе.

Открытие способа выдувания стекла положило начало второму большому периоду

развития стеклоделия, продолжавшемуся до конца 19—начала 20 вв. и

характеризующемуся на всём своём протяжении единством технологических

приёмов, не претерпевших за это время принципиальных изменений. В

соответствии с технологией и характер продукции оставался в этот период

более или менее постоянным, охватывая всевозможные разновидности полых

изделий, главным образом всевозможные сосуды «настольного» масштаба, а

также отдельные декоративные изделия — кубки, вазы, бокалы, блюда,

туалетные флаконы, осветительные приборы и т. п. Само собой разумеется, что

эта однообразная по типам и назначению продукция с точки зрения стиля,

композиции и исполнения отражала характерные особенности развития искусства

и народного творчества в отдельных странах в различные эпохи.

Первыми овладели методом выдувания стеклянных изделий мастера Древнего

Рима, где на протяжении нескольких веков искусство стеклоделия находилось

на большой высоте и где были созданы стеклянные изделия, относящиеся к

выдающимся образцам мирового искусства (например, находящаяся в Британском

музее Портландская ваза). В римское время стекло было впервые использовано

в качестве оконного материала. После падения Западной Римской империи

(конец 5 в.) центр стеклоделия перемещается в Византию, где, в частности,

быстро развивается особый вид художественного производства — выплавка

цветного непрозрачного стекла (смальты) для смальтовой мозаики, сменившей в

раннем средневековье античную каменную мозаику.

На Руси стеклоделие было значительно развито в домонгольский период. В

Киеве, в слоях 11—13 вв., раскопками вскрыты большие стекольные мастерские,

в частности мастерские стеклянных браслетов, бывших тогда модным женским

украшением во всех русских городах. Такая мастерская была обнаружена и при

раскопках в Костроме. С 11 в, на Руси развилось производство смальты для

монументальных мозаик, Монголо-татарское нашествие прервало стекольное

производство на Руси, которое возобновилось только в 17 в. В средние века

мозаика из смальты создавалась в ряде центров Грузии (например, знаменитая

мозаика 12 в. в Гелати). Высокого уровня развития достигло стеклоделие в

средние века в Египте, где его традиции не прерывались с древних времён.

Стекло изготовлялось и в других странах Востока, например, в 12—14 вв.

производством стеклянных изделий с росписью эмалями славилась Сирия. В

странах Западной Европы в средние века развивает-1скусство витража —

картин или орнаментальных композиций из цветного стекла. Фигурно вырезанные

стекла скреплялись свинцовыми перемычками и вставлялись в оконные проёмы

зданий. Появляются первые опыты росписи витражей нами, закрепленными

обжигом. Контуры заливались темно-коричневой краской (шварцлотом),

преобладавшей и в самой росписи. В 14 в. начнется применяться желтая

краска, в состав которой входит серебро. Ею покрывали большие участки

стекла и это давало возможность увеличить размеры отдельных частей витража

и уменьшить число и длину новых перемычек. Расцвет искусства средневековых

витражей приходится на 13—14 вв.

Ведущая роль Византии в развитии стеклоделия сохраняется до 13 в., когда

главным центром производства стекла в Европе становится Венеция.

Художественное стеклоделие получает здесь интенсивное развитие и достигает

подъёма в 15—16 вв.. Венецианские мастера изготовляют разнообразнейшие по

форме и технике декоративные сосуды из топкого или окрашенного стекла,

туалетные зеркала, ставшие тогда удивительной новостью, бисер, бусы и

другие художественные стеклянные изделия, пользовавшиеся широчайшей

известностью. Изделия из стекла расписывались эмалями, покрывались

позолотой, украшались узором из трещинок (кракле), стеклянными нитями.

Особой художественной тонкости достигло венецианское стекло к 16 веку

вместе с тем в 16 в., после открытия Америки, (широко развивается

промышленность, в частности стекольное производство, в Испании, Португалии,

Нидерландах, затем во Франции, Англии и других странах. Здесь строятся

стекольные предприятия, ведущую роль в которых составляют беглые

венецианские мастера, соблазнившие огромными заработками. Развивается

стеклоделие в Германии, где традиции этого производства сохранились, по-

видимому, со времён римского властвования. 1612 во Флоренции была издана

книга А. Пери, которую можно считать первым научным трудом в области

стеклоделия. В ней даны сведения об использовании окисей свинца и бора, а

также окиси мышьяка как осветляющего стекло реагента, составы цветных

стекол и прочее. Книга эта сделалась надолго руководством по технологии

получения стекла.

В 1615 в Англии предлагается способ использования угля в качестве

топлива для стекловаренных печей. Это даёт возможность получать при высоких

температурах тугоплавкое и термостойкое стекла. В 70-х годах. 17 века в

Англии был предложен состав стекла с окисью свинца, что повысило показатель

светопреломления. Это стекло, отличающееся блеском и радужной игрой,

получило распространение и в других странах. Со второй половины 17 в.

первенство по производству художественного стекла в Европе переходит к

Чехии, где начали изготовлять толстостенные сосуды из стекла со

значительным содержанием кальция. По своей бесцветности и чистоте это

стекло напоминало горный хрусталь. Большая толщина стенок изделий позволяла

производить особенно глубокую огранку, и в таком виде это стекло, известное

под названием богемского хрусталя, получило широчайшую известность.

На Руси новый этап развития стеклоделия начинается с 17 в., когда близ

Можайска был построен (1635) шведом Елисеем Коэтом первый в России

стекольный завод. В 1668 был построен Измайловский завод под Москвой, в 90-

х гг. 17 в.— завод у Тайпицких ворот в Москве; до 1717 — Ямбургские заводы.

Важнейшую роль в дальнейшем развитии стеклоделия в России сыграл

государственный стекольный завод, заложенный Петром I в первые годы 18 века

на Воробьевых горах под Москвой и к середине 18 в. вместе с Ямбургскими

заводами переведённый в Петербург. Завод этот стал образцом для всех других

стекольных предприятий страны, подлинной школой для русских мастеров

стекольного дела и лабораторией освоения новой техники. В его работе

принимали в разное время участие видные русские специалисты в области

искусства, науки и техники, в их числе М.В. Ломоносов, Т. де Томон, К. И.

Росси, А. Н. Воронихин, В.П.Стасов, И. П.Кулибинидр. Русские

рабочие—выдающиеся мастера стекольного дела — создавали на этом заводе

замечательные произведения искусства, изумлявшие всю Европу и хранящиеся

сейчас во дворцах и музеях. Выдающуюся роль в развитии научного стеклоделия

в России сыграл М, В. Ломоносов. .В 1748 он организовал при Петербургской

академии паук лабораторию, в которой проводил опыты с окрашиванием стекла,

лично варил смальту, разработав палитру цветной стеклянной мозаики. В 1753

им была построена для производства цветного стекла Усть-Рудицкая фабрика

(близ Петербурга). Из сваренной здесь смальты Ломоносов сам и по его

указаниям ученики выполнили ряд мозаичных произведений, в числе которых

грандиозная цветная мозаичная картина «Полтавская баталия» (1762—1764). В

1764 был основан А. И. Бахметьевым в Никольской-Пестравке Пензенской

губернии крупный потому времени завод для производства хрустальной посуды и

зеркального стекла (ныне завод «Красный гигант»). Который дает возможность

массового изготовления относительно крупных изделий из стекла, что даёт

начало новой отрасли стеклоделия — производству архитектурно-

художественного стекла как отделочного материала в строительстве главным

образом общественных зданий. К этой категории стеклянных изделий можно

отнести художественно исполненные облицовочные плитки, карнизы, наличники,

фризы, колонны, капители, вентиляционные решётки, балясины для лестничных

перил и балюстрад, витражи, смальту для мозаики, барельефы, скульптуру. По

решению правительства в 1939—40 на основе Ленинградской зеркальной фабрики

был организован экспериментальный завод художественного стекла, который

должен служить базой для изыскания путей дальнейшего усовершенствования

советского художественного стеклоделия.

В СССР развернулось строительство крупных механизированных новых

стекольных заводов и реконструкция старых заводов. Накануне Великой

Отечественной войны стекольная промышленность выдвинулась по объёму

производства на 1-е место в Европе (с 11-го, какое занимала Россия в 1913).

Основы современной технологии стекла.

Технология получения стекла состоит из двух производственных циклов. Цикл

технологии стекломассы включает операции:

а) подготовки сырых материалов;

б) смешивания их в определённых соотношениях, в соответствии с заданным

химическим составом стекла в однородную шихту;

в) варки шихты в стекловаренных печах для получения однородной жидкой

стекломассы.

Цикл технологии получения стеклянных изделий складывается из операций:

а) доведения стекломассы до температуры (и вязкости), требуемой условиями

формования из неё разнообразных стеклянных изделий;

б) формования изделий;

в) постеленного охлаждения изделий до комнатной температуры с целью

ликвидации возникающих в процессе формования напряжений;

г) термической, механической или химической (в отдельности либо во

взаимном сочетании) обработки отформованных изделий для придания им

заданных свойств.

Сырые материалы, применяемые для стекловарения, делятся на главные и

вспомогательные. Послед-ре служат для улучшения качества стекла и получения

стекла с особыми свойствами. Главные сырые материалы содержат кремнезём,

борный и фосфорный гидриды, амфотерную окись алюминия, оксиды елочных и

щёлочноземельных металлов, окись свинца, цинка и др. Кремнезём, являющийся

главной частью стекла, вводится в виде молотого кварца. Пригодность песка

для стекловарения определяется содержанием в нём примесей и

гранулометрическим (зерновым) составом. Вредными примесями являются прежде

всего соединение железа и хрома, придающие желтовато-зелёный зеленый цвета.

Размер зёрен песка для стекловарения должен находиться в пределах примерно

0,2—0,5 мм. Окись алюминия, применяемая в производстве большинства

промышленных стекол., вводится с глиной, каолином, гидратом окиси алюминия

или в виде чистого глинозёма. Окись натрия вводится с одной

кальцинированной содой либо (частично) с селитрой. Окись калия вводится в

виде солей — кислой или азотнокислой (селитра); применяется главным

образом в производство посуды, цветных, оптических и некоторых технических

стекол. Окись лития используется при выработке опаловых и некоторых

специальных стекол и даётся в виде содержащих литий минералов. Окись

кальция вводится преимущественно в виде мела или известняка; окись магния —

в виде доломита, магнезита или жжёной магнезии. Окись бария применяется в

виде углекислого, азотнокислого и (роже) сернокислого бария; используется

при производстве оптических стекол и хрусталя. В тех же производствах

находит применение окись свинца, которая вводится в виде сурика или глёта.

Окись цинка даётся как таковая или в виде цинковых белил; применяется в

производство оптических, химико-лабораторных и некоторых других стекол. В

стекловарении используются также материалы, содержащие одновременно

соответственные горные породы, доменный шлак, стеклянный бой и др.

К вспомогательным сырым материалам относятся осветлители,

обесцвечиватели, красители, глушители, а также восстановители (углеродистые

вещества). В качество осветлителей, способствующих удалению из стекла

пузырей, применяют в небольших количествах сульфаты натрия и аммония,

хлористый натрий, трёхокись и пятиокись мышьяка в сочетании с селитрой,

плавиковый шпат. Некоторые из этих веществ одновременно являются

обесцвечивателями. Химическое действие обесцвечивателей сводится к

окислению в стекло соединений железа. При применении физического методов

обесцвечивания в шихту вводятся в незначительных количествах вещества,

окрашивающие стекломассу в дополнительный к зелёному цвет (селен,

соединения кобальта, марганца и др.). В качестве красителей применяют

соединения кобальта, никеля, железа, хрома, марганца, селена, меди, урана,

кадмия, серу, хлорное золото и др. Рассеивающие свет, т. е. белые, мало

прозрачные стекла называются глухими или заглушенными. В зависимости от

степени глушения различают молочные (наиболее заглушенные), опаловые и

опалесцирующие С. В качестве глушителей применяются различные фтористые

соединения, фосфаты, соединения сурьмы, олова и др.

Подготовка сырых материалов заключается в сушке, измельчении в дробилках,

бегунах или дезинтеграторах, просеивании и смешивании в. определённых

весовых отношениях. Однородная смесь сырых материалов составляет шихту.

Однородность шихты, от которой в значительной мере зависит качество

стекломассы, определяется гранулометрическим, составом сырых материалов,

степенью их увлажнения, постоянством их химического состава, способом и

продолжительностью перемешивания шихты и др. На стекольных заводах чаще

всего применяют тарельчатые либо конусные барабанные смесители. На крупных

заводах шихту хранят в бункерах. Наибольшая однородность шихты достигается

при её брикетировании, которое исключает расслоение шихты при хранении и

особенно передвижении, а также устраняет загрязнение пылью регенератора и

уменьшает износ в печах огнеупоров. Расчёт шихты ведётся обычно на 100

весовых частей С., с учётом частичного улетучивания некоторых составных

частей — борной кислоты, щелочей, фтора и др.

Стекловарение ведётся при температурах порядка 1400°—1600°. В нём

.различают три стадии. Первая стадия — провар, или варка в собственном

смысле слова, когда происходит химическое взаимодействие между составными

частями шихты и образование вязкой массы. Так как при нагревании из шихты

обильно выделяются газы, то в вязкой массе оказывается огромное количество

пузырьков. Во второй стадии, называемой очисткой или осветлением,

происходит удаление пузырьков, а также растворение еще оставшихся

нерастворёнными зёрен песка; в этой стадии стекло выдерживается в печи в

течение нескольких часов при наиболее высокой температуре. Третья,

заключительная, стадия — т. и. студка стекломассы, когда она охлаждается до

такой температуры (в зависимости от процесса производства и, следовательно,

вязкости), при которой становится возможным и наиболее удобным изготовлять

из неё те или иные изделия. Варка стекла производится в стекловаренных

печах. Выбор того или иного типа печи обусловливается видом применяемого

топлива, ассортиментом вырабатываемых изделий, размерами производства и

прочее. Управление современной стекловаренной печью строго контролируется и

в значительной мере автоматизировано. Контроль доведён до высокой степени

точности. Например, давление (разрежение) газов в рабочем пространстве печи

измеряется с точностью до 0,02 мм водяного столба, уровень стекломассы — с

точностью до 0,1 мм и т. д. Автоматически регулируются: давление (тяга) в

печи; соотношение газообразного или жидкого топлива и воздуха; количество

подаваемого в печь топлива; уровень стекломассы в ванне и другие параметры.

Каждый из них влияет на температуру в печи, поэтому, регулируя их в

совокупности, можно обеспечить постоянство температурного режима варки

стекломассы и, следовательно, надлежащее её качество.

Процесс варки стекла некоторых видов, например оптического, кварцевого,

стеклянного волокна, отличается специфическими особенностями. Так, при

производстве оптического стекла, к которому предъявляются особо жёсткие

требования в отношении постоянства оптических свойств, однородности,

прозрачности и прочее, требуется на всех стадиях варки длительное

размешивание массы. В связи с очень большой её вязкостью и применением

высоких температур своеобразна техника варки кварцевого стекла. Прозрачное

кварцевое стекло изготовляется из горного хрусталя в графитовых тиглях,

разогреваемых под вакуумом до 1900°—2000° индукционными токами высокой

частоты, либо прямым пропусканием электрического тока (электропроводность

стекла значительно возрастает при повышении температуры). В конце варки в

печь впускают воздух под атмосферным или повышенным (от компрессора)

давлением. Другой способ варки этого стекла— сплавление кварцевого порошка

в пламени кислородно-водородной горелки. Непрозрачное кварцевое стекло

получается путём оплавления кварцевого песка на угольном или графитовом

стержне, разогретом электрическим током до 1800°.

Формование (иначе —выработка) стеклянных изделий из стекломассы на

протяжении тысячелетий производилось вручную. Значительно эффективнее

ручного машинное формование. В зависимости от вида вырабатываемых изделий

на практике используют несколько способов формования. Прессование

применяется в производстве некоторых видов посудных изделий (чайные

стаканы, пивные кружки, маслёнки, сахарницы и т. п.), стеклянной тары,

архитектурных деталей и др. Оно может быть как ручным, так и машинным. Для

ручного прессования служат пружинные или эксцентриковые прессы. Как ни

разнообразны конструкции ручных и машинных прессов, все они имеют три

основные формующие детали: форму (матрицу) с поддоном, пуансон и съёмное

формовое кольцо. Первая деталь определяет внешнюю форму изделия, вторая

Страницы: 1, 2