Функциональность и эффективность стекла в современном мире

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Функциональность и эффективность стекла в современном мире

Археологи делят всю историю человечества на несколько «веков»: каменный век, бронзовый, железный. Каждый такой век длится не сто лет, а иногда много тысяч. Сейчас мы живем в железном веке - почти все наши вещи либо сделаны из железа, либо созданы железными инструментами и машинами.

Сейчас у железа появились соперники: более легкие металлы, пластмассы, стекло. С каждым годом они становятся всё нужнее. И возможно, что когда-нибудь они окажутся для техники важнее, чем даже железо.

Какие же преимущества таит в себе стекло, почему оно так ценно для нас? Чем отличается оно от всех иных веществ?

Стекло, как известно, делается из песка, извести и соды. Но само оно не похоже ни на известь, ни на соду, ни на песок.

Стекло прозрачно. Металл, камень, дерево, тысячи других веществ - все они непрозрачны для видимого света.

Стекло легко окрасить в любой цвет простым добавлением в шихту кобальта, селена, или окиси меди. Мы получим по желанию синее стекло, красное, зеленое. Металл нельзя заставить изменить цвет.

Стекло почти не меняется от времени. Железо от времени ржавеет, дерево загнивает, камень превращается в пыль.

Стекло так твердо, так крепко, что его нельзя поцарапать ни иглой, ни ножом, ни пилой. Его можно разрезать только алмазом или резцом из сверхтвердой стали. Благодаря своей твердости стекло навек удерживает любую форму, какую ему придадут. Оно не горит, не боится едких кислот, и в нем не могут появиться микробы.

Стекло плохо проводит тепло. Если бы оно проводило теплоту, как медь или железо, тепло сразу же уходило бы через оконные стекла.

Есть у стекла еще одна особенность, о которой обычно забывают: оно дает приятный музыкальный звук. В разное время были сделаны: стеклянные колокольчики, трубы, ксилофон, барабан, стеклянный орган и даже скрипка. Все эти инструменты испытывались не только в лабораториях, но и на концертах. Они оказались удачными.

Но самое важное свойство стекла - это его необычайная вязкость. 
Горячее стекло можно тянуть, крутить, придавать ему любые, самые причудливые формы - оно не рвется. На этом и основано искусство стеклоделов. Стекло можно прессовать и отливать в формы, как чугун; его можно раскатывать валиком, как тесто; лепить из него, как из глины; выдувать из него пузыри, как из мыльной пены; тянуть лентой или нитью, как мед; шлифовать и полировать его, как мрамор; сверлить и обтачивать его, как дерево или сталь. Нет на свете другого материала, который можно было бы обрабатывать столь разными способами. Именно потому, что стекло так вязко, из него можно делать статуэтки любой, самой причудливой формы с тончайшими деталями.

История стекла началась очень давно. Прежде всего, следует признать, что не человек изобрел стекло, его родила сама природа. Первое стекло образовалось из раскаленной лавы, вырвавшейся на поверхность сотни миллионов лет назад. Было оно не прозрачным, а мутным, почти черным. Это вулканическое стекло теперь называют обсидианом. Позднее человек стал изготавливать стекло сам.

Стекло сопутствует человеку на всех этапах истории его развития. Начало стеклоделия теряется в глубине веков и, постоянно развиваясь, продолжается до наших дней. Однако, как это ни странно, в современной науке не существует ни единой теории строения стекла, ни единой теории его происхождения. Излагаются лишь наиболее распространенные предположения. Только сейчас ученые начинают постигать сложные химические и физические законы, от которых зависят качества и свойства стекла.

В наше время изотавливают различные виды стекла: оконное, зеркальное оптическое и цветное, стеклянную посуду и тару. Но за последние десятилетия появились новые отрасли стеклоделия, о которых не знали прежде, родилось новое, совсем особенное стекло.

В начале XX века французским ученым Бенедиктусом был создан новый вид безопасного стекла, названный «трипплексом» - несколько слоев стекла с цеелулоидными прокладками. Разбить вдребезги триплекс невозможно. Автомобиль при катастрофе может быть смят, кузов его исковеркан, но стекло, хотя и покроется сетью трещин, всё же не разлетится. Это стекло очень пригодилось на войне. Если составить пакет не из двух, а из пяти слоев: трех слоев стекла и двух целлулоида, то получится столь крепкий триплекс, что он становится пуленепробиваемым. Такие стекла вставляют в смотровые щели танков.

В СССР был разработан автоклавный способ изготовления триплекса, при котором получали очень доброкачественное трехслойное стекло. Но целлулоидная прокладка довольно быстро желтеет и стекло мутнеет. Нашли более стойкие вещества для прокладок, но их применение удорожило процесс. 
Для недорогих автомобилей нужно было найти безопасное стекло подешевле. 
Тогда вспомнили о закалке. Ведь сталь можно закалить, сделать ее таким способом особо твердой. Нельзя ли закалить и стекло? Так был создан сталинит - закаленное стекло. Оно упруго, как стальная пружина и выдерживает огромную нагрузку, не разбиваясь.

Известно, что стекло не выносит резкой смены температур, потому что оно, как и все другие вещества, расширяется от нагревания. В настоящее время получен рецепт стекла с большой примесью борной кислоты и с очень малой примесью соды, потому что именно сода является «виновницей» расширения. Такое стекло назвали «пирекс». На вид это стекло трудно отличить от обыкновенного, расширяется оно в восемь раз меньше, чем обыкновенное стекло. Изделия из пирекса используют в химических лабораториях, для изготовления лампочек. Пирекс идет на изоляторы для авиасвечей, которые дают электрическую вспышку, зажигающую горючее в моторе. Своим нижним концом этот изолятор погружен в цилиндр, где происходят вспышки, дающие жар свыше 1000 градусов, а верхняя его часть находится на крышке цилиндра, охлаждаемой водой. В таких невероятно трудных условиях маленький стеклянный изолятор работает сотни часов.

Как ни замечательны свойства пирекса, но его ближайший родственник - кварцевое стекло - еще удивительнее. Оно прозрачно для ультрафиолетовых лучей, от нагревания расширяется меньше, чем любое другое вещество, оно необычайно прочно. Это стекло помогло людям заглянуть в таинственные глубины океана. Дно Марианской впадины - более 11 км - наибольшая глубина, на которую опускался человек под воду. В иллюминаторы подводного аппарата были вставлены кварцевые стекла, они выдержали огромное давление воды.

Стекло из кварца обладает многими действительно замечательными свойствами, но оно имеет один серьезный недостаток: изделия из кварца очень трудно изготовлять. Высокая температура плавления (даже при 2000°С кварцевые стекла еще очень густые) не позволяет получать кварцевое стекло обычными способами. Если бы кварц плавили в обычных стекловаренных печах и горшках, то и горшок и сама печь начали бы размягчаться и расплавляться раньше, чем кварц. Поэтому для плавления кварца применяются совсем особые, электрические печи. В этих печах через середину проходит стержень из графита. Когда через графитовый стержень пропускают электрический ток, он накаляется до 2000°С. Кварцевый песок, который насыпают в печь, плавится только около графитового стержня, а около стенок остается совсем твердым и служит как бы горшком для стекла. 
После того как кварц расплавился, графитовый стержень вынимают и из кварцевого стекла уже потом выдувают нужные изделия, обрабатывая их на специальных горелках. Всё же из такого кварца изделия получаются мутные, а иногда и совсем непрозрачные, похожие больше на фарфор, чем на стекло. Там, где не нужна прозрачность, а только стойкость и прочность, пользуются изделиями из непрозрачного кварца. Но преимущества прозрачного кварцевого стекла настолько очевидны, что, конечно, нельзя было отказаться от мысли научиться получать изделия из кварца такими же совершенными, как и из обычных сортов стекол. Прозрачные изделия из плавленого кварца также научились делать, но это еще труднее, и потому стоят они очень дорого. Поэтому такое кварцевое стекло не может получить сейчас широкого распространения.

Еще один вид стекла в современном мире - жидкое стекло. Это открытие мюнхенского профессора Иоганна Фукса. Им можно укрепит любую штукатурку, бетон, кирпич, цемент, краску. В 1918 году Швейцарии впервые построили дорогу, укрепленную жидким стеклом. Ее сделали из щебенки и пропитали смесью жидкого стекла и мелкого песка, так что получилась каменная корка, крепко натянутая на дорогу и предохраняющая ее от повреждения. С тех пор во всем мире построено много тысяч километров таких стеклянных - силикатированных - дорог. Такая дорога не дает пыли и на ней никогда не будет грязи. Служит она в два-три раза дольше обыкновенного шоссе.

Жидким стеклом можно укрепить и почву. Так при строительстве одного из туннелей московского метрополитена рыхлый грунт, создающий трудности при строительстве, укрепили жидким стеклом.

Стекло быстро завоевывает себе место и как строительный материал. Всё чаще и чаще можно слышать о постройке из стеклянных блоков частей зданий: вестибюлей, внутренних перегородок, стен. В институте стекла под руководством профессора И.И. Китайгородского разработан так называемый пенокирпич - материал, изготовленный из стекла. Прочные, легкие, теплоизолирующие кирпичи из пористого стекла имеют много преимуществ перед обычным красным строительным кирпичом и, весьма вероятно, в недалеком будущем будут с ним конкурировать. Всё чаще в проектах новых зданий появляются стеклянные колонны, стены, облицованные стеклянными плитками, стеклянные балюстрады лестниц и т.д. Великолепные витражи, мозаичные и резные картины украшают стены и двери станций Московского метрополитена, театров, кино и ресторанов.

Очень большое место занимает стекло в оформлении искусственного освещения зданий. Из стекла делаются чудесные люстры, абажуры и другие арматуры. В Московском метрополитене стеклянные осветительные арматуры широко использованы для украшения станций. Там можно видеть стеклянные потолки, люстры из огромных белых колокольчиков, светящиеся стеклянные колонны. Стекло смело входит в современное строительство и делается необходимым элементом архитектуры новых зданий.

Стекло оказалось чудесным материалом и для такого искусства, как скульптура. Идея использования стекла в качестве материала для скульптуры встретила сначала немало возражений. Но технологи и ученые разработали надежный способ получения скульптуры из стекла. Скульптуры из стекла делают отливкой стекла в специальные формы, изготовленные из огнеупорной массы. Форма, наполненная стеклом, охлаждается очень медленно. Затем форма осторожно откалывается, и скульптура из стекла создана. Дальше требуется лишь некоторая отделка. Скульптура из стекла может быть блестящей и матовой, бесцветной и окрашенной, прозрачной и непрозрачной, от опалово-мутной до молочно-белой. Над такой скульптурой упорно работают ученые, художники и инженеры. Уже сейчас создан или воспроизведен в стекле ряд скульптурных произведений. Среди них бюст Пушкина - скульптура Витали, «Голова красноармейца» - работа художницы Данько, крупный скульптурный портрет ученого (Н.Н. Качалова) - работа народного художника Мухиной и грандиозная юбилейная ваза (к 70-летию И.В. Сталина), в которой скульптура из стекла занимает ведущее место. Выполнение этих скульптур производилось коллективом сотрудников кафедры стекла Технологического института имени Ленсовета и завода художественного стекла в Ленинграде. В будущем, несомненно, будут возводиться огромные монументы из стекла. Недалеко то время, когда искусство художников будет неразрывно связано с искусством и знаниями современных ученых стеклоделов.

Из стекла делают и стеклянные нити. Чем тоньше нити, тем лучшую ткань можно из них сделать. Стеклянная нить в тридцать-сорок раз тоньше человеческого волоса, в пять раз тоньше паутинки и при этом очень прочная. Стеклянные нити можно сбить так, что получится стеклянная вата, которая хранит тепло лучше обыкновенной ваты. Поэтому ею и прикрывают трубы, по которым идет горячий пар, паровые котлы и другие машины, где нужно сохранить тепло.

Она сберегает и холод, стеклянной ватой пользуются в холодильниках, вагонах-ледниках, пароходах-рефрижераторах. Стеклянная вата не только тепловой изолятор, но и звукоизолятор.

Стеклянные нити не проводят электричества. Из них делают изолирующие ленты для электрических проводов.

Из стекла можно делать ткани, стеклянные ткани крепче шелка и теплее шерсти. Стеклянные костюмы, без сомнения, станут скоро необходимыми для пожарных: такие костюмы не боятся ни огня, ни воды. Такие костюмы лучше любых других предохраняют от отравляющих веществ.

Стеклянные нити широко применяются и в оптоволоконных линиях связи, заменяя миллионы тонн дорогостоящей меди.

Итак, к числу великих открытий, которые в корне изменили жизнь человечества, таких как изобретение колеса, добывание огня и электричества, можно смело отнести получение стекла и освоение процесса его производства. Удивительное сочетание механических и оптических свойств, химическая и термическая стойкость делают стекло неповторимым и уникальным материалом, широко применяемым в различных отраслях промышленности.

Список использованной литературы

стекло материал технология

1. Левинсон, Е.А. Художественное стекло и его применение в архитектуре. / Е.А. Левинсон. - М.: Высш. шк., 2001. - 511 с.

2. Маркова, А.Н. Строительные материалы. Учебно-справочное пособие (Серия «Строительство».) / А.Н. Маркова. - М.: Ростов на Дону, ЮНИТИ, 2006. - 175 с.

3. Радугин, А.А. Крашение и глушение стекла. / А.А. Радугин. - М.: Центр, 2005. - 370 с.

4. Спиркин, А.Г. Технология стекла. / А.Г. Спиркин. - М.: Эксмо-пресс, 2006. - 621 с.

Размещено на Allbest.ru