Походження та застосування

Скло

Скляна пляшка

Вироби зі скла

Скло (неорганічне скло) — тверда аморфна речовина, прозора, в тій чи іншій частині оптичного діапазону (в залежності від складу), отримана під час застигання розплаву, що має склотвірні компоненти^[1].

Склотвірний компонент — речовина (оксид, сульфід, селенід, телурид чи фторид елементу), яка в процесі застигання розплавленої маси утворює скло^[1].

Під склом розуміють сплави різних силікатів з надлишком діоксиду силіцію. Розплавлене скло не відразу твердне при охолодженні, а поступово збільшує свою в'язкість, аж поки не перетвориться в однорідну тверду речовину. Скло при твердінні не кристалізується, тому воно не має різко вираженої точки плавлення. На відміну від кристалічних матеріалів скло, при нагріванні у відповідному температурному інтервалі розм'якшується поступово, переходячи з твердого крихкого стану у тягучий високов'язкий і далі — у текучий стан — скломасу^[2].

Зміст

1 Походження та застосування
2 Історична довідка
3 Отримання
4 Види скла
5 Характеристики скла

5.1 Склоподібний стан
5.2 Фізико-механічні властивості скла
5.3 Електро-фізичні властивості

5.3.1 Електропровідність
5.3.2 Діелектричні властивості скла
5.3.3 Електрична міцність

5.4 Гігієнічні характеристики

6 Загальна технологія виготовлення скла
7 Застосування
8 Див. також
9 Примітки
10 Джерела
11 Посилання

Походження та застосування

У природі скло зустрічається у складі вулканічних порід, які швидко охололи з рідкої магми при взаємодії з холодним повітрям чи водою. Іноді скло зустрічається у складі метеоритів, розплавлених при проходженні атмосфери.

Коли встановили ідентичність будови, складу і властивостей звичайного силікатного скла низці мінералів, останні стали кваліфікуватись як різновиди його природні аналоги, отримуючи назви відповідно до умов формування: вулканічне скло (пемза, обсидіани, пехштейн та ін.), скло метеоритного походження — тектит (молдавіти, лівіти та ін.).

Скло, що використовується у промислових масштабах — матеріал штучного походження, якому властиві такі основні характеристики, як прозорість, твердість, хімічна стійкість, термостійкість. Крім того, скло має властивості, які обумовлюються його прозорістю, електричними та термомеханічними параметрами. Завдяки цьому скло широко використовують майже у всіх галузях техніки, медицині, у наукових дослідженнях та у побуті.

Історична довідка

Діатрета. Друга половина IV століття. Скло. ^[3] Державне античне зібрання. Мюнхен

За загально складеною історичною думкою технології виготовлення скла вперше почали використовувати близько 2500-3000 р.р. до н.е. у Межиріччі та Єгипті, оскільки глазуровані склом фаянсові прикраси, вік яких нараховує п'ять тисяч років, знаходили саме там. Археологія Межиріччя, особливо періоду Стародавніх Шумеру та Аккаду, схиляє дослідників до того, що менш старовинним зразком виробництва скла слід вважати пам'ятку, знайдену в Межиріччі в районі Ашнунаку — циліндричну печатку з прозорого скла, що датується періодом династій Аккадської держави, тобто вік її — близько чотирьох з половиною тисяч років. Намистина зеленуватого кольору діаметром близько 9 мм, що зберігається у Єгипетському музеї у Берліні, вважається одним з найдавніших зразків скла. Знайдена вона була єгиптологом Фліндерсом Пітрі біля Фів, за деякими допущеннями їй п'ять з половиною тисяч років. Вчений Н. Качалов стверджує, що на території Старовавілонського царства археологи постійно знаходять посудинки для пахощів місцевого походження, виконані у тій же техніці, що і єгипетські. Учений стверджує — є всі підстави вважати, «що в Єгипті й у країнах Передньої Азії джерела склоробства... відділяються від наших днів проміжком приблизно у шість тисяч років»^[4].

Близько 1500 років до н.е. у Єгипті почали виготовляти перші предмети домашнього вжитку. Це в основному були чаші, кухонне начиння та пляшки. Центрами виробництва скляних виробів були столиці Єгипту, спочатку Фіви, а потім Александрія. З Єгипту склоробство проникло на територію сучасної Італії (I ст. до н.е.). Рим у I ст. н.е. стає значним центром виробництва скла. Тут засновано декілька скляних майстерень і залучено значну кількість єгипетських склоробів. Масштаби виробництва були настільки великі, що римських склоробів у 220 р. було обкладено податком, а їхні майстерні зведені на одну з головних вулиць Риму. З Риму склоробство поширюється в римські провінції (Британія, Галлія та ін), а також у III-IV ст. на північне узбережжя Чорного моря і у Київську Русь^[5].

Першим великим технологічним проривом у скляному виробництві можна вважати технологію видування скла, яка виникла у 100 році на території сучасних Палестини та Сирії. Ця технологія полягала у захопленні розплавленого скла на кінці трубки, у яку людина повинна була дути для надання форми скляному виробу. Основне призначення цих виробів стосувалось домашнього побутового використання (пляшки, вази).

Наступним за значенням після Риму центром скляного виробництва у IX ст. стає Венеція, найсильніша морська держава Середземного моря. Падіння Східної Римської імперії (1204 р.) і переселення константинопольських склоробів до Венеції дало сильний поштовх виробництву венеціанського скла починаючи з XI століття і аж до XVI-XVII ст. Завдяки надзвичайній якості своєї продукції Венеція стає на той час європейською столицею з виготовлення художнього скла. Саме виробництво з 1291 р. було зосереджене на острові Мурано для зменшення ризику ворожого нападу та захисту виробничих секретів. Вже тоді скловари Венеції використовували склобій.

До XIV століття виробництво скла з'явилось у Нормандії та Лотарингії. У цей час в Нормандії виникла технологія виготовлення плаского скла для вікон. Вона полягала у видуванні скляної кулі, яку за допомогою надрізу розгортали у диск. Наступне досягнення у розвитку технологій скла у Франції зроблено Кольбертом. Саме він заснував у 1665 році «Королівську мануфактуру скла». Перший завод було відкрито у містечку Сен-Гобен у департаменті Ена, що на півночі Франції.

У XVIII ст. виробництво скла поступово перейшло від індивідуального до промислового масштабу. Уже тоді окремі фабрики виробляли понад мільйон пляшок на рік. У числі найважливіших винаходів того часу слід назвати регенеративну скловарну піч Сіменса (1870). На відміну від горшкових печей ванні печі здатні переробляти великі кількості скломаси. Це створило передумови механізації виробництва скла^[5].

Приблизно у 1880 році у Клода Бушера, склодува з міста Коньяк виникла ідея використовувати стиснуте повітря для надання склу кінцевої форми, що відразу привело до зростання продуктивності праці на 150%. Промислова революція суттєво вплинула на процес виготовлення скла:

печі розігрівались за допомогою вугілля замість дерева;
розпочалось застосування повністю автоматичних ліній;
формування здійснювалось стиснутим повітрям та з використанням металевих форм.

Наступним етапом розвитку у виробництві листового скла був метод машинної витяжки скла, розроблений Эмілем Фурко у 1902 році. При цьому способі скло витягується зі скловарної печі через прокатні вальці у вигляді безперервної стрічки назовні, надходячи в шахту охолодження, у верхній частині якої воно ріжеться на окремі аркуші. Машинний спосіб виробництва скла був удосконалений надалі в першій половині двадцятого століття. З найсучасніших способів варто відзначити так званий метод Ліббея-Оуенса та Пітсбурзький метод^[6].

Останнім етапом у розвитку технологій виробництва листового скла було патентування у 1959 році англійською компанією «Пілкінгтон» (англ. Pilkington) флоат-методу. При цьому процесі, який можна прирівняти до відкриття, скло надходить із плавильної печі в горизонтальній площині у вигляді плоскої стрічки через ванну з розплавленим оловом на подальше охолодження й відпал.

Отримання

При виробництві скла використовують:

головні або склотвірні матеріали, до яких належать кварцовий пісок, сода, вапняк, доломіт, поташ, бура, каолін, пегматит, свинцевий сурик тощо;
допоміжні матеріали, до яких належать сульфат натрію, селітра, триоксид миш'яку і сурми (для просвітлення скла), фториди, перекис марганцю, селен та інші речовини (для знебарвлювання скла), оксиди хрому, міді, кобальту, заліза (барвники).

За видом основних склотвірних матеріалів розрізняють такі класи скла^[5]: елементарні, оксидні, галогенідні, халькогенідні, металеві, сульфатні, нітратні, карбонатні та ін.

скло елементарне — здатні утворювати лише невелике число елементів: сірка, селен, миш'як, фосфор, вуглець. Склоподібні сірку і селен вдається отримати при швидкому переохолодженні розплаву; миш'як — методом сублімації у вакуумі; фосфор — при нагріванні до 250 °C під тиском понад 100 МПа; вуглець — в результаті тривалого піролізу органічних смол. Промислове застосування знаходить скловуглець, що має унікальні властивості, котрі перевершують властивості кристалічних модифікацій вуглецю: він здатний залишатися в твердому стані аж до 3700 °C, має низьку густину (близько 1500 кг/м³, має високу механічну міцність, електропровідність та хімічну стійкість.
скло оксидне (наприклад, скло силікатне та його різновиди), являють собою великий клас сполук. Найлегше утворюють скло оксиди SiO₂, CeO₂, B₂O₃, P₂O₅, As₂O₃. Велика група оксидів — TeO₂, TiO₂, SeO₂ WO₃ MoO₃, Bi₂O₃, А1₂O₃, Ga₂O₃, V₂O₅ — утворює скло при сплавленні з іншими оксидами або сумішами оксидів. Наприклад, легко утворюється скло в системах СаО—Al₂O₃, СаО—А1₂O₃—В₂O₃, Р₂O₅—V₂O₂, Me_mO_n—P₂O₅—V₂O₅, де Me_mO_n — різні модифікуючі оксиди.
скло галогенідне (фторберилатне), яке отримують на основі склотвірного BeF₂ компонента. Багатокомпонентні склади фторберилатних видів скла містять також фториди алюмінію, кальцію, магнію, стронцію, барію. Фторберилатние скло знаходить практичне застосування завдяки високій стійкості до дії жорстких випромінювань, включаючи рентгенівські промені, і до таких агресивних середовищ, як фтор і фтористий водень;
скло халькогенідне, яке отримують в безкисневих системах типу As—X, Ge—As—X, Ge—Sb—X, Ge—P—X (де X: S, Se, Te) та ін. Халькогенідне скло має високу прозорість в інфрачервоній області спектру, має електронну провідність, проявляє внутрішній фотоефект.

Види скла, отримані на основі нітратних, сульфатних і карбонатних сполук представляють науковий інтерес, але практичного застосування поки не знайшли.

Кожен із склотвірних оксидів може утворювати скло в комбінації з проміжними або модифікувальними оксидами. Скло отримує назву за видом склотвірного оксиду: силікатне, боратне, фосфатне, германатне і т.д. Практичне значення мають види скла простих і складних складів, що належать до силікатної, боратної, боросилікатної, фосфатної, германатної, алюмінатної, молібдатної, вольфраматної та інших систем.

Виробництво скла полягає у підготовці (просіюванні, сушінні, змішуванні) сировинних матеріалів, плавленні їх у скловарних печах з одержанням скломаси, формуванні з неї (пресуванням, прокаткою, видуванням та іншими способами) скляних виробів, відпалі їх (при нагріванні до температури 450...600 °C і поступовому охолодженні), щоб запобігти розтріскуванню, а також у механічній, хімічній, термічній або термохімічній обробці. Скло буває прозорим і непрозорим, забарвленим і безбарвним.

Види скла

В залежності від практичного використання скляних виробів змінюється хімічний склад скла, форма, розміри, та спосіб їхнього виготовлення. Сучасна скляна промисловість виготовляє найрізноманітніші вироби — промислове та побутове листове скло, скляні труби і ізолятори, медичне та парфумерне скло, тарне та сортове скло, піноскло, скловолокно, ситали та інше.

Тарне скло

Див. також: майонезна баночка

Тарне скло займає досить велику частку від загального об‘єму продукції, що виготовляють скляні заводи. Це відбувається тому, що тарне скло використовується для фасування, зберігання та транспортування різноманітних рідких пастоподібних та твердих продуктів.

Перевагами скляної тари, що обумовлюють широке її використання у різноманітних галузях промисловості та в побуті є: гігієнічність, прозорість, можливість виготовлення тари різноманітних розмірів та форми, можливість герметичного закривання та багаторазового використання, доступна ціна.

Кришталь

Кришталь — художнє скло, що називають так за схожість із гірським кришталем — один із найдорожчих і найгарніших різновидів. Із нього виготовляють різноманітний посуд, вази, люстри, що можуть посперечатися своєю красою із найвитонченішими витворами мистецтва.

Оптичне скло використовують для виготовлення лінз, призм, кювет і багато чого іншого.

Хіміко-лабораторне скло має високу хімічну й температурну стійкість, що дає змогу використовувати його під час наукових, часом небезпечних дослідів.

Медичне скло використовується для зберігання й упаковки лікарських препаратів, ін'єкційних і бактеріологічних розчинів, а також предметів догляду за хворими.

Скляний жаростійкий посуд (борне скло) визнаний одним із найкращих для приготування страв. У ньому можна готувати супи, каші, запіканки, тушкувати овочі, м'ясо, заварювати чай, каву звичайно ж, дотримуючись певних правил користування.

12 3 4 Следующая ⇒