З чого і як роблять скло

Зі скла роблять вікна, пляшки та склянки, це знають усі. Однак без цього матеріалу просто неможливо уявити сучасну науку: хімію, фізику, біологію, медицину, астрономію, оптику тощо. Як його отримують і чи сильно змінився процес виробництва скла за сотні років? Пояснюємо простими словами.

З чого роблять скло

Скло - це тверда аморфна речовина, зазвичай прозора або напівпрозора, а також тверда і крихка [1]. «Аморфне» означає, що за своєю атомною структурою та механічними властивостями цей матеріал має властивості надв'язкої рідини та твердого тіла.

Скло можна зробити лише з трьох інгредієнтів. Вони згадуються, наприклад, у словнику В.І. Даля: «сплав піску (кремнистого) із поташом; хім. кремнекислий натр, іноді калій, свинцевий окис» [2]. Іншими словами, найпростіший спосіб отримання скла - з розплавленого річкового піску (SiO2), соди (Na2CO3) та вапняку (CaCO3) [3].

• Пісок (Діоксид кремнію) складається з дрібних кристалів, які при нагріванні плавляться до рідкого стану. Проте температура плавлення піску становить +1700 °З. Навіть спеціальна вогнетривка цегла не може витримати подібної температури.
• Сода (оксид натрію) входить до складу більшості вікон та посуду, вона дозволяє знизити температуру плавлення піску до прийнятного значення: +1700 до +850. +900 °C. Однак такі стекла з двох компонентів можуть розчинятися у воді. Для того, щоб вийшли звичні всім вікно або склянку, потрібен третій інгредієнт.
• Вапняк (оксид кальцію) робить скло більш хімічно стійким, нерозчинним.У Стародавньому Єгипті використовували щебінь морських раковин, а в Середньовіччі склодуви додавали золу дерев. Першими здогадалися засипати у скляну масу крейд у Богемії лише XVII столітті [4].

Також до складу скла можуть додавати інші інгредієнти залежно від його призначення. Наприклад, щоб лінзи та інші деталі наукових приладів були ідеально прозорі, пісок чи кварц має бути яскраво-білим. Жовтий пісок містить домішки, що передаються і склу. Щоб позбутися їх, як освітлювачі застосовують хлорид натрію, сульфат і нітрат амонію [1]. Однак іноді в сировину для краси спеціально додають різні речовини, що фарбують. Наприклад, оксид міді надає синьо-зелений відтінок, а оксид заліза - жовтувато-зелений. У кольорових судинах краще зберігається пиво, вино та інші чутливі до світла рідини [4].

Як роблять скло

Хоча скла можна отримати різними методами, переважна кількість проводиться шляхом плавлення шихти за високих температур. Це досить простий процес, що включає чотири стадії.

1. Плавка. Кварцовий пісок із содою та вапном доводять до рідкого стану в печі. Виходить «рідке скло». Також до суміші можуть додати інші компоненти (наприклад, оксиди магнію або алюмінію), щоб зробити матеріал міцнішим і змінити його колір.
2. Формування. Необхідно постійно заважати суміш, щоб із неї зникли всі бульбашки. Після цього настає час надати виробу потрібної форми. Колись для цього просто виливали суміш у форму та остуджували. У наші дні технології значно просунулися вперед і рідке скло виливають у ванну з розплавленим оловом.Поки скляна суміш дуже в'язка, вона не поєднується з оловом, а розтікається по ньому тонкою стрічкою.
3. Охолодження. Скло остигає і твердне при обдуві холодним повітрям. Після перевірки якості матеріалу його розрізають на аркуші потрібного розміру.
4. Покриття. На останньому етапі на виріб наносять різноманітні покриття, щоб, наприклад, покращити захист від сонячних променів або добитися антивідблиску ефекту.

Історія створення скла

Історія створення скла налічує тисячоліття розвитку та технологічних проривів і сягає корінням у 3500 роки до н.е., коли майстри в Давньому Єгипті, Сирії, Фінікії, Китаї почали виробляти скляні предмети: намисто, сережки, амулети, печатки. Якщо вірити Плінію Старшому, скло вперше одержали у гирлі річки Белус, де прибережний пісок містить і кварц, і вапняк [5].

Сам термін "скло" з'явився в Стародавньому Римі, де технологія виробництва скла досягла нових висот [6]. Винайдена в І ст. до зв. е. склодувна трубка спростила створення доступних предметів домашнього вжитку, наприклад посуду.

На початку XVII століття італійський монах Антоніо Нері залишив нащадкам першу наукову працю зі склоробства, зберігши секрети освітлення та фарбування матеріалу. У середні віки технологія скла продовжила розвиватися в Європі, особливо в Італії. Так, острів Мурано у Венеції став центром виробництва скла. Муранське скло (Венеція) прославилося по всьому світу завдяки своїй якості та унікальному дизайну. А майстри у Західній Європі епохи готики досягли неймовірних результатів у виготовленні вітражів.

У Росії її перший скляний завод запрацював у 1635 року. Свій внесок у формування сучасного підходу до виробництва скла зробив Михайло Ломоносов.У XVIII столітті вчений розробив технологію виготовлення кольорового прозорого та непрозорого скла, що використовується, зокрема, для мозаїк. За легендою, Ломоносов, обідаючи одного разу в Івана Шувалова (переможець Єлизавети Петрівни, меценат. - РБК Life), був у каптані з великими скляними гудзиками, а хтось із гостей необережно помітив, що вони давно вже не в моді. Ломоносов відповідав, що, не слід моді, воліє їх металевим і всяким іншим і завжди носитиме їх з поваги до скла — і став перераховувати, де з успіхом застосовують скло і яка від нього користь. Відомий меценат Іван Шувалов просив свого гостя описати все у віршах. Так виник відомий твір Ломоносова «Про користь скла» [7]. У 1753 році Ломоносов створив Усть-Рудицьку фабрику з виробництва кольорового скла та смальти.

У ХІХ столітті промислова революція призвела до автоматизації процесу виробництва скла. Це зробило матеріал доступним масового виробництва.

У наші дні технології виробництва скла продовжують удосконалюватись, включаючи розробку нових видів скла з різними властивостями, такими як термічна ізоляція, стійкість до подряпин та прозорість. Скло широко використовується в архітектурі (вікна, фасади будівель), автомобільної промисловості, електроніці (екрани та оптичні компоненти), медицині (лабораторні проби та медичне обладнання) та багатьох інших галузях.

ТехЛіб СПБ УВТ

Археологи довели, що за 3000 років до зв. е. древні єгиптяни вміли виплавляти фаянс, з якого робили різнобарвну плитку. На територіях Єгипту та Месопотамії скло як глазурне покриття для кам'яних намистів та керамічних судин робили з доісторичних часів.Це підтверджено археологічними розкопками, під час яких було виявлено скляні вироби. В основному це були намисто, датовані 2450 року. до зв. е.

Намисто-комір. Єгипет, XIV-XIII ст. до н.

Скляний посуд, Єгипет. XIV ст. до н.

Близько 1600 до зв. е. по всьому Близькому Сходу починають відливати декоративні судини та статуетки зі скла. Як глазурне покриття скло для кам'яних намиста та керамічних судин на територіях Єгипту та Месопотамії робили з доісторичних часів. У давнину скло виготовляли з особливої ​​суміші піску, вапняку та лужних розчинів. Причому використовували тільки чистий, безпримісний пісок, оскільки присутність глини, слюди, вапна та оксиду заліза негативно позначалося як готове скло.

Про наявність скляного ремесла в давнину свідчить знайдені в ході археологічних розкопок, що відбувалися наприкінці XIX ст. на території Єгипту, Стародавньої Месопотамії та Фінікії - руїн скляних майстерень. Тут було виявлено залишки скловарених судин різних розмірів: великі, діаметром 25 см; циліндричні, діаметром 17,5 см; невеликі тиглі, діаметр яких становив 5-7 см. Це свідчить про те, що скло в Давньому Єгипті варили в три прийоми: спочатку розплавляли шихту, потім з маси, що утворилася, видаляли засклені частинки, поміщали їх в іншу посудину і плавили далі. На заключній стадії в'язку масу доводили до склоподібного стану.

Намисто з пектораллю у вигляді богині Нехбет Близько 1334 - 1328 до н. е

Зовні древні скляні вироби були схожі на глиняні через неможливість створити для його обробки досить високі температури. З такого тесту після попереднього розплаву, формувалися вручну вироби.

У давньовавилонському тексті, найдавнішому пам'ятнику писемності, що відноситься до XVII ст. до зв. е., наводяться рецепти приготування скломаси, а також глазурі для декоративної обробки виробів. Але перші судини зі скла з'явилися лише у XVIII ст. до зв. е. Виготовлені вони були у Стародавньому Єгипті.

Судини робили так: суміш поташу та піску або подрібненого кварцу розплавляли і швидко намотували на глиняну серцевину, прикріплену до металевого стрижня. Потім майстри за допомогою інструментів надавали форму посудини і вирівнювали його поверхні, прокочуючи гладкою плитою. Коли скло остигало і тверділо, глиняну серцевину витягували.

У ковалів фахівці навчилися заливати розплавлену масу в керамічні форми-тиглі. Підмішуючи мідь або подрібнені мінерали, склу надавали різні кольори - кольорове скло цінувалося не менше напівдорогоцінного каміння і іноді копіювало лазурит і бірюзу. Це були предмети розкоші, які цінувалися навіть фараонами, і володарі Єгипту наказували відкривати майстерні для виготовлення амулетів, флаконів для пахощів та інших виробів.

Відомий приклад – інкрустація синього скла на золотій похоронній масці Тутанхамона. Судини та статуетки коштували дуже дорого до самого винаходу склодувної технології в Сирії в І ст. до зв. е.-цей метод уможливив масове виробництво, і скоро Близький Схід заповнили посуд, вази та прикраси зі скла.

Подальший розвиток скляного виробництва, у Єгипті пов'язані з завоюванням фараоном Тутмосом III Фінікії та Сирії. Тоді до Єгипту з Фінікії доставляли так званий плавлений камінь (тоді його також називали «штучний лазурит із Вавилону») – своєрідне скло, виготовлене за фінікійськими рецептами.З такого склоподібного матеріалу видували на той час невеликі судини.

Давньоєгипетські вироби зі скла: а - амфора (1350 до н. Е..); б - кубок Тутмоса III (1450 до н. Е..)

До VIII ст. до зв. е. центр скляного виробництва перемістився до Месопотамії. В наш час на цій території були знайдені книги, в яких, окрім текстів з медицини, хімії, географії та геології, виявили рецепти приготування прозорого, кольорового та обробленого золотом скла. Тут же були наведені докладні описи скловарних печей та надавалися рекомендації щодо застосування того чи іншого виду палива до них.

Судини тоді виготовляли в такий спосіб: зі звареної зі шихти скломаси витягували окремі нитки, які потім намотували на металевий прут. Після цього нитки розкочували доти, доки вони не зливалися в однорідну масу. Потім її остуджували і в результаті отримували посуд з надзвичайно товстими стінками.

Існував і інший спосіб виготовлення скловиробів: на обмазаний формувальною сумішшю металевий прут намотували заздалегідь приготовлену скломасу, а потім поверх неї накладали нитки іншої скломаси. Отримані невеликі за розмірами судини найчастіше використовували для парфумів.

У давнину переважно варили лише кольорове скло, при виготовленні якого в шихту додавали оксиди важких металів: кобальту, міді, заліза, марганцю. Так, для відливу зеленого та блакитного скла у вихідну масу древні майстри додавали оксид міді. Судини із зеленого та блакитного скла були виявлені під час археологічних розкопок у Фівах та Тель-Ель-Амарні.

Скло синього кольору вміло виготовляти ще за 2000 років до н. е. Їх широко використовували у Стародавньому Вавилоні.За хімічним складом таке скло відрізняється присутністю у складі шихти оксиду кобальту.

Синє скло особливо цінувалося в Стародавньому Єгипті. Однак у Єгипті був кобальту (який необхідно додавати в скломасу щоб одержати скла синього кольору), і тому останній привозили з Ірану.

При виготовленні непрозорого (так званого глухого) скла часто використовували шихту з додаванням сурми, миш'яку, олова, міді та фосфору.

Пізніше скло почали виробляти в Мікенах (Греції), Китаї та Індії. З X ст. до н. налагодилося виробництво скла Далекому Сході.

Центром склоробства стала Олександрія, звідки знання передалися Рим. Саме римляни почали використовувати скло з архітектурною метою. З'явилися перші скляні вікна. Маючи погані оптичні властивості, вони однаково вважалися ознакою розкоші. Цицерон говорив: «Біден той, чия оселя не прикрашена склом.»

Гутний метод на єгипетських фресках

Скляний посуд, Сирія. XIII ст.

Велике переворот у склоробстві зробило відкриття гутного методу. Скло видували за допомогою тонкої металевої трубки. Сталося це на рубежі старої та нової ери, ймовірно, в Сирії. Цей метод суттєво дозволив форми скляних судин.

Скляну смальту, призначену для оздоблення фасадів будівель, інтер'єру, а також різних виробів, першими стали виготовляти греки. У давнину особливо великим успіхом користувалися виготовлені із застосуванням скляної мозаїки роботи грецького художника Соза.

Пліній у своїй праці під назвою «Природна історія» писав про те, що для виготовлення скла стародавні римляни брали пісок із річки Белус.У тому піску містилася велика кількість природної соди та вапняку, включення яких було основною умовою для створення скломаси високої якості.

У давнину все скловарне виробництво ґрунтувалося на виготовленні скла, що складається, крім інших компонентів, і з природної соди, що видобувається із содових озер.

Після розвалу Римської імперії поширення технологій і секретів майстерності склодувів сильно сповільнилося, тому східне і західне скло поступово набували все більше індивідуальних відмінностей.

Історія візантійського склоробства почалася з часу заснування Константинополя - столиці Візантії. Імператор Костянтин у 323 році н.е. переселив склороби з Риму в нове місто, назване його ім'ям і таким незвичайним чином заснував нову школу склоробства - візантійську. У 337 році він звільнив візантійських майстрів скла від податків та забезпечив бурхливий розвиток склоробства цього району.

Грунтуючись на естетичних та технічних прийомах римської школи, візантійське склоробство розвивало власні унікальні традиції.

У зв'язку із втратою ринку єгипетської соди, майстрам Візантії довелося застосовувати золу для введення лугів, спочатку це спричинило погіршення якості виробів. Тому скляне виробництво розвивалося двома шляхами. Насамперед, майстри-склодуви обслуговували потреби знаті. Такі майстерні виробляли у невеликих кількостях особливі судини та кубки. діарети.

Влада Візантії забороняла продавати судини діатрету за межі держави. У всіх музеях світу візантійських судин налічується всього 39 штук.

Одночасно існували склодувні майстерні, які виробляли скляне начиння широкого кола споживачів, але вони мали права видувати скляні посудини і кубки. В основному вони виготовляли прикраси: законки, намисто, персні, браслети, а також поливну кераміку.

Ці майстри мали вільніші стосунки з іноземцями, що дозволяло їм торгувати як виробами, а й технологією, тобто знаннями, які допомагали народам Європи значно збільшити сферу поширення римської науки про скло. Тому історична роль Візантії полягає і у поширенні скляної технології у суміжні держави, у тому числі у слов'янські племена та князівства Східної Європи.

Судини (діатрети), що вироблялися у Візантії, виконані за технологією, невідомою до виявлення знахідок скла цього періоду. Основу судини являє собою конус із округлим дном. На краях конуса робили бортик, що надає конусу кубка. Товщина конуса складала приблизно 15 мм. Навколо цієї судини розташовується сітка з кольорового скла, що має вигляд орнаменту, обплетеного навколо безбарвного конуса. Відстань між орнаментом – сіткою та базовою посудиною близько 10 мм. Сітка з'єднана з конусом містками зі скла за допомогою зварних швів, що надають всій конструкції цілісність та міцність. Вся сітка, як правило, має химерну форму з точними геометричними розмірами кожного осередку. Судини - діатрети настільки унікальні, що довгий час ніхто не наважувався зробити хімічний аналіз стекол їх елементів.

Аналіз показав, що він виготовлений із звичайного для Візантії содового скла, сітка — декор теж зі звичайного скла, але з дещо збільшеною кількістю лужноземельних оксидів у його складі.

Кубок Лікурга (IV ст. н.е.) — єдина дихроїчна римська діатрета, що дійшла до нас.

Кубок змінює свій колір через плазмове збудження металевих частинок у скляній матриці. Якщо зелену чашу висвітлити зсередини, вона здаватиметься червоною.

У лісистих місцевостях Франції, Німеччини, Богемії скло варили з додаванням деревної та рослинної (папоротевої, очеретової) золи, серед компонентів якої у великих кількостях був присутній і поташ – вуглекислий калій – основа для виготовлення скла особливих сортів високої якості.

У древніх печах була знайдена також особлива зола, мабуть, що залишалася після випалу із застосуванням дров, тростини або соломи різних глиняних судин.

При варінні скломаси від вибору виду золи залежало і якість одержуваного скла. скло).

У різних країнах для виготовлення скла застосовувалася найрізноманітніша зола. У Франції скло робили, підмішуючи в шихту папоротеву золу. означає «скло з папороті». скла та кришталю – «фужери».

В інших країнах Західної Європи для надання склу особливих якостей у шихту підмішували золу бука. У Стародавній Русі для цих цілей використовували золу житньої соломи. Крім цього, русичі першими додали в шихту оксид свинцю, що значно покращило якість скла. Причому кремнеземне (з особливого сорту піску) скло з додаванням великої кількості свинцю йшло на виготовлення декоративної мозаїки, з калієво-свинцевих сортів робили різні прикраси для головних уборів, а також намисто та браслети. Калієво-кальцієві суміші використовували для виготовлення скляного посуду (тарілки, склянки, келихи, різні судини) та шибок.

У Росії її склоробство як ремесло виникло X в. (а за деякими даними розкопок значно раніше). З трактату ченця-пресвітера Панталеонського монастиря Теофіла («Трактат про різні ремесла») ми дізнаємося, що на той час (X–XII ст.) виробами зі скла особливо славилася Київська Русь. Теофіл дає тут докладні описи пристрою скловарених печей та тиглів, дає рецепти приготування вихідної маси – шихти, а також способи варіння та фарбування отриманого виробу. Він говорить про те, що вже в цей період на Русі поверхню виробів покривали спеціальною емаллю, а також прикрашали стінки судин золотою та срібною фарбою: це відрізняло російські вироби від виробів зі скла, виготовлених майстрами інших країн.

Біте скло використовували як додатковий компонент при виготовленні скломаси для зниження рівня температури її плавлення. А в давнину держави навіть укладали особливі договори, в яких глави країн визначали умови вивезення скляного бою.Відомий, наприклад, договір 1227, в якому йшлося про вивезення скляного битого посуду з Сирії до Венеції. Цей договір – живе свідчення того, що у XIII ст. центр склоробства поступово змістився зі Сходу на Захід, у Венецію, де вже тоді для отримання шихти, а потім і легкоплавкого матеріалу використовували бите скло.

У ході археологічних розкопок та історичних досліджень у багатьох країнах світу було знайдено скляну смальту, датовану різними епохами. Тут слід згадати насамперед такі пам'ятки архітектури, як Софійський собор (VI–XI ст.) у Константинополі, собор Святого Марка (XIII–XIV ст.) у Венеції, собор Святої Софії (XI ст.) у Києві, храми стародавніх російських міст : Новгорода, Переяславля, Полоцька, Чернігова. Скляною мозаїкою тут прикрашений не тільки фасад будівель, а й внутрішня частина: підлога, стеля, стіни.

У середні віки скляна смальта вироблялася у великій кількості і її широко використовували в архітектурі. Виробництво кольорового скла обходилося дорого, тому мозаїкою та вітражами прикрашали майже виключно церкви, собори чи храми.

Вітраж Собору Паризької Богоматері

У ХІ ст. німецькі майстри, а XIII в. - Італійські освоїли виробництво листового скла. Його якість була невисокою, але практично повністю повторювала хімічний склад сучасного шибки. За допомогою склодувної трубки майстер набирав скляну масу та видував циліндричну форму діаметром 30 см. Потім видаляв протилежні торці, а сам циліндр розрізав уздовж, укладав на рівну плиту та поміщав у піч. Скріплені свинцевими профілями, листи вставлялися у вікна церков та будинків знатних вельмож.На цей період доводиться і розквіт вітражів, у яких використовувалися шматочки кольорового скла, отриманого шляхом додавання різних домішок.

Наприкінці Середньовіччя центром європейського скловаріння стає Венеція. У той історичний період венеціанський торговельний флот борознив води всього Середземномор'я, що сприяло швидкому перенесенню новітніх технологій (особливо зі Сходу) на благодатну землю венеціанську. Склоробство було найважливішим ремеслом у Венеції, про що свідчить кількість склодувів у цьому місті – понад 8000 осіб. Венеціанські склярі не мали собі рівних у Європі. Аж до XIII ст. скляні майстерні розташовувалися у самому місті. Але через часті пожежі в 1291 році майстерні перевели на острів Мурано, що знаходиться за два кілометри на північний схід від Венеції. З того часу венеціанське скло почало називатися «муранським», а сам острів досі є символом високоякісного скла.

У Венеції на острові Мурано у XV ст. вперше було виготовлено скло особливої ​​якості. Рецепт скломаси винайшли відомий майстер скляних справ Анджело Беров'єро та його син Маріно. Це скло відрізнялося тим, що за своїм зовнішнім виглядом ні в чому не поступалося природному кришталю. Саме тому він був названий «кристал». Однак цією якістю (чистотою, абсолютною прозорістю) скло мало тільки в тонкостінних виробах.

Венеціанське скло: а – тарілка; б - глечик, XVI ст.; люстра з веніцианського скла

З XV ст. у Венеції, окрім скляної смальти, почали виготовляти дзеркала. Перші дзеркала були невеликими, але коштували неймовірно дорого. Масовий випуск дзеркал стає можливим лише до XVIII ст.Саме в цей час розробляються технології та освоюється випуск прозорого листового скла.

У Венеції XVI ст. скло молочно-білого кольору варили із скломаси, до якої попередньо домішували оксид олова.

У 1683 р. з'являється чудове за своїми властивостями та декоративними якостями калієво-кальцієве скло, яке залишалося прозорим навіть у товстостінних судинах. Рецепт його виготовлення склав Михайло Мюллер.

Римський кубок. Богемське скло.

Кубок із Собору Сан-Марко (Венеція): срібло, кольорове скло, гірська кришталь, інкрустація;
Основа - ніжка від іранської або іракської вази ІХ століття

Важкий гранований посуд, виготовлений з цього сорту скла, дуже швидко витіснив зі світового ринку легкі венеціанські вироби.

У 1635 р. англійський плавильник Роберт Манзель вперше використав для отримання скломаси кам'яне вугілля, замінивши ним деревне. виникненню необхідності підвищити температуру варіння скла, а також підшукати хімічні речовини, які прискорили б процес плавлення вихідної маси.

Після додавання в шихту свинцю скло виходило більш прозорим і блискучим навіть у порівнянні з богемським.Крім цього, англійський кришталь мав особливий, приємний для слуху, мелодійний дзвін після легкого постукування по поверхні.

На рубежі XVII-XVIII ст. венеціанські майстри-плавильники прославилися виготовленням різноманітних люстр, на виробництво яких йшло тільки чисте, прозоре скло. При цьому скломаси надавали найхимерніші і найнезвичайніші форми: листочки, виноградні грона, крапельки води, казкові квіти.

У XVII ст. для отримання непрозорого білого скла використовували кістяне борошно. Рецепт виготовлення подібного скла вигадав німецький майстер Йоганн Кункель. Йому належить і відкриття «золотого рубіна» – особливого сорту непрозорого скла. Його компоненти та спосіб варіння Кункель тривалий час тримав у секреті. Розкрити цю таємницю зміг лише М. В. Ломоносов у середині XVIII ст. Саме йому належить заслуга постановки скляного виробництва наукову основу.

Перший скляний завод у Росії створено 1638 р. Проте основоположником наукових основ склоробства у Росії по праву вважається М. У. Ломоносов, який у 1752 р. як організував виробництво різнокольорового скла, мозаїчного скла, а й розробив метод гарячої пресування скла.

У 1752–1754 pp. в Усть-Радице він відкрив підприємство з виготовлення кольорового скла на основі стародавніх російських рецептів. На цьому ж підприємстві створили також різнокольорову скляну мозаїку, бісер та стеклярус – прикраси, які на той час у Росії ніде більше не виготовлялися.

Фрагмент мозаїки М.В. Ломоносова «Полтавська баталія» (1764)

У спеціальній прибудові до будинку Ломоноса на Василівському острові відкривається майстерня для набору мозаїчних картин, і він починає заняття з першими своїми учнями — художниками-мозаїчистами Матвієм Васильовичем Васильєвим та Юхимом Тихоновичем Мельниковим. Сам М. Ст. Ломоносов був першою в Росії людиною, яка почала на власному досвіді і своїми руками освоювати техніку мозаїчного набору. Він у найкоротший термін стає керівником групи художників, які прославилися створенням першокласних мозаїчних картин, за своїми якостями порівнянних з кращими живописними творами. Професор хімії та радник Академії Михайло Ломоносов почав виготовляти дивовижний запас пофарбованих скляних сплавів усіх відтінків, які тільки можна придумати, різати їх на дрібні та дрібні куби, призми та циліндри.

Я. Штелін повідомляє про створені в 1756 році «погрудний портрет Петра I і його дочки [Анни] - блаженної пам'яті герцогині Голштинської ...», як гідності він зазначає те, що

"У портреті герцогині мережива виконані з одних тільки маленьких уламків білого літика, і взагалі шви набору або проміжки між шматочками смальти не видно більше і наполовину так виразно, як у перших картинах, де між ними можна було покласти майже мезинець".

У той самий час, У. До. Макаров знаходить, що саме «виконаний Ломоносовим портрет Петра I. набраний великими, неправильної форми шматками колотої смальти, є дорогоцінною реліквією високої художньої культури XVIII століття і дає один із найвиразніших, одухотворених образів Петра».

У 1757 М. Ст.Ломоносів представлять Сенату програму, в якій планується спорудження над могилою Петра Великого мозаїчного монумента, а всю кріпосну церкву — викласти мозаїчними картинами. У 1761 році Сенат доручив йому виконання цього прекрасного, за словами того ж Я. Штеліна, проекту, сплативши кілька тисяч рублів «заздалегідь чи поспіль»

Послідовник Ломоносова, академік До. Р. Лаксман, також втілює всі теоретичні розробки скляного виробництва практично. У 1764 р. під час виготовлення шихти він вирішив застосувати не соду, а глауберову сіль, природні поклади якої можна було знайти у великих кількостях по всій Росії. Вперше скло із шихти з додаванням глауберової солі було відлито тоді ж на одному із заводів Барнаула.

Відомий майстер-самоучка І. П. Кулібін не раз надавав допомогу скляним заводам, винаходячи все нові та нові механізми для склоплавильної промисловості. Так, наприкінці XVIII – на початку XIX ст. великі дзеркала робили, використовуючи печі та тиглі, виготовлені за кресленнями Кулібіна. Ці дзеркала згодом гідно оцінили у Росії, а й далеко її межами.

На початку ХІХ ст. пальма першості у виготовленні скляних та кришталевих люстр переходить від венеціанців до росіян та французів. У Франції найкрасивіші люстри, бра, торшери та свічники виготовляли у відомій на той час фірмі «Баккара». На Росії найбільшої популярністю користувалися люстри з кришталю з маркою імператорського Петербурзького скляного заводу.

У 1851 р. А. К. Чугунов винайшов і втілив і практично можливість швидше відливу скла високої якості.Його секрет виготовлення скломаси у тому, що ретельно перемішану до однорідної маси шихту перед плавленням спресовували в невеликі брикети.

Новий етап у розвитку склоробства почався після того, як у світ вийшли праці Д. І. Менделєєва «Основи хімії» та «Шкляне виробництво» (1864). Вони виготовлення скла розглядалося як одна з галузей хімії. Продовження цієї теми прозвучало й у книзі С. П. Пєтухова «Склоробство», виданої з передмовою Д. І. Менделєєва. Для сучасного виробництва вона й досі залишається актуальною.

Наприкінці ХІХ ст. плавильник Фрідріх Сіменс вигадав і ввів в експлуатацію регенеративну ванну піч для розплавлення шихти та виготовлення скла.

У 1897 р. Малишев винайшов першу модель ванної печі з розділеними басейнами, яка дозволила зробити процес скловаріння безперервним.

Поступово розвиваючись і дедалі більше вдосконалюючись, початку XX в. Скляне виробництво переходило у фазу індустріального виробництва, теоретичні розробки в галузі скловаріння здійснювали такі відомі вчені, як хімік-органік. е. Тищенко, хімік-технолог І. Ст. Гребінників, хімік Г. Ю. Жуковський.

На початку XX ст. у Росії було вже 275 відомих скляних заводів, скляна промисловість перетворилася на високомеханізовану галузь народного господарства, яка тривалий час забезпечила нашій країні перше місце у світі з виробництва скла.

Приблизно водночас у Москві відкрився Інститут скла, а Ленінграді було створено Державний оптичний інститут. Великий внесок у розвиток науки про скло зробили радянські вчені А.А. А. Лебедєв, І. В, Гребінників, О. До. Ботвінник, О. н. Качалов, І. І. Китайгородський та багато інших.

Загальна характеристика скла

Усі тверді тіла ділять на кристалічні та аморфні. Останні мають властивість плавитися при досить високій температурі. На відміну від кристалічних тіл вони мають структуру лише з невеликими ділянками впорядковано з'єднаних іонів, причому ці ділянки з'єднані між собою так, що утворюють асиметрію.

У хімії та фізиці склом прийнято називати всі аморфні тіла, які утворюються внаслідок переохолодження розплаву. Ці тіла внаслідок поступового збільшення рівня в'язкості виявляються наділеними всіма ознаками твердих тіл. Вони також мають властивість зворотного переходу з твердого в рідкий стан.

Склом називають твердий аморфний матеріал, що отримується при переохолодженні мінеральних розплавів. У склоподібному вигляді можуть бути отримані багато речовин. У будівництві використовують майже виключно силікатне скло, основним компонентом якого є діоксид кремнію (кремнезем) SiO₂. Кремнезем сам по собі без додавання будь-яких інших речовин при охолодженні розплаву здатний утворювати скло, як і деякі інші оксиди (Р₂Про₅, В₂Про₃); їх називають склоутворюючими оксидами.

Скло не є хімічною речовиною з певним складом, що може бути виражений хімічною формулою; тому склад скла умовно виражають сумою оксидів (наприклад, склад звичайного віконного скла SiO₂ - 70. 72%; Na₂O - 14 ... 15%; CaO - 6,5 ... 7%; MgO - 4%; A l ₂ O₃ — 2 % ).

У промисловості розрізняють такі види скла: силікатні, боротні, боросилікатні, алюмосилікатні, бороалюмосилікатні, фосфатні та ін.

Фізичні та механічні властивості

Щільність стекол залежить від компонентів, що входять до їх складу.Так, скломаса, що у великих кількостях включає оксид свинцю, більш щільна в порівнянні зі склом, що складається, крім інших матеріалів, і з оксидів літію, берилію або бору. Як правило, середня щільність скла (віконне, тарне, сортове, термостійке) коливається від 2,24 x 103 до 2,9 x 103 кг/м3. Щільність кришталю дещо більша: від 3,5 x 103 до 3,7 x 103 кг/м3.

Під міцністю на стиск розуміють здатність того чи іншого матеріалу чинити опір внутрішнім напругам при впливі ззовні будь-яких навантажень. Межа міцності скла становить від 500 до 2000 МПа (кришталю – 700–800 МПа). Порівняємо цю величину з величиною міцності чавуну та сталі: відповідно 600-1200 та 2000 МПа.

При цьому ступінь міцності того чи іншого виду скла залежить від хімічної речовини, що входить до його складу. Більш міцні скла, що включають до свого складу оксиди кальцію або бору. Низькою міцністю відрізняються шибки з оксидами свинцю та алюмінію.

Межа міцності скла на розтяг становить всього 35-100 МПа. Ступінь міцності скла на розтягування більшою мірою залежить від наявності різних дефектів, що утворюються на його поверхні.

Різні ушкодження (тріщини, глибокі подряпини) значно знижують величину міцності матеріалу. Для штучного збільшення показника міцності поверхню деяких скловиробів покривають кремнієвоорганічною плівкою.

Крихкість - Механічна властивість тіл руйнуватися під дією зовнішніх сил.Величина крихкості скла в основному залежить не від хімічного складу компонентів, що його утворюють, а більшою мірою від однорідності скломаси (входять до його складу компоненти повинні бути безпримесними, чистими) і товщини стінок скловиробу.

Твердістю позначають механічну властивість одного матеріалу чинити опір проникненню в нього іншого, більш твердого. Визначити ступінь твердості того чи іншого матеріалу можна за допомогою спеціальної таблиці-шкали, що відображає властивості деяких мінералів, які розташовані по зростаючій, починаючи з менш твердого, тальку, твердість якого взята за 1 одиницю, і закінчуючи найтвердішим - алмазом з твердістю 10 умовно прийнятих одиниць.

При дослідженні того чи іншого матеріалу на твердість, як правило, під час проведення досвіду щоразу натискають на нього одним із мінералів, зазначених у таблиці. Однак цим способом не зовсім зручно визначати твердість такого досить крихкого матеріалу, як скло. Тому було ухвалено рішення визначати мікротвердість скла. У середньому вона дорівнює від 480 до 10000 МПа.

Часто твердість скла визначають за допомогою шліфування, використовуючи так званий метод визначення абразивної твердості. У такому разі її величина встановлюється залежно від швидкості відшаровування одиниці поверхні скловиробу за певних умов проведення шліфування.

Ступінь твердості того чи іншого виду скла в основному залежить від хімічного складу компонентів, що входять до нього. Так, наприклад, використання при створенні скломаси оксиду свинцю значно знижує твердість скла. І навпаки, силікатне скло досить погано піддається механічній обробці.

Теплоємністю називають властивість тіл приймати та зберігати певну кількість теплоти при якомусь процесі без зміни стану.

Теплоємність скла залежить від хімічного складу компонентів, що входять до складу вихідної скломаси. Його питома теплота за середньої температури дорівнює 0,33–1,05 Дж/(кг x К). Причому чим вище у скломасі вміст оксидів свинцю та барію, тим нижчий показник теплопровідності. Але легкі оксиди – такі, наприклад, як оксид літію, здатні підвищити теплопровідність скла.

При виготовленні скловиробів слід пам'ятати про те, що аморфні тіла, що мають низьку теплоємність, остигають значно повільніше, ніж тіла з високим показником теплоємності. У таких тіл спостерігається збільшення кількості теплоємності з підвищенням зовнішньої температури. Причому в рідкому стані цей показник зростає дещо швидше. Це характерно і для стекол різних типів.

Теплопровідність. Таким терміном у науці позначають властивість тіл пропускати через себе теплоту від однієї поверхні до іншої, за умови, що останні різна температура.

Рівень теплопровідності скла становить 0,95–0,98 Вт/(м x К). Причому найвищий показник теплопровідності відзначений у кварцового скла. Зі зменшенням частки оксиду кремнію в загальній масі скла або при заміні його будь-якою іншою речовиною рівень теплопровідності знижується.

Температура початку розм'якшення – це така температура, коли він тіло (аморфне) починає розм'якшуватися і плавитися. Найтвердіше – кварцове – скло починає деформуватися лише за температури 1200–1500 °C. Інші типи скла розм'якшуються вже за температури 550–650 °C.Ці показники важливо враховувати при різних роботах зі склом: у процесі видування виробів, при обробці країв цих виробів, а також при термічному поліруванні їх поверхонь.

Величина температури початку плавлення того чи іншого сорту та виду скла визначається хімічним складом компонентів. Так, тугоплавкі оксиди кремнію або алюмінію підвищують температурний рівень початку розм'якшення, а легкоплавкі (оксиди натрію та калію), навпаки, знижують.

Теплове розширення. Цим терміном прийнято позначати явище розширення розмірів тієї чи іншої тіла під впливом високих температур. Цю величину дуже важливо враховувати при виготовленні скловиробів із різними накладками по поверхні. Матеріали для обробки слід підбирати так, щоб величина їх теплового розширення відповідала тому ж показнику скломаси основного виробу.

Коефіцієнт теплового розширення скла прямо залежить від хімічного складу вихідної маси. Чим більший у скломасі лужних оксидів, тим вищий показник температурного розширення, і навпаки, присутність у склі оксидів кремнію, алюмінію та бору знижує цю величину.

Термостійкість визначається здатність скла не піддаватися корозії та руйнуванню внаслідок різкої зміни зовнішньої температури. Цей коефіцієнт залежить тільки від хімічного складу маси, а й від розміру виробу, і навіть від величини тепловіддачі з його поверхні.

Оптичні властивості

Заломлення світла – так у науці називають зміну напрямку світлового променя під час його проходження через кордон двох прозорих середовищ. Розмір, що показує заломлення світла скла, завжди більше одиниці.

Відображення світла - це повернення світлового променя при його падінні на поверхню двох середовищ, що мають різні показники заломлення.

Дисперсія світла - Розкладання світлового променя в спектр при його заломленні. Розмір дисперсії світла скла залежить від хімічного складу матеріалу. Наявність у скломасі важких оксидів збільшує показник дисперсії. Саме цією властивістю пояснюється явище так званої гри світла в кришталевих виробах.

Поглинання світла визначають здатність того чи іншого середовища зменшувати інтенсивність проходження світлового променя. Показник поглинання світла скла невисокий. Він збільшується лише при виготовленні скла із застосуванням різних барвників, а також спеціальних способів обробки готових виробів.

Розсіювання світла – це відхилення світлових променів у різних напрямках. Показник розсіювання світла залежить від якості поверхні скла. Так, проходячи крізь шорстку поверхню, промінь частково розсіюється, і тому таке скло виглядає напівпрозорим. Цю властивість зазвичай використовують при виготовленні скляних абажурів для ламп і плафонів для світильників.

Серед хімічних властивостей необхідно особливо виділити хімічну стійкість скла та виробів із нього.

Хімічною стійкістю в науці називають здатність того чи іншого тіла не піддаватися впливу води, розчинів солей, газів та атмосферної вологи. Показники хімічної стійкості залежать від якості скломаси та агента, що впливає. Так, скло, що не піддається корозії при дії води, може деформуватися при дії лужних та сольових розчинів.

Класифікація виробів зі скла

Як відомо, існує величезна різноманітність виробів, що виготовляються з різних видів скла. За своїм призначенням вони поділяються на побутові, будівельні та технічні.
Побутові вироби

До виробів побутового характеру відноситься посудне, очкове скло, а також тара для харчової продукції, дзеркала, різні емалі та глазурі, призначені для прикрашання та обробки виробів зі скла та інших матеріалів.

Будівельне скло. До цього виду відносять різні скловироби, що застосовуються у будівництві. Це скло для вікон, вітрин, різноманітні вітражі, профільне, армоване, візерункове, облицювальне скло, піноскло, мозаїка, склопакети, склоблоки, склопластики, оздоблювальні склотканини, а також всілякі архітектурні та будівельні деталі.

Технічне скло. Цей клас виробів зі скла включає оптичне медичне, хіміко-лабораторне обладнання зі скла, електротехнічне, транспортне, приладове, захисне, світлотехнічне, тепло- та електроізоляційне, шматкове скло, а також фотоскло, труби, технічні дзеркала, різні склопластики, склотканини, деталі для автомобілів, виробничих машин та установок.

Вироби зі скла ділять також і за якістю поверхні. Розрізняють вироби з глянсовою та неглянсовою поверхнею. Глянець створюють за допомогою нанесення органічної або кремній-органічної плівки, провідника або напівпровідника, а також металізацією.

Неглянцеві поверхні бувають матованими, суцільними, візерунчастими, зернистими або морозними.

До третього типу скла відносяться вироби, поверхня яких оброблена хімічними речовинами.

Ще один вид скла виділяють на основі способу обробки виробу. Тут можна виділити п'ять основних підвидів:

• вироби, оброблені із застосуванням високих температур;
• вироби, поверхня яких оброблена холодним (механічним) способом;
• вироби, краї яких оброблені холодним способом;
• вироби, поверхня яких оброблена хімічними речовинами;
• вироби з додатковою обробкою поверхні.

Читати по темі: