Что такое стекло: свойства, состав и виды материала 🔵

Кажется, что вопрос смешной. Кому не известен этот распространенный материал? Однако привычное современному человеку стекло появилось в широком использовании не так давно. А распространение имеет гораздо более широкое, нежели может себе представить среднестатистический человек. Далее вы узнаете что такое стекло, и из чего оно производится.

Содержание

Определение стекла

При слове «стекло» воображение рисует окно, бутылку, или очки. И, как правило, все это весьма хрупкое — легко разбить при падении либо не сильным ударом твердого предмета. Однако бывает стекло пуленепробиваемое, стеклокерамика для ракетостроения, стекла и стекловолокна, которые с успехом применяются для строительных блоков. Невероятная скорость, которую обеспечивают оптоволокна, связывает компьютеры во всем мире.

В составе стекла, в основном содержится кварцевый песок с некоторым количеством соды, известняка и других разнообразных примесей. Стекло очень пластичный материал — ему можно придать самые разнообразные формы.

Стекло формируется с помощью:

Литья;
Выдувания;
Волочения;
Прессования.

Метод изготовления зависит от того, каким образом продукт будет использоваться в дальнейшем.

Производство стекла

Рассмотрим процесс производства плоского стекла. Он протекает без перерыва круглые сутки.

На стекольное производство в крытых вагонах завозят сырье — песок, соду, доломит, гипс, которые размещаются на хранение в приемных бункерах;
Сырье в необходимой пропорции смешивается со стеклобоем — ломом стекла, позволяющим проводить плавление при более низкой температуре;
Смесь сырья перемещается в огромную кирпичную плавильную печь;
В печи стекло плавится в результате горения смеси природного газа и горячего воздуха при воздействии температуры 1500 градусов по Цельсию в течение нескольких минут;
Жидкое стекло помещается в большую ванну с расплавленным оловом. Содержание олова придает стеклу идеально ровную поверхность. После чего стекло затвердевает и остывает плавая на олове;
По мере остывания до 525 градусов С стекло становится нужной ширины и толщины, после чего его отправляют на конвейер;

Этапы охлаждения и нарезки

По конвейеру стекло стекло двигается через тоннельную печь для отжига — лер. С помощью лера регулируется скорость охлаждения стекла;
После лера температура стекла достигает 160 градусов С. После чего охлаждение производится с помощью мощных вентиляторов;
И наконец стекло нарезают, проводят проверку на повреждения и подготавливают к отправке.

ИНТЕРЕСНО! Знаете ли вы, что стекло на самом деле является жидкостью, текущей на сверхмалой скорости. Обнаруженные древнеримские стеклянные бутылки, несколько столетий пролежавшие под каменным гнетом были совершенно целыми, но сплющенными.

Теперь вы знает что такое стекло, и как оно производится.

Физика аморфного состояния

С точки зрения термодинамики, привычное нам стекло — это переохлажденная жидкость, застывшая в твердом состоянии без образования кристаллической решетки. Именно отсутствие упорядоченной структуры обеспечивает материалу изотропность — идентичность физических свойств в любом направлении. Почему оно прозрачное? Фотоны видимого спектра просто не находят препятствий в виде границ зерен кристаллов и проходят сквозь молекулярный «хаос» практически без рассеивания.

Интересный факт: коэффициент преломления обычного силикатного стекла составляет около 1,5, но его можно радикально менять, добавляя в шихту тяжелые металлы вроде свинца или бария.

Модификация свойств через химический состав

Чистый кварц плавится при экстремальных 1700°C, что технологически сложно и дорого. Поэтому в промышленности используют флюсы — соду и поташ, снижающие температуру варки, а также химические стабилизаторы, не дающие готовому изделию «выветриваться» под воздействием влаги. Хотите сделать материал жаропрочным? Добавьте оксид бора, и вы получите боросиликатное стекло, способное выдерживать резкие температурные скачки без возникновения внутренних напряжений.

Закаленное стекло (сталинит) — проходит термическую закалку для создания напряжений сжатия на поверхности, что повышает прочность в 5–7 раз.
Триплекс — многослойный «пирог» с полимерной пленкой, которая удерживает осколки при механическом разрушении.
I-стекло (низкоэмиссионное) — имеет микроскопическое напыление оксидов металлов, работающее по принципу теплового зеркала.

Рециклинг и бесконечный жизненный цикл

Стекло — уникальный ресурс, подлежащий стопроцентной переработке без потери оптических или механических характеристик. Использование очищенного стеклобоя в печи не только решает проблему отходов, но и бережет футеровку плавильных агрегатов за счет снижения рабочей температуры расплава. Сколько раз можно переплавлять одну и ту же бутылку? Теоретически — бесконечно, пока в массу не попадут критические примеси керамики или металлов.

При выборе остекления для частного дома эксперты советуют смотреть не только на толщину листа, но и на тип дистанционной рамки в стеклопакете — именно она часто становится основным «мостиком холода».

Знание нюансов состава позволяет инженерам создавать материалы с заданными свойствами: от гибкого оптоволокна до сверхпрочных иллюминаторов космических аппаратов.