Тема 5. Стекло и плавленые изделия

В природе вещества существуют в одном из четырех агре­гатных состояний: плазменном, газообразном, жидком и твер­дом. Твердое состояние имеет две фор-мы — кристаллическую и аморфную. Частный случай аморфного состояния — стек­лообразное. Стекловидное состояние занимает как бы промежуточ­ное положе-ние между кристаллическим и жидким. Четкость форм изделий из стекла делает его сходным с твердыми кри­сталлическими телами; по асимметричности структуры и изо­тропности оно сходно с жидкостями.

Стеклом называют аморфные тела, получаемые путем пе­реохлаждения расп-лава независимо от их состава и температурной области твердения. Стекла не име-ют опре­деленной температуры твердения и плавления, они размягча­ются в широ-ком интервале температур.

По происхождению стекла разделяют на природные и ис­кусственные. К при-родным относят стекла, образованные в процессе деятельности вулканов (изверже-ние магм), например обсидиановое. К искусственным относят все стекла, создавае­мые в результате труда человека. Искусственные стекла бы­вают органические и не-органические. Подавляющее большин­ство искусственных промышленных стекол относится к неор­ганическим.

Современные промышленные стекла содержат не менее 5-7 компонентов, а специальные технические — более 10. В за­висимости от стеклообразующего ок-сида, на основе которого получено то или иное стекло, происходит и его название. Так, наиболее распространено силикатное стекло, получаемое на основе оксида кремния SiO₂, боратное — на основе оксида бора — ВrО₃ фосфатное — на ос-нове фосфорного ангидрида – Р₂O₅. Кроме того, в состав стекол входят оксиды натрия (Na₂O), калия (К₂О), кальция (СаО), магния (MgO), алюминия (А1₂ О₃), бария (ВаО), свинца (РbО), цинка (ZnO), марганца(МnО), меди (СuО) и др.

Представление о стекле как о сложной системе изложил и научно обосновал Д.И. Менделеев. При этом Менделе­ев рассматривал стекло как неорганический по-лимер. В насто­ящее время существует несколько гипотез о строении стекла.

Гипотеза кристаллитного строения предложена в 1921 г. ака­демиком А.А. Лебедевым, согласно которой стекло— скоп­ление кристаллитов — крайне малых и деформированных структурных образований размером 1, 2 - 1, 5 нм. В центра-ль­ной части кристаллит имеет структуру, соответствующую нор­мальной кристалли-ческой решетке, а к периферии структура искажается. Согласно гипотезе Захариас-сена, структура стек­ла представляется в виде непрерывной неправильной сетки. Существуют также гипотезы Г. Таммана, O.K. Ботвинкина и скелетно-координа-ционная гипотеза А.А. Аппена. Современ­ные представления о структуре стекла ба-зируются на фунда­ментальных положениях неорганической и физической химии, кристаллохимии, физике и химии твердого состояния.

История развития стекла/

Первый предмет, изготовленный из стекла, — это женские бусы, которые были найдены при раскопках в Месопотамии. Древнейшее стекло не было прозрач-ным и по многим своим свойствам напоминало глину, так как его можно было рас-ка­тывать и штамповать в состоянии горячей и размягченной мас­сы при помощи про-стейших инструментов. Наряду с бусами изготовлялись также различные стеклян-ные сосуды. Первые экземпляры таких сосудов обнаружены на территории Египта и датируются XV в. до н. э. В древнейшем письменном источ­нике («Среднева-вилонский текст», XVII в. до н. э.) обнаруже­ны любопытные рецепты стекол и глазурей. Во время архео­логических раскопок в Тель-эль-Амарне (1891-1892 гг.) на тер­ритории Египта была обнаружена древнеегипетская стеклоде­лательная мас-терская, в которой были найдены остатки стек­лоплавильных тиглей. В глубокой древности в странах Ближ­него Востока (Сирии, Египте) стекло применяли для ими-ти­рования драгоценных камней, изготовления украшений, деко­рирования изделий из природного камня или керамики. Зод­чие Древнего Рима в I в. до н.э. украшали стеклянными плас­тинками полы, стены, потолки и колонны общественных зда­ний. С VI в. до н.э. в Римской республике стекло стало широко использоваться для заполнения оконных проемов. Однако оно имело светло-зеленый оттенок и со-держало множество пузырьков. В Византии качество оконного стекла достигло вы-сокого уровня в IV в. Затем искусство производства окон­ных стекол было в ос-новном утеряно и возродилось только в Средние века. В этот период начинает раз-виваться способ ду­тья для изготовления стекла. Стекло, изготовленное таким спо-собом, являлось очень дорогим материалом и использова­лось исключительно для остекления церквей и дворцов.

Еще раньше, с IV в. до н.э., в Месопотамии широко при­менялась стеклян-ная мозаика. В Месопотамии (с IV в. до н.э.), Древней Греции (с III в. до н.э.), на территории Византийской империи в V-VI вв. (во дворце императоров, собо-ре Св. Со­фии в Константинополе и др.), в Киевской Руси (с XI в.) моза­ика укра-шала полы, стены, своды и колонны храмов (Софий­ский собор, Михайловский мо-настырь), в Новгороде, Полоц­ке, Чернигове и др.

Особую роль в истории архитектуры с VI в. играли декора­тивные витра-жи. Готический стиль в архитектуре Франции XII в. характеризовался и расцве-том витражного искусства — почти во всех городах храмы украшались витражами. Всемирно изве­стны витражи собора Парижской Богоматери, соборов Лана, Шартра, Пуатье и др. Большое значение для эстетики интерье­ров в Венеции с XIV в. стало играть зеркальное стекло.

Стекольная эволюция привела к изготовлению так назы­ваемого архитекту-рного стекла — плоского и привычного нам листового. В начале XX в. был най-ден способ получения лис­тового стекла значительных размеров и со сравнительно пра­вильной геометрией. Этот способ был изобретен в 1901 г. Э. Коббом. В заво-дских условиях он впервые был применен лишь через 13 лет и получил название по имени первого вла­дельца завода по изготовлению листового стекла - Фурко.

В 1915 г. был внедрен другой процесс получения листово­го стекла — ме-тодом вытягивания со свободной поверхности с помощью перегибного валика. Такой способ производства стекла позволяет производить стекло разной толщины, начи­ная от 0, 4 мм и до 20 мм.

В 1959 г. появился способ изготовления стекла, предло­женный фирмой «Пилкингтон бразерс лимитед», - флоат-способ (от англ. «float» — «плавать»). Он позволяет получать стек­ло очень высокого качества (такое стекло получило также на­звание зеркального полированного). Сегодня в мире флоат-способом про-изводится 90% строительного листового стекла. В XX-XXI вв. широкое исполь-зование стекла, стали и же­лезобетона позволило отказаться от традиционных форм, со­отношений и размеров элементов архитектурных конструк­ций зданий. Оптические, тепло- и солнцезащитные свойства, высокие прочностные и эстетиче-ские характеристики строи­тельных материалов из стекла предоставляют огромные воз­можности для выражения творческих замыслов архитектора и строителя.