Кто изобрел стекло

Из чего делают стекло? - Сайт для Всезнаек и Почемучек

Стеклянная посуда, окна в домах и многое другое – для нас сегодня это привычные предметы обстановки. Однако много веков назад стеклянные кубки стоили баснословно дорого, и их можно было встретить только на столах у наиболее богатых и знатных вельмож. Из чего же делают стекло, и как люди научились его изготавливать?

История изобретения стекла

Стекло было известно, по крайней мере, две тысячи лет назад. Древнеримский историк Плиний описал случай, в результате которого оно было изобретено. По его версии, однажды моряки, везшие на своем корабле соду, высадились заночевать на берегу, покрытом чистым золотым песком.

Они разожгли костер, чтобы приготовить ужин и согреться. Случайно один мешок из их груза прорвался, и сода высыпалась в костер. Ночью пошел дождь, смыл золу и головешки, и моряки увидели на месте костра сияющую стеклянную поверхность.

Компоненты для изготовления стекла

Так ли на самом деле было изобретено стекло, или, как гласит другая версия, оно получилось в ходе экспериментов с обжигом глиняных горшков – но люди овладели секретом его приготовления довольно давно.

Для того, чтобы изготовить стекло, требуется три основных компонента.

Кварцевый песок – это чистый речной песок, состоящий из оксида кремния. Доля песка в смеси для варки стекла составляет около 75%. Он плавится при очень высокой температуре: его нужно нагревать до 1700 градусов Цельсия. От качества песка во многом зависит прозрачность и качество будущих стеклянных изделий. Венецианские стеклодувы, изготавливавшие наиболее знаменитое в средневековой Европе муранское стекло, специально привозили песок из провинции Истрия, а для богемского стекла мастера измельчали в мелкий песок куски кварца.

Сода (или поташ) необходима для того, чтобы расплавить песок при более низкой температуре. Добавив в песок соду в нужной пропорции, температуру нагрева стеклянной смеси снижают практически вдвое. В процессе нагрева сода разлагается до оксида натрия или калия, который и служит катализатором плавления. В древности ее получали путем выщелачивания золы после сжигания водорослей или хвойных пород дерева. Доля соды в смеси для стекла составляет около 16-17%.

Известь, или окись кальция, делает стекло нерастворимым большинством химических веществ, крепким и блестящим. Впервые добавлять ее в стекло начали богемские стеклодувы в семнадцатом столетии, применяя для этого известняк или мел.

Кроме того, сегодня в массу для приготовления стекла добавляют сульфат натрия, таламит и нефелиновый сиенит. Для получения разноцветного стекла в качестве добавок используют окиси различных металлов: меди, железа, серебра и т.д.

Этапы производства листового стекла

Все ингредиенты, из которых производится стекло, загружают в печь и нагревают до образования жидкой однородной массы.

Расплавленную массу загружают в гомогенизатор и перемешивают до полной однородности.

Стеклянную массу выливают в длинную емкость, где находится расплавленное олово. На его поверхности стекло разливается ровным слоем одинаковой толщины, постепенно остывая.

Застывшая стеклянная лента поступает на конвейер, где производится контроль толщины и нарезка на стандартные куски стекла. Обрезанные неровные края и брак, не прошедший контроль качества, поступает на переплавку.

Готовое листовое стекло проходит последнюю проверку качества и отправляется на склад готовой продукции.

Аналогичным образом изготавливается стекло для производства посуды, измерительных приборов, елочных игрушек и другой продукции. Состав стекла может изменяться в зависимости от свойств, которые оно должно иметь.

Кроме того, для повышения прочности оно может подвергаться процедуре закаливания, приобретая способность выдерживать сильные удары по поверхности. Популярны сегодня дуплексные и триплексные стекла, склеенные специальными составами из двух или трех слоев тонкого стекла. Однако основу каждого из них составляют золотой кварцевый песок, питьевая сода и обычная известь.

www.vseznaika.org

Кто изобрел стекло?

Долгое время считалось, что секрет стекла случайно открыли финикийские купцы — об этом писал Плиний Старший (23-79 годы н. э. ) в «Естественной истории». Как-то раз груженный разными товарами корабль из Сидона попал в сильный шторм, и его команда сочла за лучшее высадиться на берег. Кое-как обсушившись у костра, моряки решили сварить обед. Но чтобы развести под большим корабельным котлом огонь, нужно было этот котел на что-то поставить, а на песчаном берегу не было ни единого камня. Тогда изобретательные торговцы принесли из трюма часть груза — большие блоки соды — и на них водрузили котел.

После того, как буря утихла, бережливые финикийцы решили вернуть груз на корабль. К своему удивлению, они обнаружили в кострище странные куски непонятного вещества, которое, без сомнения, образовалось вследствие воздействия огня на песок, перемешанный с содой. Якобы так человечество открыло технологию выплавки стекла и состав шихты — исходного сырья для его производства.

В XX веке эту красивую историю решили проверить. Но энтузиастам, действовавшим строго по методике, изложенной Плинием Старшим, не удалось получить стекло . Температура, которую способен дать костер, пусть даже и раздуваемый штормовым ветром, оказалась недостаточной для сплавления соды с песком. Получить высокую температуру можно лишь в печи, поэтому пальма первенства в изобретении стекла, скорее всего, принадлежит неизвестному помощнику египетского гончара, который не страдал излишней

аккуратностью в работе. Похоже, что именно он первым уронил сосуд из сырого глиняного теста в случайно оказавшуюся под ногами смесь песка и соды и потом, не сумев полностью его отчистить, сунул гончарное изделие в печь для обжига. В результате керамика оказалась покрытой тонкой стеклянной коркой—глазурью. Отсюда оставалось сделать лишь полшага до производства настоящего стекла.

по материалам журнала “Вокруг света”

kayrosblog.ru

Стекло

Задолго до наших дней изготовление стекла считалось трудоемким процессом, подобным созданию произведения искусства. По этой причине его цена была очень высока. В эпоху правления Тиберия один из мастеров создал небьющееся стекло, однако, по приказанию императора, он был казнен, поскольку это открытие могло стать причиной резкого снижения стоимости стекла.

Сегодня все изменилось, и ученые, работающие в этой сфере, стремятся сделать стекло как можно более дешевыми.

Археологические находки свидетельствуют о том, что первое стекло было сделано на Среднем Востоке примерно в 3000 г. до н.э. Вначале производство стекла было медленным и дорогостоящим. В древние времена стекло было предметом роскоши, и лишь немногие могли себе его позволить.

Древнейшими стеклянными предметами являются бусы и кулоны, созданные ещё в додинастическую эпоху в Древнем Египте. Египтяне знали также мозаику из стекла. Разноцветные стеклянные пластины разогревались до сплавления, а затем вытягивались для получения тонких и очень длинных полосок, нередко изображавших просто иероглифы. Эти произведения отличались удивительной тщательностью исполнения, но в то же время египтяне никогда не стремились добиться прозрачности стекла.

В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до нашей эры. Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад.

Считается, что рукотворное стекло было открыто случайно, как побочный продукт других ремесел. В те времена обжиг глиняных изделий происходил в обычных ямах, вырытых в песке, а топ-ливом служила солома или тростник. Образующаяся при сгорании зола - то есть щелочь - при высокотемпературном контакте с песком давала стекловидную массу.

Некоторые считают стекло побочным продуктом выплавки меди. А древнеримский историк Плиний-старший (79 - 23 гг. до н.э.) писал, что стеклом мы обязаны финикийским морским купцам, которые, готовя пищу на стоянках, разводили на прибрежном песке костры и подпирали горшки кусками извести, создав тем самым условия для возникновения стекломассы.

Действительно, исходным сырьем для изготовления стекла служили песок, известь и щелочь - органическая (зола растений) либо неорганическая (сода). В качестве красителей использовались металлургические шлаки: соединения меди, кобальта и марганца.

Сегодня основным сырьем для изготовления стекла является диоксид кальция - SiO2, представляющий собой белый кварцевый песок. Его главное преимущество, по сравнению с другими веществами, заключается в том, что диоксид кальция может переходить из расплавленного состояния в твердое, минуя процесс кристаллообразования. Это дает возможность его использования для создания различных видов стекол. Кварц имеет чрезмерно высокую температуру плавления, поэтому каждая стекольная мастерская изготавливает стекло, содержащее 50-80% SiO2. Для понижения температуры плавления в стекломассу добавляют различные вспомогательные вещества: известь, оксид натрия, глинозем.

В последнем веке до н. э. стеклоделие интенсивно развивалось в Римской империи. Четкая политическая и экономическая организация, бурное строительство, разветвленные торговые связи - все это создавало условия для процветания стекольной промышленности во владениях Рима в Средиземноморье и в Западной Европе. Во времена императора Августа изделия из стекла вывозились во Францию, Германию и Швейцарию. Именно римляне первыми начали использовать стекло в архитектурных целях - особенно после открытия прозрачного стекла путем введения в стекломассу оксида марганца, случившегося около 100 гг. до н. э. в Александрии. Александрия в то время была и центром производства изделий из стекла. Всемирно известна Портлендская ваза (из двухслойного непрозрачного стекла) - возможно самый известный шедевр александрийских мастеров.

В средние века, после развала Римской империи, перемещение технологий и секретов мастерства стеклодувов сильно замедлилось, поэтому восточная и западная стеклянная посуда постепенно приобретали все больше и больше индивидуальных отличий. Александрия так и оставалась центром производства стекла на Востоке, где делалась изящная стеклянная посуда.

К концу первого тысячелетия, существенно изменились методы производства стекла в Европе. В первую очередь это коснулось состава сырья для производства. Учитывая трудности с доставкой такого компонента смеси как сода, его заменили на поташ, полученный в следствии сжигания дерева. Поэтому стекло, сделанное к северу от Альпийских гор, стало отличаться от изделий, произведенных в средиземноморских странах, например в Италии.

В XI веке немецкие мастера, а в XIII веке – итальянские освоили производство листового стекла. Они сперва выдували полый цилиндр, затем обрезали его дно, разрезали его и раскатывали в прямоугольный лист. Качество такого листа было невысоким, но практичес-ки полностью повторяло химический состав современных оконных стекол. Этими стеклами стеклили окна церквей и замков знатных вельмож. На этот же период приходится и расцвет изготовления витражных окон, в которых использовались кусочки цветного стекла.

В конце Средневековья центром европейского стекловарения становится Венеция. В тот исторический период венецианский торговый флот бороздил воды всего Средиземно-морья, что способствовало быстрому перенесению новейших технологий (особенно, с Востока) на благодатную венецианскую землю. Производство стеклянных изделий было важнейшим ремеслом в Венеции, о чем свидетельствует количество стеклодувов в этом городе - более 8000 человек. В 1271 году вышел специальный указ, которым узаконивались некоторые протекционистские меры по защите интересов стекловарения, запрещался импорт иностранного стекла, прием на работу иностранных мастеров и вывоз за границу сырья для изготовления стекла.

В конце XIII века в Венеции насчитывалось уже более тысячи стекловаренных печей. Однако, частые пожары, вызываемые их круглосуточной работой, вынудили городские власти перенести производство на расположенный поблизости остров Мурано.

Эта мера также давала некоторые гарантии в вопросе сохранения тайны производства венецианского стекла, так как мастера не имели права покидать территорию острова.Во второй половине XV века стекольные мастера острова Мурано разработали новую технологию получения особо прозрачного стекла, в которой использовались кварцевый песок и поташ, сделанный из морских водорослей. К концу 16-го столетия 3000 жителей из 7000-го населения острова были вовлечены в стекольное производство.

В XVII веке лидерство в развитии технологии производства стекла постепенно перешло к английским мастерам, в частности, благодаря изобретению Джорджем Равенкрофтом в 1674 г. нового способа производства хрусталя. Он сумел получить более качественный состав стекломассы, чем итальянские мастера. Равенкрофт заменил поташ оксидом свинца высокой концентрации и получил стекло с высокими светоотражающими свойствами, которое очень хорошо поддавалось глубокой резке и гравировке.

Франция тоже не стояла в стороне от процесса развития стекольного производства. В 1688 году в Париже наладили новый процесс производства зеркального стекла, оптические качества которого до того времени оставляли желать лучшего. Расплавленная стекломасса выливалась на специальный стол и раскатывалась до плоского состояния. Затем начинался многоступенчатый процесс полировки поверхности, сперва грубыми чугунными дисками, затем – абразивным песком разных фракций, а в конце – фетровыми дисками. В результате получалась зеркальная поверхность с невиданными оптическими свойствами. Из такого стекла, покрытого с обратной стороны слоем серебра, получали высококачественные зеркала. Французы переманивали к себе способных венецианских мастеров, обладающих хорошими профессиональными навыками и знающих секреты мастерства. Французские власти предлагали венецианским мастерам множество стимулов: например, французское гражданство после восьми лет работы и почти полное освобождение от налогов.

Но только в конце XIX века стеклоделие из ремесленного стало перерастать в массовое промышленное производство. Одним из «отцов» сов-ременного стекольного производства можно назвать немецкого ученого Отто Шотта (1851 – 1935 гг.), который активно использовал научные методы для изучения влияния различных химических элементов на оптические и термальные свойства стекла. В области изучения оптических свойств стекла Шотт объединился с Эрнстом Эбби (1840 – 1905 гг.), профессором из Йены и совладельцем фирмы Карла Цейса. Другой значительной фигурой, внесшей вклад в массовое производство стекла, был Фридрих Симменс. Он изобрел новую печь, которая позволяла непрерывно производить намного большее количество стекломассы, чем ранее.

В конце XIX века американский инженер Майкл Оуэнс (1859 –1923 гг.) изобрел автоматическую машину для производства бутылки. К 1920 году в Соединенных Штатах уже работало примерно 200 машин Оуэнса. Вскоре и в Европе подобные машины получили широкое распространение. В 1905 году бельгиец Фурко совершил еще один переворот в стекольной индустрии. Он изобрел метод вертикального вытягивания из печи стеклянного полотна постоянной ширины. В 1914 году его метод усовершенствовал другой бельгиец – Эмиль Бишеруа, который предложил вытягивать стеклянное полотно между двух роликов, что значительно упрощало процесс дальнейшей обработки стекла.

В Америке подобный процесс вытягивания стеклянного полотна был разработан несколько позже. Затем технология была усовершенствована при поддержке американской фирмы «Либбей-Оуэнс» и начала использоваться для коммерческого производства в 1917 году. Флоат-метод был разработан в 1959 году фирмой «Пилкингтон». При этом процессе стекло поступает из печи плавления в горизонтальной плоскости в виде плоской ленты через ванну с расплавленным оловом на дальнейшее охлаждение и отжиг.

Преимуществами этого метода по сравнению со всеми предыдущими являются стабильная толщина стекла, высокое качество поверхности стекла, не требующее дальнейшей полировки, отсутствие оптических дефектов в стекле, высокая производительность процесса. Наибольший размер получаемого стекла, как правило, составляет 6 на 3.21 м., а толщина листа может быть от 2 до 25 мм.

В настоящее время в мире производится около 16 500 миллионов тонн листового стекла в год. Как же выглядит процесс изготовления стекла сегодня? Прежде чем из набора химических элементов появится изящное зеркало, красивая ваза или легкая стеклянная мебель, эти вещества должны пройти ряд процедур. Создавая стекло или зеркало, первым делом в огромных ваннах, которые вмещают до тысячи тонн стекла, расплавляют вещества, имеющие низкую температуру плавления. Затем туда добавляют кварцевый песок, который успешно расплавляется при температуре 1000 градусов. Но на этом процесс нельзя считать законченным: необходимо произвести дегазацию полученной стекломассы. Для этого ее нагревают в специальных регенерационных печах до температуры 1400-1600 градусов. В процессе выхода на поверхность газы способствуют равномерному перемешиванию стекла.

Печь для производства стекла работает в непрерывном режиме. С одной стороны, туда подаются ингредиенты, в результате смешения которых будет создано стекло. Постепенно они превращаются в расплавленную стекломассу и впоследствии поступают на специальный конвейер, на котором стекло охлаждается и разрезается на листы нужного размера. Для того, чтобы создать не обычное стекло, а зеркало, мастера в процессе движения застывшего стекла по конвейеру покрывают его сначала тончайшим слоем серебра, затем - слоем меди и, наконец, лаком. За одну минуту такой обработки удается создать зеркало длиной 2,5 метра, а за месяц на такой печи производят зеркало площадью 40 000 кв. м.

Поделиться в соцсетях

websiteaboutbusiness.com

История стекла - это... Что такое История стекла?

История стекла насчитывает 5 с половиной тысяч лет. В настоящее время считается, что родиной стекла является Месопотамия, хотя до недавнего времени основным центром возникновения стеклоделия считался исключительно Древний Египет.

Возникновение стекла

Естественным образом произведённое стекло, в особенности вулканическое стекло (обсидиан) использовалось ещё в каменном веке для обработки режущих инструментов. Так как такое стекло было редким, оно стало частым торговым товаром. Археологические источники свидетельствуют, что искусственное стекло впервые было произведено на сирийском побережье, в Месопотамии или в древнем Египте[1]. Большая часть древнейших изделий из стекла была найдена в Египте, благодаря благоприятным для сохранения стекла климатическим условиям, но возможно, что некоторые из этих изделий были ввезены в Египет. Древнейшие стеклянные объекты датируются третьим тысячелетием до н. э. Это стеклянные шарики, которые могли случайно получиться в процессе изготовления металла или керамики.

Стеклянная амфора эллинистического периода, II век до н. э.

В позднем Бронзовом веке в Египте и в Передней Азии (например, Мегиддо[2]) технология изготовления стекла сделала резкий скачок. Археологические находки этого периода включают слитки из цветного стекла и сосуды, иногда с инкрустацией из полудрагоценных камней. Для изготовления египетского и сирийского стекла использовалась сода, которая легко получается из углей многих видов древесины, в особенности растений-галофилов, произрастающих на берегу моря. Самые ранние сосуды производили, вращая пластичные стеклянные волокна вокруг формы из песка и глины, насаженной на металлический стержень. После этого, многократно нагревая стекло, добивались того, что оно сплавлялось в единый сосуд. Затем полосы цветного стекла можно было нанести поверх первоначальной формы, создавая таким образом орнаменты. Затем форму разрушали, а стержень вынимали из получившегося сосуда.

К XV веку до н. э. стекло массово производилось в Передней Азии, на Крите и в Египте[3]. Предполагается, что технологии производства стекла из природных материалов представляли собой тщательно охраняемую тайну, и эти технологии применялись лишь при дворе правителей наиболее могущественных государств. В других местах стеклоделие состояло в обработке заранее приготовленного стекла, часто в виде слитков. Такие слитки, например, были найдены в месте крушения Улу-бурунского корабля около побережья современной Турции.

Стекло продолжало оставаться предметом роскоши, и, казалось, что стеклоделие исчезнет вместе с цивилизациями позднего Бронзового века. В IX веке до н. э. стеклоделие было возобновлено в Сирии и на Кипре, при этом были найдены технологии для производства бесцветного стекла. Первое известное «пособие» по производству стекла датируется 650 годом до н. э. — это таблички, содержавшиеся в библиотеке ассирийского царя Ашшурбанапала. В Египте стеклоделие так и не было возобновлено, пока оно не было принесено греками в царствие Птолемеев. В эллинистический период произошло дальнейшее развитие технологии стеклоделия, что позволило производить стеклянные изделия большого размера, в частности, столовую посуду. В частности, была разработана технология смешения стекла нескольких цветов, так что получалась мозаичная структура. Именно в этот период бесцветное стекло начало цениться сильнее цветного, и, соответственно, усовершенствованы технологии его изготовления[4].

Согласно легенде из «Этимологии» Исидора Севильского [5], стекло впервые было изготовлено в устье реки Белус, где прибрежный песок состоит из смеси кварцевого — с известняком. Ныне эта река носит название Нахаль Неэман (ивр. נחל נעמן‎), около города Акко в Израиле.

В части Левантийского побережья, называемого Финикией, есть низменный берег, близко к району, проживания иудеев. Место это около подножия горы Кармель, где течет река Белус... Быстрое течение водного потока в ее устье очищает пески на побережье от загрязнений. Сохранилась история, как на этот берег был выброшен корабль, который вёз соду из Египта в Финикию. Когда купцы занялись приготовлением пищи, то не нашли поблизости никаких камней для того, чтобы сложить очаг. Поэтому, чтобы сложить печь, они принесли куски спрессовавшейся соды с корабля. Песок на берегу смешался при высокой температуре с содой, и полупрозрачными потоками новой жидкоcти стал вытекать из печи, застывая снаружи. Таково происхождение стекла.

Источником этой мифологической версии явилась «Естественная история» [6] Плиния Старшего. И возникла эта красивая легенда, вероятно, как отражение римского опыта стекольного производства — белый кварцевый с восточного побережья Средиземного моря, как и из других аналогичных источников сырья, благодаря его химической чистоте широко использовался по всей Римской империи для производства стекла, получившего бурное развитие в I веке до н. э. Первые археологические и достоверные исторические свидетельства появления настоящих стекольных технологий на сирийско-палестинском побережье относятся к этому же времени. Легенда Плиния, как и многое в его причудливых записках [7], закономерно перекочевавшая в творчество Исидора Севильского, разумеется, не может считаться исторически корректным свидетельством[8].

Опытным путём установлено, что таким способом стекло сварить невозможно. Жар, который даст даже очень большой костёр, будет недостаточен для того, чтобы образовался сплав песка и соды; кроме этого, есть и другие технологические особенности, которые вступают в явное противоречие с такой версией зарождения стеклоделия[9][10][11].

Примечания

↑ Expedition in Ancient Anatolia. Travel notes and photos of archaeological. The History of Glass: Ancient Glass Work at Bodrum Museum
↑ Christine Lilyquist (1993). «Granulation and Glass: Chronological and Stylistic Investigations at Selected Sites, ca. 2500-1400 B.C.E.». Bulletin of the American Schools of Oriental Research 290/291: 29–94.
↑ W. Patrick McCray, Prehistory and history of glassmaking technology, American Ceramic Society, 2007 ISBN 1574980416
↑ Douglas, R. W. A history of glassmaking. — G T Foulis & Co Ltd, 1972. — ISBN 0854291172
↑ Etymologiae Isidori Hispalensis Episcopi. Etymologiarum sive Originum. Liber XVI. De lapidibus et metallis — Латинский текст
↑ Естественная история — Латинский текст
↑ Плиний ничтоже сумняша повествует о натихорах — существах с человеческой головой и хвостом скорпиона или о катаплебах, при взгляде на которых человек умирает, о блеммийцах, не имеющих голов, а рот и глаза у них находятся на груди, о сатирах, у которых, кроме внешнего сходства, нет ничего человеческого, об гимантоподах, которые косолапы, и которые не ходят, а ползают. У него встречаются недостоверные факты и неправильные суждения: в 73 (181) главе 2-й книги «Естественной истории» приводится совершенно абсурдное толкование причин неравенства дня и ночи и т. п.
↑ Expedition in Ancient Anatolia. Travel notes and photos of archaeological. Roman Glass Work: Genie in a Bottle
↑ Рассказ Плиния — О попытке получения стекла по его «рецепту».
↑ Notes for a History of Glass in Building By Lorenzo Matteoli
↑ Smart Glass, inc