История стекла. Как, где и когда изобрели стекло Когда появилось стекло в мире
Хоть выплавка стекла и была изобретена задолго до древнего Рима, настоящего успеха в этом ремесле добились именно они - римляне. Первое стекло появилось ещё из древних вулканов, когда двуокись кремния, содержащаяся в лаве, застывала - порождала собой крепкое и невероятно твёрдое стекло, которое называют обсидианом.
Есть несколько версий того, как человек изобрёл стекло . Первая легенда гласит, что, когда одно финикийское торговое судно попало в бурю, ему пришлось пришвартоваться на ближайшей пристани. Команда высадилась на песчаный берег, и для того чтобы подпереть чан с похлебкой решили использовать глыбы перевозимой соды, так как камней там не оказалось.
Утром, прибирая остатки костра, один из моряков заметил странный материал, не похожий на те, что он видел ранее. В золе лежали блестящие кусочки. Как утверждают древнеримские историки, так и было сотворено первое стекло - при помощи сплава соды и берегового песка.
Эта история передавалась из поколения в поколение, не подвергаясь ни единому сомнению. Так было ровно до тех пор, пока кое-кто не решил повторить опыт финикийских моряков. Как оказалось, жара от котла недостаточно, для сотворения необходимого сплава.
Другая легенда гласит, что стекло, совершено случайно изобрёл один древнеегипетский гончар . Однажды в примесь глины к изделию попала смесь песка с содой. Удивлению мастера не было границ, когда после обжига он увидел, что предмет получился не шероховатым, а покрытым гладкой пленкой. Можно считать, что это пленка и была первым в мире стеклом.
С тех пор мастер стал каждое изделие покрывать своим секретным материалом, добавляя различные примеси, чтобы выходил разный цвет окраски. Некоторые гончары подсмотрели, как это получается и стали пытаться сделать что-то подобное. Один мастер так небрежно смешал ингредиенты, что после плавки у него получился небольшой сгусток на изделии. Мастер, немного доработав образовавшийся из-за его невнимательности кусок, изготовил первое декоративное изделие из стекла.
Можно сказать, что истинными авторами стекла были именно древние египтяне . Самой древней стеклянной находке, обнаруженной на территории Египта, является зелёная бусина, возрастом около 5.5 тысяч лет.
Вскоре египтяне освоили ремесло стекловарения. Они начали изготавливать кубки, сосуды, вазы и многое другое. Варили его в глиняных чашах. Когда образовывалась вязкая, густая смесь - ей придавали нужную форму специальными инструментами. На лепку, мастеру отводилось не больше десяти секунд, ведь стекло практически моментально застывало. Поначалу, работа мастеров выглядела очень неуклюже. Большие и толстые стенки, неровная форма и неправильное строение сосуда, придавало ему совсем непривлекательный вид.
В древнем Риме, процесс изготовления стеклянных изделий подвергся значительному, но на первых взгляд очень простому усовершенствованию. Мастера догадались, что при помощи специальной трубки, они могут выдувать изделия - подобно мыльному пузырю. Мастер набирал комок жидкого стекла на конец трубки и постепенно выдувал его до тех пор, пока стенки пузыря не становились максимально тонкими. При помощи подручных инструментов, мастер придавал пузырю нужную форму. Так и получался кубок, ваза или другая его задумка.
Позже стали выдувать стекло в специальную металлическую форму с рисунком на внутренней стороне, который и отпечатывался на изделии, затем форму разбирали и извлекали готовое изделие.
С уверенностью можем сообщить, что работы римских мастеров могут поразить вас и сегодня. Они умели вложить один сосуд в другой, либо украсить изделие вторым слоем стеклянных полосок.
Не только это подверглось изменениям со времён древнего Египта. Римляне улучшили процесс стекловарения. Они пользовались настоящими стекловаренными печами, которые обкладывали камнем, в то время как в древнем Египте использовали глиняные горшки в качестве печи. В новых условиях, смесь, в самом деле, становилась жидкой, при более высокой температуре. Тогда же и выяснилось, что, если стекло нагревать до температуры свыше 1500 градусов, при застывании оно становится прозрачным.
Тяжело представить, сколько посуды было изготовлено с того времени, благодаря простому римскому изобретению - стеклодувной трубки. Оказалось, что если выдуть длинный и продолговатый пузырь, в котором отрезать дно и раскатать - то можно получить ровное и тонкое оконное стекло. Но оконное стекло научились делать только в 1330 году, благодаря французу Кокерею. Даже в наши дни, особо искусные изделия из стекла изготавливаются при помощи стеклодувной трубки, пришедшей из древнего Рима.
Согласно древней легенде, первооткрывателями стекла были финикийские или греческие торговцы. Сделав во время одного из своих многочисленных плаваний остановку на острове, они развели костер на берегу. Песок от высокого жара расплавился и превратился в стекловидную массу.
Изобретение стекла относится к очень глубокой древности. Различные предания о том, какой народ, где и когда впервые изготовил стекло, малодостоверны, так что кто и когда изобрел стекло, неизвестно.
Появление стекла связывают с развитием гончарства. При обжиге на изделие из глины могла попасть смесь соды и песка, в результате чего на поверхности изделия образовалась стекловидная пленка – глазурь.
В Фивах (Египет) найдено изображение стеклодувов‑выдувальщиков, производство, напоминающее наше кустарное производство стекла. Надпись на этих изображениях ученые относят примерно к 1600 г. до н. э. Предметы, найденные при раскопках древних египетских городов, указывают, что в Египте находился центр стеклоделия, где изготовлялись урны, вазы, статуи, колонны и кувшины.
Стекло, которое получали в древности, существенно отличалось от современного. Оно представляло собой плохо сплавленную смесь песка, поваренной соли и окиси свинца – фритту. Ни материал, ни техника античности не позволяли изготавливать из стекла крупные предметы.
Стекольное производство в Египте давало декоративный и поделочный материал, поэтому изготовители стремились получать не прозрачное, а окрашенное стекло. В качестве исходных материалов использовали природную соду и местный песок, содержавший некоторое количество карбоната кальция. Низкое содержание кремнезема и кальция, а также высокое содержание натрия облегчало плавку стекла, поскольку снижало температуру плавления, но уменьшало прочность, увеличивало растворимость и снижало атмосферостойкость материала.
При производстве стекла различные компоненты смешивались в глиняных тиглях и сильно нагревались в специальной печи, сложенной из огнеупорного кирпича, до получения однородной светлой массы. Готовность стекла опытный мастер определял на глаз. По окончании плавки стекло разливали в формы или отливали небольшими порциями. Часто стеклянной массе давали остыть в тигле, который затем обламывали. Полученное таким образом стекло переплавляли и по мере надобности пускали в производство.
Первое стекло применялось для изготовления бисерных украшений. Бусы изготовлялись вручную, поштучно. Тонкую стеклянную нить обвивали вокруг медной проволоки, обламывая нить после каждой готовой бусины. Позднее для изготовления бисера вытягивали стеклянную трубку нужного диаметра и затем разрезали ее на бусины.
Вазы формовали на шишке из глины, обернутой тканью и насаженной на медный прут как рукоятку. Для более равномерного распределения стеклянной массы ее несколько раз быстро поворачивали. С этой же целью вазу прокатывали по каменной плите. После этого прут и шишку вытаскивали из изделия, давая ему остыть.
Окраска стекла зависела от введенных добавок. Аметистовый цвет стеклу придавала добавка соединений марганца. Черный цвет получали добавкой меди, марганца или большого количества соединений железа. Значительная часть синих стекол окрашена медью, хотя образец синего стекла из гробницы Тутанхамона содержал кобальт. Зеленое египетское стекло окрашено медью, желтое – свинцом и сурьмой. Образцы красного стекла обусловлены содержанием окиси меди. В гробнице Тутанхамона обнаружено молочное (глушенное) стекло, содержащее олово, и изделия из прозрачного стекла.
Из Египта и Финикии стеклоделие перешло в другие страны, где оно достигло такого развития, что хрустальная посуда стала даже вытеснять употреблявшуюся до того времени золотую.
Переворот в производстве стекла совершило изобретение процесса выдувания стекла. Позже, используя метод выдувания, научились делать из готового стекла длинные стеклянные цилиндры, которые «раскрывали» и выпрямляли, получая плоское стекло. Этот способ применяли для производства оконного стекла вплоть до 1900‑х годов, а для изготовления стекла, используемого для художественных работ, и позже.
Древние стеклянные изделия были обычно окрашены и являлись предметами роскоши, доступной далеко не всем, особенно дорого ценились изделия из бесцветного стекла.
В античности стекло не нашло существенного применения, даже зеркала тогда изготавливались преимущественно из металла. Но в последующие эпохи оно применялось все чаще и чаще. В Средние века получило широкое распространение использование цветной стеклянной мозаики для украшения окон в храмах.
Позднее Средневековье и начало Нового времени ознаменовались широким распространением стеклодувного производства. Большое развитие стеклоделие имело в Венеции. Будучи сильнейшей морской державой Средиземного моря, Венеция вела обширную торговлю со странами Востока и Запада. Видную статью этой торговли составляло стекло, отличавшееся необыкновенным разнообразием и большой художественной ценностью. Венецианцы изобрели мозаичное стекло, зеркала. Получая большие выгоды от торговли, Венеция всемерно заботилась о развитии у себя стекольной промышленности. Запрещался вывоз стекловаренного сырья, заключались договоры с другими странами на покупку у них битого стекла.
Стеклоделам предоставлялись многочисленные льготы. Одновременно с этим венецианцы ревниво охраняли секреты производства стекла, разглашение профессиональной тайны каралось смертью.
Остановимся на основных видах стекла, выпускавшихся венецианскими стеклодувами, организовавшими производство на острове Мурано близ Венеции.
Цветное стекло. Для его изготовления использовались окиси цветных металлов. Окись железа окрашивает стеклянную массу в зеленый цвет, окись меди дает зеленый или красный тон, при помощи кобальта получается синее стекло, примесь золота дает рубиновое стекло и т. д. Первые сосуды из цветного стекла появились во второй половине XV в. И почти все они были расписаны эмалевыми красками. Любимым цветом в XVI в. был синий – azurro. Фиолетовое стекло – pavonazzo – также пользовалось большим успехом.
Эмалированное и позолоченное стекло из Мурано представляет самый большой интерес. Начало росписи стекла эмалью связывается с именем знаменитого мастера и выдающегося химика Анджело Беровьеро. Изначально эмалью расписывались сосуды из цветного прозрачного стекла, позже росписью стали покрывать и стекло молочного цвета. Венецианские сосуды раннего периода отличаются необыкновенно богатой росписью: изображались триумфальные шествия, свадебные процессии, сцены мифологического содержания, эротические сюжеты. Часто стекло украшали золотыми чешуевидными узорами и рельефными точками, исполненными разноцветной эмалью.
Прозрачное бесцветное стекло было изобретено во второй половине XV в. Это знаменитое венецианское cristallo. В названии подчеркнута бесцветность и прозрачность стекла по сравнению с ранее изготовлявшимся стеклом зеленоватого оттенка или цветным стеклом.
Филигранное стекло. Это бесцветное прозрачное стекло, украшенное стеклянными нитями, введенными в массу. Эти нити, обычно спирально скрученные, представляют бесконечно разнообразные сплетения. Чаще всего нити бывают белого (молочного) цвета. Судя по сохранившимся образцам, время изобретения филигранного стекла совпадает с утверждением ренессансных форм в венецианском стеклоделии.
Своеобразная разновидность филигранной техники – сетчатое стекло. Его получают из двух слоев прозрачного стекла с филигранным рисунком, наложенных друг на друга в обратном направлении. Образуется рисунок в виде сетки, причем в каждую клеточку помещается, как правило, воздушная капля.
Молочное стекло – непрозрачное белое стекло молочного оттенка (latticinio или lattimo ). Его получают путем добавления в стеклянную массу окиси олова. Сосуды XVI в., выполненные из окрашенного молочного стекла и расписанные эмалевыми красками и золотом, были, по‑видимому, первыми в Европе попытками подражать фарфору. Сегодня этот поддельный фарфор представляет собой величайшую редкость и ценится чрезвычайно дорого.
Агатовым стеклом принято называть стекло, состоящее из различно расположенных и различно окрашенных слоев, составляющих узоры, подобные агату. Агатовое стекло представляет большое разнообразие окраски и узора. Как известно, в минералогии агат составляет одну группу с халцедоном и яшмой. Поэтому в старых итальянских трактатах можно встретить также наименования яшмового и халцедонового стекла.
Авантуриновое стекло – особый род стекла, изобретенный муранскими мастерами в начале XVII в. На отшлифованной поверхности – бесчисленное множество блестящих точек, производящих особенный световой эффект. Эти мерцающие точки на желтовато‑коричневом стекле получаются путем прибавления к стеклянной массе меди, которая при остывании стекла кристаллизуется. Изобретение авантуринового стекла приписывается династии Миотти, долгие годы хранившей тайну его изготовления.
Мозаичное стекло. Способ изготовления этого стекла замечателен. Берутся разноцветные стеклянные нити и спаиваются в узкий цилиндрический прут, поперечный разрез которого имеет вид звездочки, розетки или какой‑либо симметричной фигуры. Затем этот стеклянный прут разрезается на множество дисков, которые вводятся в стеклянную массу. Изделия, выделанные из мозаичного стекла, представляют собой пестрое поле, сотканное из звездочек, розеток и т. п.
Некоторые муранские изделия украшены узором, называемым кракелаж. Узор получался так: выдуваемый предмет, внутри которого поддерживалась высокая температура, опускался в холодную воду. Вследствие этого внешний слой стекла покрывается бесчисленными трещинами, которые, однако, не проникают в толщу стекла. Трещины остаются на поверхности стекла, украшая его своеобразным узором.
Процесс изготовления ваз в технике «пулегозо» основана на эффекте образования пузырьков воздуха внутри стекла, которые образуются при погружении раскаленного стекла в воду и немедленного возвращения его в печь для придания плотности веществу. Вазы выдуваются и обрабатываются вручную.
Гравированное стекло было известно уже в начале XVI в. Сначала венецианцы гравировали стекло алмазом механическим способом. Позднее был изобретен химический способ гравирования.
Бусы. Производство бус было известной и едва ли не самой доходной отраслью венецианской стеклянной промышленности. Бусы были известны под названием conterie. В широком смысле под термином conterie подразумевают не только бусы, но и бисер, стеклянные пуговицы, искусственный жемчуг, поддельные стразы и прочие мелкие предметы из стекла. Само название объясняется тем, что этот штучный товар очень легко и удобно считать (contare – по‑итальянски – считать).
Первым научным трудом по стеклоделию считается вышедшая в 1612 г. во Флоренции книга монаха Антонио Нери, в которой были даны указания об использовании окислов свинца, бора и мышьяка для осветления стекла, приведены составы цветных стекол. Во второй половине XVII в. немецкий алхимик Кункель опубликовал сочинение «Экспериментальное искусство стеклоделия». Он же нашел способ получения золотого рубина.
В 1615 г. в Англии для нагрева стеклоплавильных печей начали применять уголь. Таким образом повысилась температура в печи.
В начале XVII в. во Франции был предложен способ отливки зеркальных стекол на медных плитах с последующей прокаткой. Примерно в то же время был открыт метод травления стекла смесью плавикового шпата и серной кислоты, освоено производство оконного и оптического стекла.
На Руси стекло встречалось в виде бус еще в XIII в., но своих заводов тогда не было. Первый русский завод был выстроен лишь в 1634 г. шведом Елисеем Коетой. Завод выделывал столовую и аптекарскую посуду, первыми мастерами там были немцы, оказавшие большое влияние на развитие русской стекольной промышленности.
В 1668 году была начата постройка казенного завода в селе Измайлово под Москвой, который частично работал уже и на экспорт. Так, в Персию вывозили посуду «измайловского дела» – до 2000 кувшинов, графинов и мухоловок ежегодно.
Значительно быстрее шло строительство стекольных заводов в XVIII в. Особенно много в этом отношении сделал Петр I, который покровительствовал развитию стеклоделия, уничтожил пошлины на стеклянные изделия, выписывал немецких мастеров, посылал русских учиться за границу. По возвращении из заграничной поездки он построил казенный завод близ Москвы, на Воробьевых горах, который предполагали сделать образцовым стекольным заводом и одновременно школой для подготовки стекольных мастеров.
В 1720 г. был издан Указ «Об учреждении зеркальных заводов в Киеве». В царствование Елизаветы Петровны (1741–1761 гг.) около Москвы существовало уже шесть стекольных заводов.
В 1752 году было дано «позволение профессору М. В. Ломоносову завести фабрику для отделывания разноцветных стекол, бисера, стекляруса и других галантерейных вещей с привилегией на 30 лет». Среди вырабатывавшейся на заводе продукции было стекло для мозаичных работ («мусия»), из которого М. В. Ломоносов создал ряд картин, в том числе знаменитую «Полтавскую битву». После смерти Ломоносова завод перешел к его вдове и в 1798 г. закрылся.
В 1760 г. московский купец Мальцов получил дозволение устроить стеклянный завод для выработки хрустальной и стеклянной посуды, также зеркального, каретного и оконного стекла. Этот завод стал родоначальником известных впоследствии Мальцовских заводов.
Вплоть до середины XIX в. стекло варили в тиглях. В 30‑х годах XIX в. в России появились первые ванные печи для промышленного производства стекла.
В 1856 г. Фридрих Сименс изобрел регенеративную стекловаренную печь. В ней отработанные газы подогревают камеры предварительного нагрева, облицованные огнеупорными материалами. Как только эти камеры достаточно раскалятся, в них подают горючие газы и необходимый для их сгорания воздух. Возникающие при горении газы равномерно перемешивают расплавленное стекло, иначе перемешать тысячу тонн вязкого расплава было бы далеко не просто. Температура в регенеративной печи достигает 1600 °C. Позже такой же принцип был применен для плавки стали.
Современная стекловаренная печь – это печь непрерывного действия. С одной стороны в нее подаются исходные вещества, которые благодаря легкому наклону пода движутся, постепенно превращаясь в расплавленное стекло, к противоположной стороне (расстояние между стенками печи около 50 м). Там точно отмеренная порция готового стекла поступает на охлаждаемые валки. На всю длину стометрового участка охлаждения тянется стеклянная лента шириной в несколько метров. В конце этого участка машины режут ее на листы нужного формата и размера для зеркал или оконного стекла.
Следующим значительным этапом в развитии производства листового стекла был метод машинной вытяжки стекла, который разработал Эмиль Фурко в 1902 году. При этом способе стекло вытягивается из стекловаренной печи наружу через прокатные вальцы в виде непрерывной ленты и поступает в шахту охлаждения, в верхней части которой режется на отдельные листы. Машинный способ производства стекла был усовершенствован в дальнейшем в первой половине XX в. Из самых современных способов следует выделить так называемый метод Либбея‑Оуэнса и Питтсбургский метод.
Самым последним этапом в производстве стекла был запатентованный в 1959 году разработанный английским изобретателем Пилкингтоном флоат‑метод. При этом процессе, который можно приравнять к открытиям, стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг. Огромным преимуществом флоат‑метода, по сравнению со всеми предыдущими методами, является, кроме всего прочего, более высокая производительность, стабильная толщина и бездефектность стекла, а также качество поверхности.
Среди твердых веществ неорганического происхождения (камень, металл) стекло занимает особое место. Отдельные свойства стекла сближают его с жидкостью. В нем не найти кристаллов. Не существует в нем и резкого перехода при какой‑то определенной температуре от жидкого состояния к твердому (или обратно). Расплавленное стекло (стекломасса) в большом интервале температур остается твердым. Если принять вязкость воды за 1, то вязкость расплавленного стекла при 1400 °C составляет 13 500. Если охладить стекло до 1000 °C, оно станет тягучим и в 2 млн раз более вязким, чем вода. (Например, нагруженная стеклянная трубка или лист со временем прогибаются.) При еще более низкой температуре стекло превращается в жидкость с бесконечно высокой вязкостью.
Главная составляющая стекол – диоксид кремния SiO 2 , или кремнезем. В наиболее чистом виде он представлен в природе белым кварцевым песком. Диоксид кремния кристаллизуется при переходе от расплава к твердому состоянию сравнительно постепенно. Кварцевый расплав можно охладить ниже его температуры затвердения, и он при этом не станет твердым. Существуют другие жидкости и растворы, которые также можно переохладить. Но только кварц поддается переохлаждению настолько, что теряет способность к образованию кристаллов. Диоксид кремния остается тогда «свободным от кристаллов», то есть «жидкообразным».
Перерабатывать чистый кварц было бы слишком дорого, прежде всего из‑за его сравнительно высокой температуры плавления. Поэтому технические стекла содержат лишь от 50 до 80 % диоксида кремния. Для понижения точки плавления в состав таких стекол вводятся добавки оксида натрия, глинозема и извести. Получения определенных свойств достигают добавками еще некоторых химических веществ.
Знаменитое свинцовое стекло, которое тщательно шлифуется при изготовлении чаш или ваз, обязано своим блеском присутствию в нем около 18 % свинца.
Стекло для зеркал содержит преимущественно дешевые компоненты, снижающие температуру плавления. В больших ваннах (как их называют стекловары), вмещающих более 1000 т стекла, сначала расплавляют легкоплавкие вещества. Расплавленная сода и другие химические вещества растворяют кварц (как вода поваренную соль). Таким простым средством удается перевести диоксид кремния в жидкое состояние уже при температуре около 1000 °C (хотя в чистом виде он начинает плавиться при гораздо более высоких температурах). К большой досаде стекловаров, из стекломассы выделяются газы. При 1000 °C расплав еще слишком вязок для свободного выхода газовых пузырьков. Для дегазации его следует довести до температуры 1400–1600 °C.
Открытие особой природы стекла пришло лишь в XX в., когда ученые во всем мире стали проводить крупномасштабные исследования атомарной и молекулярной структуры разных веществ посредством рентгеновских лучей.
Сейчас выпускают большое количество видов стекла. По назначению различают: строительное стекло (оконное, узорчатое, стеклянные блоки), тарное стекло, техническое стекло (кварцевое, светотехническое, стекловолокно), сортовое стекло и др.
Изделия из стекла могут люминесцировать под воздействием различных видов излучения, пропускать или поглощать ультрафиолетовое излучение.
Как, вы еще не читали? Ну, это зря…
Стекло - твердое тело, аморфное по своему строению. Стекла бывают природные и искусственные, изготовленные человеком. С глубокой древности человек научился использовать природное стекло в качестве орудии труда. Среди природных стекол, которыми пользовался человек еще в доисторические времена, различают тектиты и обсидианы. И те, и другие находят на стоянках людей каменного века.
Древний человек использовал природные стекла для изготовления различных рубил, скребл, наконечников для стрел и копий, ножей и других орудии труда. Тектиты облюбовывались древними и как амулеты.
Очень давно научился человек и производить стекло. На заре человеческой культуры в печах-ямах, используемых для обжига глиняных горшков и отапливаемых соломой, тростником или деревом, первую глазурь на стенках этих горшков дала, плавившаяся при не очень высокой температуре, зола. Стекая со стен горшков и смешиваясь с песком на дне этих ям, зола дала первую стекломассу. Таким образом, колыбелью стеклоделия можно считать ямную печь. И, надо сказать, что зола, содержащая до 40% щелочи, оставалась еще до середины 19 в. важным компонентом шихты на многих стекольных заводах, назначение щелочи понижать температуры плавления стекол. Наряду с золой, как источник щелочи, применяли еще в 1-ом в. н.э. полученные из нее поташ и соду, подразумевая под ними два основных вида экстракта из зол разных растений. В Египте использовали природную соду.
Помимо золы, второй основной компонентой стекла служит кварцевый песок. В древности, в ранние этапы стеклоделия славился сирийский песок с реки Белус. Этот песок практически не содержал окислов железа.
Кроме этих основных стеклообразующих компонентов применяют различные добавки - красители, глушители и специального назначения, придающие стеклу те или иные свойства.
Многие исследователи считают, что стеклоделие впервые зародилось в Месопотамии около 5000 лет тому назад. В Сирии были обнаружены осколки стекла, относящиеся к 2500 г. до н.э. Доподлинно известно, что в 16-14 вв. до н. э. стеклоделие в Египте было высоко развито. Раскопки, производимые Фливдерсом Петри в Тедь-аль-Амарне (близ Фив) в 189I-1892 гг.выявили остатки стеклодельческой мастерской времени одного из фараонов 18 династии. Были обнаружены остатки печей фрагменты тиглей для плавки стекла, битое стекло и другие предметы.
В начале нашей эры центр стеклоделия, переносится в Рим. Во времена Нерона (54-68 г.н.э.) применение стекла в Риме столь широко распространилось, что простой стеклянный бокал можно было купить за медную монету. В Риме появляется оконное стекло. Оно не было похоже на наше. Приготовленное выдувным способом оно представляло собой диски небольшого размера, вставляемые в переплеты деревянных или каменных решеток. В литературе тех времен сохранилось описание процесса варки стекла. Плиний Старший писал, что тончайший белый песок истирали и смешивали с 3 объемами соды. Смесь расплавляли, затем переносили в другую печь, где образовывалась масса, называемая Плинием "аммонитр". Аммонитр вновь переплавлялся в чистое белое стекло. Римские мастера вначале пользовались ввозимой из Фракии содой, затем перешли на добычу ее из золы водорослей.
Перенеся в 330 г. столицу из Рима в Византию, в Константинополь, Константин перевел в нее множество ремесленников, в том числе и стеклоделов.
Значительного развития в Византии достигла такая ветвь стекольного производства, как мозаика. Потребность в мозаике была огромная в связи со строительством большого числа храмов и особенно Софии Константинопольской, где мозаика как декор использовалась очень широко.
В 1204г. крестоносцы, а среди них были и венецианцы, взяли Константинополь и почти одна треть территории Византии отошла к Венеции. Заполучив на востоке мастеров и их секреты, венецианцы начинают активно осваивать стекольное дело. В конце XIII в. на острове Мурано, в двух км. от Венеции, уже существуют стеклодельные мастерские.
В 14-13 веках художественная ценность венецианского стекла общепризнанна. Расцвет его приходится на 16 в.. Это тончайшее, чистейшее и очень изящное стекло. Формы изделий исключительно многообразны. Преобладают рюмки, бокалы, посуда на ножках. Наряду с бесцветным применялось и цветное стекло,
позолоченное. Изобретение филиграни - прозрачного стекла с сетчатыми переплетениями молочно-белых нитей, еще более увеличило и без того всемирную славу венецианского стекла в 16 в.. О том насколько дорожили мастерами стеклоделия в Венеции говорит тот факт, что когда французский король Генрих III посетил Венецию, то он пожаловал всем первым мастерам Мурано французское дворянство.
Только в 17 в. венецианское стеклоделие начало клонится к упадку. В это время в Чехии в 1609г. Кашпаром Леманом был изобретен рецепт массивного, твердого стекла, получившего название хрусталь за сходство с горным хрусталем. В стекло стали добавлять кальций, придавший чистоту и прозрачность, твердость, больший показатель преломления и, следовательно, игру света. Чешский хрусталь, или как его еще называют богемский, в то время позволял применять глубокую гравировку - резьбу по стеклу. С этого времени начинается новая эпоха в истории художественного стеклоделия.
Несколько позднее в Англии в стекло стали добавлять свинец. Свинцовый хрусталь обладает поразительным блеском и светопреломлением с великолепной игрой света - дисперсией. Кроме того, свинцовый хрусталь обладает красивым звоном. В 18 в. производство хрусталя возникает во Франции - знаменитая фирма Баккара, действующая и поныне.
История производства стекла в России
В России, после татаро-монгольское нашествия разрушившего стекольное и многие другие ремесла в Киеве, Рязани и т. д, первые упоминания о производстве стекла относятся к 1630-31 гг., когда приглашенным из Швеции пушечных дел мастером Юлием Койетом был основан стекольный завод в 40-50 верстах от Москвы в с. Духанино, неподалеку от Нового Иерусалима.
Второй стекольный завод был выстроен при Алексее Михайловиче. Завод решено было ставить в Измайлове на реке Серебрянке. В 1669 г. завод был готов. Мастеров было по первоначалу трое: 1 иностранец, 2-русских. В Измайлове изготовляли всевозможные сулеи, кувшины, кружки, братины, лампадки, аптекарские скляницы и другие изделия. Измайловское стекло поставлялось на дворцовые нужды, часто шло на продажу.
Общий промышленный подъем, начавшийся при Петре, захватил в стекольное дело.
В 1706 г. был построен стекольный завод на Воробьевых Горах под Москвой. Основными видами продукции Воробьевского завода служили литые зеркала и увеличительные стекла. Стекло варилось, затем выливалось на медную доску, прокатывалось медным катком, шлифовалось, полировалось и под него подводилась амальгама. При этом размеры зеркал были поразительные: до 2,75 на 1,68 м. Это были самые большие по тем временам зеркала в Европе.
Во времена правления Петра I помимо казенных заводов, возникают частные стекольные заводы, из них пять под Москвой и один под Владимиром.
Один из пяти подмосковных заводов принадлежал купцам Мальцовам.
Развитие стекольного дела в Московских землях и под Санкт-Петербургом, повлекло за собой уничтожение значительной части лесов. Ведь лес шел на дрова, и была велика опасность пожаров. В 1747г. указ Сената запрещает строить винокуренные и стекольные завода в радиусе 200 верст от Москвы и Санкт-Петербурга.
Мальцовы переводят завод частично в Трубчевсний уезд Орловской губернии и во Владимирскую губернию на речку Гусь.
Хрусталь начали варить на Гусевском заводе с самого момента его основания. В Праге и Богемии закупаются образцы изделий и отправляются в Гусь. Русские мастера полностью воспроизводят их. На первых порах отличить богемский хрусталь от гусевского невозможно.
Мальцовский хрусталь быстро завоевывает призвание на российское рынке. В 1857r. Гусевскому заводу было разрешено изображать на своих изделиях государственный герб. Ассортимент изделий завода был чрезвычайно широк - от дворцовых хрустальных сервизов до обычных бытовых стакан. Приемы гравировки очень характерны для русского хрусталя.
Для русской гравировке очень свойственна свобода композиции сюжета, живописность рисунка, растительные узоры. На заводе известны целые поколения мастеров, передававших свое искусство гравировки по наследству - самая известная фамилия Травкиных. Работы мастеров Травкиных во множестве представлены в гусевском музее.
Если в 18 веке для декорирования хрусталя использовалась главным образом гравировка, то к началу 19 в. появляется мода на алмазную грань. Гравировка отступает на задний план, переносится на тонкую посуду. Англичане внесли в искусство хрусталя технику высокой алмазной грани, идущую от приемов обработки драгоценных камней. Такая обработка давала высокую игру света. Русские мастера Зубановы создали алмазный растительный рисунок и назвали ого очень поэтично "светлое растение". Они же авторы морозных узоров, наносимых на хрусталь в технике алмазной грани.
Как сохранить хорошее зрение
Телевизоры, компьютеры и электронные гаджеты постоянно испытывают наши глаза на прочность. Как же поддерживать здоровье глаз и остроту зрения в течение многих лет. . .
*информация размещена в ознакомительных целях, чтобы поблагодарить нас, поделитесь ссылкой на страницу с друзьями. Вы можете прислать интересный нашим читателям материал. Мы будем рады ответить на все ваши вопросы и предложения, а также услышать критику и пожелания по адресу [email protected]
Стекло известно человечеству уже многие века. Археологические находки доказывают, что технология производства стекла была известна на Среднем Востоке уже в III веке до н.э. На территории Египта найдены амулеты и бусы, датируемые 7000 г. до н.э. Но кто и когда, а главное с какой целью изобрел этот чудный материал, доподлинно неизвестно.
Версии о появлении стекла
Существует несколько версий возникновения стекла. Одни ученные считают, что получен был этот материал при выплавке меди. Другие доказывают, что получили его при обжиге глиняных изделий. А согласно утверждениям древнеримского историка Плиния-старшего, появлению стекла человечество обязано финикийским купцам, которые на стоянках разводили костры прямо на песке и обкладывали их кусками извести.
Как бы то ни было, но долгие годы стекло было изысканной роскошью доступной лишь самым богатым и влиятельным. И лишь с приходом новой эры, когда в Сирии была изобретена стеклодувная трубка, началось массовое производство и изделия из стекла стали более доступными, а технология начала распространятся по странам. Самым известным центром изготовления стеклянной продукции на Востоке стала Александрия. Умелыми стекловарами считаются и древние римляне.
Развитие стекловарения в Европе
С востока технология стекловарения пришла в страны Европы. Здесь она модифицировалась и развилась до новых уровней. В первую очередь изменения коснулись сырья. Сода была заменена на более распространенный поташ.
Значительным событием стало изобретение в XIII веке немецкими мастерами листового стекла, которое впоследствии усовершенствовали венецианцы. Качество таких стекол было невысоким, оно было достоянием лишь избранным. Его можно было увидеть лишь в церквях и замках, а сейчас даже стеклянные двери на заказ ни для кого не в диковинку.
Долгое время крупнейшими европейскими центрами по производству стеклянных изделий была Венеция и Богемия. Была разработана технология получения цветного стекла. Тайны своего мастерства стеклодувы хранили очень строго, потому у каждой области были свои технологии и особенности изготовления.
В XVII веке первенство производства стекла переходит к мастерам Туманного Альбиона. Во многом этому способствовало открытие в 1670-х гг. английского стеклодува Джорджа Равенскрофта. Он ввел в состав стекла соединения свинца и получил аналог горного хрусталя, который отличался высоким качеством и легко гранился.
Промышленное производство стекла
Несмотря на высокую популярность изделий из стекла, лишь к концу XIX века их изготовление приняло промышленные масштабы. Большой вклад в развитие стекольной промышленности внесли:
- немецкий ученый Отто Шотт, который исследовал зависимость оптических и термальных свойств стекла от состава исходного сырья;
- Фридрих Симменс изобрел конструкционно новую печь, которая обеспечивала получение больших объемов стекломассы;
- американский инженер Майкл Оуэнс. Его автоматическая машина для изготовления бутылок быстро получила распространение по всем Соединенным Штатам;
- бельгийский изобретатель Фурко. Предложенное ним устройство позволило непрерывно получать стеклянное полотно постоянной толщины. Это изобретение было усовершенствованно Эмилем Бишеруа. Внесенные изменения значительно упростили процесс обработки стекломассы.
Многие ученные вносили свои знания и умения в развитие стекловарения. Было усовершенствовано оборудование, предложены новые количественные и качественные составы сырья и теперь без стекла и различных изделий из него сложно представить окружающий мир.
Мне нравится
35В этой статье описывается история возникновения стекла и развития стекловарения в мире от времен Древнего Египта до наших дней. Особое внимание уделено методам производства оконного стекла , использовавшимся в различное время.
Происхождение стекла
Изготовление листового стекла началось около 2000 лет назад. Но до его появления уже существовали основные приемы работы с расплавленным стеклом и разнообразная техника изготовления несложных изделий из стекла в виде бус, сосудов и браслетов.
Возникновение древнего стеклоделия восходит примерно к III тыс. до н. э. К этому периоду древними мастерам создан новый материал – стекло. Создание стекла по масштабам открытия - колоссальное научно-техническое достижение, его появление в истории техники и культуры может быть сопоставлено с открытием металлов, керамики и металлических сплавов.
Как, где, когда и кто начал делать искусственное стекло? На этот вопрос существуют разные версии. Стекло – искусственный материал, который создан человеком, но известны и природные стекла - обсидианы, которые образуются в магматических расплавах при высоких температурах во время извержения вулканов и падение метеоритов. Обсидианы представляют собой полупрозрачные черные стекла, обладающие высокой твердостью, и коррозионной стойкость и использовались в древности в качестве режущего инструмента. Некоторые считают, что именно обсидианы толкнули человека на создание их искусственных аналогов, однако области распространения природных и искусственных стекол не совпадают. Наиболее вероятно, что представления о стекле развивались в тесной связи с изготовление гончарных изделий и металлообработкой. Возможно, на ранних стадиях стеклоделия древние мастера увидели аналогии в свойствах стекла и металлов, которое и определили технологические приемы обработки стекла. Признав стекло аналогичным металлу (пластичность в горячем состоянии, твердость в холодном), древние создали возможность перенести в стеклоделие приемы обработки металлов. Таким путем были заимствованы тигли для варки стеклянной массы, формы для отливки изделий, технологические приемы горячей обработки (литье, сварка). Этот процесс происходил постепенно, особенно на первых этапах, настолько различны по своей природе стекло и металл.
Наиболее ранняя «теория» происхождения стекла – предложена римским ученым Плинием Старшим в «Естественной истории»:
«Однажды, в очень далекие времена, финикийские купцы везли по Средиземному морю груз добытой в Африке природной соды. На ночлег они высадились на песчаном берегу и стали готовить себе пищу. За неимением под рукой камней обложили костер большими кусками соды. Поутру, разгребая золу, купцы обнаружили чудесный слиток, который был тверд как камень, горел огнем на солнце и был чист и прозрачен как вода. Это было стекло».
Рассказ этот мало достоверен, даже сам Плиний начинает его cловами «fama est…..» или «по слухам…», потому что образование стекла при температуре пламени костра на открытом пространстве произойти не может. Всего вероятнее предположение немецкого ученого Вагнера, который связывает появление стекла с получением металлов. В процессе плавления меди и железа образовывались шлаки, которые могли под действием тепла превращались в стекло. Сейчас трудно установить, как именно было изобретено стекло, но без сомнений это открытие было случайным.
Самые древние изделия имели только стекловидный слой на поверхности фаянса, и найдены в гробнице фараона Джосера (III династия Древнего царства в Египте, 2980-2900 г.г. до н.э). Образцы стекла в виде слитков, датируемые XXII-XXI вв. до н. э., обнаружены при раскопках в области Древнего Двуречья.
Стеклоделие в Древнем Египте и Месопотамии
Наиболее ранние археологически известные стекольные мастерские датируются серединой II тыс. до н. э. Необходимо отметить, что сначала был получен сам материал (стекло), а затем осознается его новизна, и раскрываются его свойства. Приемы обработки нового материала подбираются применительно к его свойствам: вытягивание, сгибание, накручивание. Лишь со временем были подобраны и приспособлены и другие приемы: литье, прессование, обкатка.
История стеклоделия начинается с изготовление бус. Новый материал нашел свое применение в непроизводственной сфере, и изделия из него приравнивались к ценностям благородных камней и самоцветов. К древнейшими изделиями из стекла считаются стеклянные бусы царицы Хатшепсут, которая правила Египтом в 1525-1503 гг. до н. э. и стеклянный кубок, имеющий иероглифическую надпись с именем фараона Тутмоса III, относящийся ко времени Нового царства.
К середине II тыс. до н. э. стеклоделие сложилось в основных чертах почти одновременно в разных очагах древнейших цивилизаций Египте и Месопотамии. Единственным источником, на основании которого можно судить о становлении и начальных этапах истории стекла и его происхождении являются готовые изделия: бусы, вставки, сосуды. Как считают ученые, бусы для египтян выполняли функцию амулетов.
Начиная с середины VIII в. до н. э. набор найденных находок расширяется и к бусам и сосудам прибавляются перстни, браслеты, ритуальная и туалетная посуда, которых стали находить не только в районе Средиземноморье, но и на Кавказе и Западной Европе. Значительно повышаются декоративность и сложность найденных изделий. Техника изготовления изделий усложняется, мастера наряду с формовкой, навивкой и литьем, освоили и другие приемы работы с расплавленным стеклом: резание, гравировку, шлифовку, полировку и прессование в формах, различных по конструкции и материалу. Технические приемы обработки стеклянной массы сопровождалось усложнением инструментария и оборудования мастерской.
Изобретение процесса выдувания стекла
К началу римского периода стеклоделием был накоплен весьма большой производственный опыт и знания, чтобы сделать подлинный переворот в области технологии изготовления изделий из стекла.
Первой «революцией» в стекловарении считается изобретение метода выдувания стекла. Процесс выдувания изделий из расплавленной стекломассы начался с важнейшего изобретения – стеклодувной трубки сирийскими мастерами между 27 г. до н. э и 14 г. н. э. С открытием процесса выдувания стеклянных изделий Сирия на целые сотни лет становится крупнейшим центром стеклоделия. Изобретение выдувания привело к рождению нового качества и составило основу не только древнего, но и современного методов изготовления стеклянной посуды, а впоследствии и оконного стекла
Выдувание – ранее вспомогательная операция, в римское время стало использоваться как самостоятельный прием. После набора стекломассы на стеклодувную трубку мастер выдувал исходную заготовку в деревянную форму и получал различные стеклянные полые изделия в виде кувшинов, банок, кубков флаконов. Наряду с простой посудой мастера выполняли и декоративные уникальные предметы, украшенные нитями и накладом из цветного стекла.
Первое оконное стекло
Первое оконное, по настоящему плоское стекло впервые появилось значительно позже, в Древнем Риме. Оно было обнаружено при раскопках Помпеи и датируется годом извержения вулкана Везувий, 79 г. н. э. Оконное стекло получали методом литья на плоскую каменную поверхность. Конечно, качество стекла при этом сильно отличалось от современного. Это стекло было окрашенным в зеленоватые тона и матовым (бесцветное стекло в то время изготавливать еще не умели), содержало большое количество пузырей, что говорило о низкой температуре варки, и было довольно толстым (около 8-10 мм). Но, тем не менее, это был первый случай применения стекла в архитектуре, что дало значительный толчок к дальнейшему развитию стекловарения и распространению стекла по всей Европе.
Краун процесс
2-я революция в стекловарении произошла приблизительно в начале II в., когда сирийские мастера изобрели совершенно новую для тех времен технологию производства плоского стекла – краун (crown) или как его в России называли лунный способ. Это идея возникла, возможно, при выдувании больших плоских тарелок. Стекло изготавливались методом выдуванием больших пузырей, которые на следующей стадии отделялись от стеклодувной трубки, и прикреплялась к другой трубке - понтии. После интенсивного вращения на понтии, исходная заготовка под действием центробежных сил утончалась и превращалась в плоский круглый диск (см. рис.). Диаметр этого диска мог достигать 1,5 м. Из него уже после охлаждения вырезали куски стекла квадратной и прямоугольной формы. Центральная часть диска имела утолщение – след от понтии, который назывался «бычьим глазом». Как правило, эта часть диска не использовалась и шла на переплавку, однако, в некоторых средневековых зданиях эти кругляшки до сих пор сохранились (см. рис.).
Эта технология позволяла получать стекло довольно хорошего для тех времен качества, практически без искажений. Неудивительно, что эта технология просуществовала вплоть до середины XIX века. Так, известный всем и один из старейших в мире производителей стекла - английская компания Пилкингтон (Pilkington) полностью прекратил использовать краун процесс только в 1872 г.
Однако существовала и проблема - ограничение по размерам. С помощью краун процесса невозможно было получить стекло большого размера. Поэтому на протяжении многих лет в разных странах Европы осуществлялись попытки усовершенствования этой технологии, что привело к созданию нового метода производства стекла – метода выдувания цилиндров.
Производства оконного стекла цилиндрическим способом
В целом этот метод был очень похож на краун процесс, но при этом стеклодув набирал стекло из горшка в несколько приемов и раздувал заготовку (пульку) в форму цилиндра при постоянном вращении. Для формования цилиндрической формы мастер раскачивал заготовку в специальной прямоугольной яме. После затвердевания заготовки, суженные концы отделяют специальным нагретым крюком. Затем внутри охлажденного цилиндра делают продольный разрез и выправляют в плоские листы в особых “правильных печах”, где цилиндры постепенно разогреваются до размягчения на плоских основаниях их глины и разглаживаются в лист деревянной чуркой, закрепленной на железный стержень. К концу XIX века для выдувания цилиндров стали использовать воздушные насосы, а вскоре появился и метод механического вытягивания цилиндров (см. рис.).
Применение более эффективного метода производства оконного стекла позволил увеличить размер листового стекла и снизить количество отходов стеклянного боя. Так, установленные в 1910 году на одной из английских фабрик Пилкингтон (Pilkington) воздушные машины американского инженера Джона Любберса (John H. Lubbers) позволили получать стеклянные цилиндры длиной до 13 м и диаметром до 1 м.
Производство оконного стекла методом вытягивания из расплава
Уильям Кларк из Питтсбурга первый предложил способ производства листового стекла вытягиванием со свободной поверхности расплав. В 1857 г. он представил английский патент, согласно которому, формование плоского листа осуществляется медленным вертикальным вытягиванием затравки с поверхности расплава. В течение последующих 50 лет старались решить основную проблему – сужение ленты стекла при вытягивании, но все попытки были неудачными.
В 1871 году бельгийский изобретатель Ф.Вэллин (F.Vallin) получил французский патент (№ 91787) на производство оконного стекла механическим вытягиванием стекла. Для непрерывной подачи расплава он предложил систему горшков, которые связаны между собой трубкой, так что стекломасса из одного горшка поступала в другой. В последний большой овальный горшок, который был заключен в трубу, опускалась металлическая пластина (затравка). Формование плоского листа происходило при движении этой пластины вверх. В трубе также располагались по бокам стекла воздушные трубки с отверстиями для охлаждения стекла. Лист стекла поддерживался роликами, покрытыми асбестовой тканью. Вытягивание стекла может происходить в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном. В последнем случае предусматривался специальный металлический валок. Вэллин был гениальным изобретателем и предложил практически все основные элементы механического вытягивания, которые в 20 столетии будут применяться во всех способах вытягивания стекла. В то время, когда ванные печи были неизвестны, он представил систему стекловаренных горшков, в которых осветленная стекломасса поступала снизу по трубкам из одного горшка в другой, до основного, из которого происходило вытягивание стекла. Эта система непрерывной подачи расплава стала основой появления ванных стекловаренных печей. В 1890 году Вэллин основал в Гифорсе компанию по производству оконного стекла механическим вытягиванием.
В 1905 году бельгийский инженер Эмиль Фурко (Emile Fourcault) предложил свой способ вертикального вытягивания стекла. При этом старейшем способе (ВВС) используется шамотная лодочка, из щели которой под действием гидростатического давления вытекает постоянный поток стекла. Скорость вытягивание можно регулировать глубиной погружения лодочки. Лента стекла из лодочки поступала в шахтную камеру, где с двух сторон находятся водо-охлаждаемые трубки, и далее по роликам поступала в печь отжига. Для предотвращения сужения ленты по краям ленты были установлены бортоформующие ролики и охлаждаемые трубки. Толщина ленты стекла определялась скоростью вытягивания и температурой в зоне вытяжки («луковицы»). Первые машины Фурко для вытягивания листового стекла были установлены в Бельгии и Чехии в 1913 году. Производительность 11 машин, установленных на одной ванной печи, составляла 250 тонн стекла в день.
Процесс вытягивания стекла позволил производить дешевое оконное стекло с огненно-полированными поверхностями Основной дефект тянутого стекла появляется при формовании (вытягивании) и связан с нарушением плоскостности стекла. Такие нарушения приводят к оптическому эффекту линзы и искажению изображения. Тянутое (машинной выработки) оконное стекло широко применялось в строительстве для остекления окон и теплиц.
Производство оконного стекла методом литья и шлифования
Как уже говорилось выше, и краун процесс и метод выдувания цилиндров, да и метод ВВС имели ряд недостатков, связанных либо с наличием оптических дефектов и искажений, либо с невозможностью получить листы стекла большого размера. Поэтому как альтернатива с начала XIX века в Европе использовался также еще один способ производства методом литья и последующего отжига литого прокатного стекла. В нем горшок с расплавленным стеклом выливался прямо на разливочный стол и прокатывался роликами. Для отжига применялась специальная печь с несколькими рядами полок, позволяющая увеличить загрузочную мощность. Прокатное стекло могло быть изготовлено любого требуемого размера и толщиной 3-6,5 мм. Этим методом изготавливали цветное и бесцветное узорчатое стекло, а также большие листы неполированного оконного стекла. Особой популярностью пользовалось узорчатое цветное стекло для остекления окон в церквях и соборах.
В дальнейшем с появлением потребности в более качественном стекле на финальном этапе стали применять абразивную обработку поверхностей стекла. В то время это был трудоемкий, длительный и многоступенчатый процесс, который включал перемещение горшка с расплавом стекла, отливку и раскатку в лист, отжиг, шлифовку и полировку. Время обработки стекла составляло около 17 часов.
В начале XX века рост автомобильной промышленности стимулировал развитие более эффективных высокопроизводительных методов производства полированного стекла. Одним из пионеров этого метода была также компания Пилкингтон (Pilkington), которая в 1923 году совместно с компанией Форд Моторс разработала и запустила непрерывный процесс производства прокатного стекла. Расплав стекла плавился в ванной печи и через сливное устройство непрерывным потоком проходил через водоохлаждаемые валы и прессовался до заданной толщины. Основная проблема заключалась в получении качественного расплава в ванной печи. В 1925 году этот метод был дополнен машиной для односторонней шлифовки и полировки. Следующим шагом к автоматизации производства была разработка машин для двухсторонней шлифовки и полировки стекла. После долгих экспериментов и трудных сборочных работ первая поточная линия производства полированного стекла была запущена на фабрике Пилкингтон в Донкастере (Великобритания) в 1935 году. Непрерывная лента стекла длиной 300 м двигалась со скоростью 66 м/час и обрабатывалась одновременно с двух сторон огромными плоскими шлифовальными дисками. Введение этой технологии явилось наиболее значительной разработкой в длинной истории производства полированного стекла.
Более дорогое полированное стекло обладало хорошим оптическим качеством, и с успехом использовалось для остекления зданий, витрин, транспорта, изготовления зеркал. Но процесс производства полированного стекла всегда отличался большой энергоемкостью, высокими операционными и капитальными затратами. Отходы стекла при шлифовке и полировке доходили до 20%. Так, например, производственная линия двухстороннего непрерывного шлифования и полировки компании Пилкингтон (Pilkington) в Коули Хилл (Великобритания) в 1944 году, включая стекловаренную печь, лер, станки для шлифовки и полировки растягивалась на более чем 430 м. Современники замечали с гордостью или сожалением, что производственная линия была на 21 м длиннее самого большого в то время океанского лайнера «Queen Mary».
К середине XX века назрела необходимость использования новых более простых и дешевых методов производства высококачественного стекла.
Переход на новые способы производства оконного стекла – флоат-процесс
Заслуга создания революционного способа производства полированного стекла (флоат процесс) принадлежит Сэру Аластару Пилкингтону (Alastair Pilkington).
Лайонел Александр Бетин (Аластар) Пилкингтон родился в 1920 году, после окончания школы в Шерборне поступил в Тринити Колледж в Кембридже, где получил свою первую научную степень в области механики. Во время войны он покинул университет и поступил на службу в Королевскую артиллерию. Участвовал в военных действиях в Греции и на Крите. После освобождения из плена в конце войны, он вернулся в Кембридж для продолжения учебы и решил продолжить карьеру как гражданский инженер. В марте 1947 году он был назначен техническим помощником на фабрике листового стекла Пилкингтон, а через два года выполняет обязанности производственного менеджера на фабрике в Донкастере. В 1952 году Аластар возвращается в Сент-Хеленс, и под его руководством начинаются экспериментальные работы над разработкой флоат процесса. В результате первых экспериментов, он предложил для формования и транспортировки ленты стекла использовать расплав металла. В 1953 году на первой опытной установке был изготовлен образец флоат-стекла (float-glass) шириной 300 мм. В 1955 году на новой экспериментальной установке было получено флоат-стекло шириной 760 мм, и правление Пилкингтон принимает смелое и рискованное решение о строительстве производственной флоат линии (float-line) шириной 2540 мм. Компания надеялась на успех, но в тоже время понимала, что в случае неудачи финансовые потери будут составлять миллионы фунтов. С другой стороны, успешный запуск линии гарантировал значительный и революционный скачок в технологии листового стекла за всю длительную историю производства стекла.
Производственная линия, работающая по флоат-методу, была введена в Коулей Хилле (Великобритания) 6 мая 1957 года. Многие в то время не верили в новый процесс, и говорили, что эта линия не произведет даже 1 m² стекла. Только через 14 месяцев было получено первое качественное флоат-стекло (float-glass) толщиной 6,5 мм, и 20 января 1959 года компания Пилкингтон официально опубликовала пресс-релиз, в котором представила флоат-процесс следующими словами:
«Флоат-процесс является наиболее фундаментальным, революционным и важным достижением в производстве стекла в 20 столетии»
В соответствии с разработанной компанией Пилкингтон (Pilkington) флоат-способом стекломасса из студочного бассейна при температуре 1100°С непрерывной лентой поступает из стекловаренной печи на поверхность расплавленного олова. Лента выдерживается при достаточно высокой температуре для удаления всех дефектов и неровностей на поверхности стекла. Так как поверхность расплавленного металла является идеально ровной поверхностью, то стекло приобретает “огненно-полированную” блестящую поверхность, которая не нуждается в дальнейшей шлифовке и полировке. При проведении экспериментов установлено, что расплавленная стекломасса не растекается бесконечно на поверхности расплавленного олова. Когда силы тяжести и поверхностного натяжения уравновешиваются, лента приобретает равновесную толщину около чуть меньше 7 мм. Для получения ленты стекла различной толщины были созданы методы, основанные на регулировании вязкости стекла в зоне формования и величины растягивающего усилия. Если необходимо получить толщину ленты стекла больше 7 мм, то ее сжимают несмачивающими бортовыми ограничителями.
В начале работе возникла проблема выбора расплавленного металла, который должен находиться в жидком состоянии в пределах температурного интервала от 600 до 1050°С, иметь низкие значения давления паров, а величина плотности должна быть выше, чем стекла. Исследования показали, что всем этим требованиям соответствует олово, которое почти не взаимодействует со стеклом, и является вполне доступным и дешевым продуктом. Но олово при высоких температурах окисляется кислородом с образованием оксидных соединений. Поэтому, чтобы исключить окисление поверхности расплава олова, во флоат-ванне необходимо создавать инертную атмосферу азота с малой добавкой водорода. После формования лента стекла охлаждается до 620°С и транспортируется в печь отжига.
