Вот иногда купишь новое стекло, попробуешь, а оно все пузырится, кипит, трещит и стреляет... И думаешь, ну зачем выпускать такое, неужели нельзя сделать более качественное, удобное в работе, мягкое. Красивые цвета, а в работе стекло просто ужас, и результат бывает не лучше...
Задавалась я этими вопросами пока не попалась мне в руки книга для химиков "Структура, свойства и технология стекла" Дж.Шелби. Не смотря на обилие химических терминов и формул и еще всего очень специфического, я все же нашла для себя очень интересную и полезную информацию. Думаю, она будет полезна всем лэмпворкерам, да и просто интересна.
В этой подборке статей я буду приводить выдержки из этой книги, да простят меня авторы..., химию я пропущу, а вот то, что мне показалось интересным мне хотелось бы рассказать.
В нашей повседневной жизни стекло настолько привычно, что мы почти не замечаем его существование. Однако отношение к этому материалу не всегда было таким небрежным. Древние египтяне рассматривали стекла как драгоценности: стеклянные бусы были найдены в захоронениях на золотых посмертных масках фараонов. В более древние времена пещерные жители использовали осколки обсидиана, природного вулканического стекла, для изготовления орудий и оружия – скребков, ножей, топоров, наконечников копия и стрел.
В течение тысячелетий люди получали стекло путем плавления исходных веществ. Египетские стекла датируются по крайней мере
7000 г. до н.э. Как же впервые было получено искусственное стекло? По одной из версий сочетание морской соли (
NaCl) и, возможно, костей (
CaO), находившихся в горячей золе костра, разведенного на песке (
SiO2) на берегу соленого моря, понизило точку плавления песка до температуры, при которой могло быть получено грубое стекло низкого качества. Спустя некоторое время другой человек обнаружил эти куски стекла среди песка и обратил внимание на их необычность. В конце концов какой-нибудь гений древности догадался, что стекло, найденное в пепле костра, могло быть получено специально, и открыл сочетание веществ, которое привело к получению первого стекла.
Первые стекла применялись для изготовления бус или инструментов с острыми краями. Постепенно были разработаны методы изготовления изделий заданной формы. Интересно, что первые бутыли изготавливали наматыванием ленты стекла на шаблон из уплотненного песка. После охлаждения стекла песок соскабливали с внутренней поверхности и удаляли, получались полые бутыли с грубыми полупрозрачными стенками, которые зачастую оказывались кривыми. Однако со временем на смену древним методам пришли технологии отливки и прессовки кувшинов и бутылей, и качество стеклянной посуды повысилось. Получаемое стекло стало достаточно прозрачным, но обычно содержало пузырьки и имело другие изъяны. Изобретение приблизительно в
I в до н.э. метода выдувания стеклянных изделий чрезвычайно расширило область применения стекла. Качество стеклянных кувшинов и бутылей резко улучшилось. Стеклянные сосуды для питья стали общедоступны, появилась возможность производить плоское стекло, что в конце концов привело к строительству зданий с застекленными окнами. В повседневную жизнь вошли окрашенные стекла. Методы получения многих цветов сохранялись как фамильные секреты и передавались мастерами из поколения
в поколение. Например, способ получения красных стекол путем введения золота в расплав был открыт, а затем утерян, и только спустя сотни лет был открыт вновь. Открытие множества новых красителей и изобретение метода выдувания изделий из стекла привели к тому, что во многих больших соборах Европы и Ближнего Востока появились великолепные цветные стеклянные окна ( витражи).
Век
технического прогресса открыл много новых областей применения стекла. Изобретение химически стойкого боросиликатного стекла оказало сильное влияние на развитие химии от тайных опытов алхимиков, искавших философский камень, до современной науки, в которой работают миллионы людей во всем мире. Современная электроника стала реальностью после изобретения стеклянных вакуумных труб, содержащихся в мониторах компьютеров и телевизорах. Относительно недавно создание стеклянных оптических волокон оказалось революционным событием в телекоммуникационной индустрии, поскольку замена медных кабелей на волоконные многократно увеличила возможности передачи информации без искажений по всему миру.
В отличие от многих материалов, стекло привлекательно чисто эстетически, благодаря своей способности пропускать свет. В природе существует очень мало материалов, которые пропускают видимый свет. Металлы и практически все природные органические вещества непрозрачны. Многие жидкости прозрачны, но они нестойки по своей природе и не могут в течение длительного времени сохранять желаемые свойства. К прозрачным природным материалам относятся алмазы, изумруды, рубины и другие драгоценные и полудрагоценные камни. Трудно придумать прозрачный природный минерал, который бы не ценился высоко за прозрачность и блеск. И в современном мире такие материалы ценятся очень высоко. Мы все еще очарованы «яркими, блестящими предметами».
Что же такое стекло?
Стекла, применяемые человечеством на протяжении большей части своей истории, были силикатными. Всегда ли оксид кремния необходим в составе стекла? Поскольку можно получить практически неограниченное число неорганических стекол, которые не содержат кремнезем, ответ очевиден: нет, кремнезем не является необходимым компонентом стекла. Традиционно стекло получают охлаждением расплава. Всегда ли необходимо плавление? Нет, можно получить стекла осаждением паров, посредством золь—гель-процессов в растворах и при облучении кристаллических веществ нейтронами. Большинство обычных стекол неорганические и неметаллические. В настоящее время применяется огромное число органических стекол. На протяжении последних лет стали распространены металлические стекла. Таким образом, очевидно, что определение стекла не может основываться на химической природе материала.Какие же признаки определяют стекло? Все известные стекла характеризуются двумя основными свойствами. Во-первых, стекла не обладают упорядоченным расположением атомов. Во-вторых, что более важно, любое стекло характеризуется температурным интервалом перехода в стеклообразное состояние. Таким образом, стекло можно определить как «аморфное твердое тело, не обладающее упорядоченной периодической атомной структурой и характеризующееся температурным интервалом перехода в стеклообразное состояние». Любое вещество (неорганическое, органическое или металлическое, полученное любым способом), характеризующееся температурным интервалом перехода в стеклообразное состояние, является стеклом. Основы стеклообразованияСамые первые стекла, которые использовал человек, были природного происхождения. Например, обсидиан легко образует острые грани, что позволило делать ножи, наконечники стрел и другие режущие инструменты. Такие стекла, получающиеся в результате охлаждения расплава горных пород, или лавы, содержат большое количество компонентов, включая оксиды щелочных, щелочноземельных и переходных металлов. Однако во всех случаях основой является оксид кремния.Поскольку природные стекла были весьма полезны для человека, не удивительно, что тысячи лет тому назад у него появилось желание самому делать стекло. Более того, поскольку все известные стекла были силикатными, естественно, что первые, полученные человеком стекла, также были силикатными. До 1900 г. было известно весьма немного несиликатных стекол, поэтому первые теоретические попытки объяснить, почему некоторые вещества образуют стекла, а другие — нет, в значительной степени основывались на данных о поведении силикатных расплавов и структуре кристаллических силикатов. Предполагалось, что некоторые уникальные свойства отдельных расплавов приводят к образованию стекла, тогда как в других случаях отсутствие этих свойств мешает стеклообразованию. Эти теории часто объединяют в группу структурных теорий стеклообразования. Т.е. какие вещества нужно смешать, чтобы получить стекло.В последнее время открыто огромное число несиликатных стекол. Известно, что полимеры и металлы могут быть получены в виде стекол, как и многие неоксидные неорганические вещества. В настоящее время признано, что любое вещество можно получить в стеклообразном состоянии. Теории стеклообразования уже не задают вопрос, почему то или иное вещество образует стекло, вопрос теперь ставится так: что нужно сделать, чтобы получить стекло из данного вещества? Поскольку в контроле за процессом образования стекла произошло смещение акцента от подбора веществ к регулированию условий технологического процесса, стало очевидно значение кинетики. В результате новая теория, а именно кинетическая теория образования стекла, в значительной степени потеснила прежние структурные теории. Кинетические теории стеклообразования
Считается, что любое вещество или смесь веществ, образующие стекло при охлаждении с умеренной скоростью от состояния расплава, являются «хорошими» стеклообразователями, в то время как вещества, которые требуют более быстрого охлаждения для образования стекла, считаются «плохими» стеклообразователями. Расплавы, которые не могут образовать стекло без охлаждения со сверхвысокой скоростью, считаются не образующими стекол. Современные теории стеклообразования вновь обратились к поиску критерия, определяющего вещество как стеклообразователь. В настоящее время признано, что в сущности любое вещество может образовать стекло, будучи охлажденным настолько быстро, чтобы не оставалось времени для перестройки структуры в периодическую, необходимую для кристаллизации. Некоторые вещества (такие как металлосодержащие расплавы) требуют очень быстрого охлаждения, чтобы избежать кристаллизации. Так, для получения металлических стёкол необходимы скорости охлаждения 105—106 К/с. Следовательно, вопрос заключается не в том, какое именно вещество образует стекло, а в том, как быстро оно должно охлаждаться, чтобы была предотвращена кристаллизация.
Источник "Структура, свойства и технология стекла" Дж.Шелби
