Ответить с указанием точных дат на вопросы, когда и как изобрели стекло, сегодня не может ни один ученый. Слишком много времени прошло с тех пор. Нет единства среди историков и по поводу места его изобретения.
Вероятнее всего родиной стекла была Месопотамия или Египет. Здесь археологи находят стеклянные сосуды, возраст которых приблизительно три с половиной тысячи лет. Именно тогда стеклянные изделия стали получать широкое применение среди состоятельных граждан. Но на современные образцы оно не было похоже – отсутствовало одно из основных качеств сегодняшнего стекла – прозрачность.
Считается, что рукотворное стекло могло быть открыто, как побочный продукт других ремесел. Гончары обжигали свои изделия в обычных ямах, часто вырытых в песке, а для поддержания огня использовали солому или тростник. Получившаяся при горении зола – то есть щелочь - при контакте с песком и высокой температурой превращалась в стеклянную глазурь. И внимательный мастер-гончар мог заметить это и начать специально изготавливать стекло.
Финикийцы были отличными мореплавателями. Они могли видеть процесс изготовления стекла во время своих посещений других стран. Но даже если они не были первыми в его изобретении, то, несомненно, они были лучшими в изготовлении. Их изделия невероятно ценились, несмотря на высокую цену. Неслучайно даже античные авторы предписывали изобретение стекла именно финикийцам. Древнеримский историк Плиний, живший в первом веке до нашей эры, описал, как было изобретено стекло: возвращаясь из морского путешествия в Африку, финикийские купцы пристали к берегу. Они развели костер на песчаном пляже, а в качестве очага использовали свой груз – соду. А потом обнаружили на месте костровища кусочки стекла.
Считается, что финикийцы научились первыми изготавливать прозрачное стекло. При этом они могли окрашивать его в любой цвет. В Тире и Сидоне - крупнейших городах Финикии - появились стекольные заводы. Постепенно стеклянные изделия превращались из роскоши в предметы для широкого пользования. Наивысшего расцвета это ремесло достигло в римскую эпоху, когда мастера Сидона изобрели трубку для выдувания стекла.
Римская империя переманивала к себе стеклодувов. Как центр стекольного производства зарекомендовала себя Александрия. Некоторые историки даже говорят о первом получении прозрачного стекла именно в этом городе, датируя это событие приблизительно сотым годом до нашей эры. Местные мастера добились прозрачности, добавляя в стекломассу оксид марганца. И неоспорим факт, что именно в Римской империи впервые стали стеклить окна. Технология изготовления плоских стекол для этих целей – секрет до сегодняшнего дня. Предполагают, что использовались плоские формы для их отлива.
И хотя никакой конкретики по поводу того, где и как было изобретено стекло, увы, нет, это событие занимает четвертую строчку среди самых важных изобретений человечества, пропустив вперед лишь периодическую таблицу Менделеева, технологию выплавки железа и создание первого транзистора.
Перед тем, как появиться у вас на экране, эта статья была преобразована в оптические сигналы и со скоростью ~201 000 км/с передана по оптоволоконному кабелю. В основе кабеля - волокна, выполненные из тончайшего стекла, которое в 30 раз прозрачнее чистой воды. Технология стала доступной благодаря компании Corning Incorporated. В 1970 году, используя результаты многолетних исследований ученых всего мира, она запатентовала кабель, способный передавать большие объемы информации на дальние расстояния.
Если вы читаете со смартфона, не забудьте поблагодарить Стива Джобса, который в 2006 году попросил Corning Inc. разработать тонкий, но прочный экран для iPhone. Результат - Gorilla Glass - теперь доминирует на рынке мобильных устройств. Экраны смартфонов с Gorilla Glass пятого поколения не трескаются после падения в 80% случаев (тестовые устройства падали с высоты 1,6 метра - на этом уровне люди обычно держат телефон - на твердую поверхность).
И это далеко не все. Без стекла мир был бы неузнаваем. Благодаря ему человечеству стали доступны очки, лампочки и окна. Но несмотря на вездесущность стекла, в сообществе ученых все еще идет дискуссия об определении этого понятия. Одни считают стекло твердым телом, другие - жидкостью. Много вопросов до сих пор остаются без ответа: например, почему один вид стекла прочнее другого, или почему некоторые стеклянные смеси обладают именно такими оптическими и структурными свойствами. Прибавьте к этому существующие базы данных видов стекла, в одной из них более 350 000 известных на данный момент типов, что обеспечивает возможность создания огромного количества разных смесей. В результате мы получаем поистине интересную область исследования, которая регулярно производит новые удивительные продукты. Стекло оказало огромное влияние на человечество, и можно с уверенностью утверждать - стекло формирует облик нашей цивилизации.
«Мы используем стекло на протяжении тысяч лет, но до сих пор не понимаем, что это вообще такое», - считает Матьё Боши , эксперт по стеклу и член исследовательской команды Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Как правило, стекло получают, нагревая, а затем быстро охлаждая смесь из нескольких веществ. Например, для создания плоского оконного стекла используют песок (диоксид кремния), известь и соду. Кремний обеспечивает прозрачность, кальций - прочность, а сода уменьшает температуру плавления. «Быстрое охлаждение предотвращает кристаллизацию стекла», - рассказывает Стив Мартин , специалист по изучению стекла в Университете штата Айова.
Именно из-за предотвращения кристаллизации стекло считают аморфным веществом - а не твердым телом или жидкостью. Атомы стекла стремятся восстановить кристаллическую структуру, но не могут, так как застывают на месте в процессе его изготовления. Возможно, вы слышали о том, что стекла в окнах древних соборов со временем стекают вниз, и поэтому становятся толще у основания. Это утверждение ошибочно: старинные технологии изготовления просто не позволяли сделать ровное стекло. Но оно все же находится в движении, пусть и очень медленном. Результаты исследования, опубликованные в прошлом году в «Журнале Американского керамического общества», показали, что при комнатной температуре стеклу старинного собора потребуется около одного миллиарда лет, чтобы переместился один нанометр вещества.
Люди начали делать орудия из обсидиана и других видов вулканического стекла еще на заре цивилизации, а первое рукотворное стекло впервые было изготовлено в Месопотамии чуть более 4 000 лет назад. Вероятно, его получили как побочный продукт при изготовлении керамической глазури. Вскоре эту технологию заимствовали древние египтяне. Исполнительный директор музея стекла в Корнинге Кэрол Уайт утверждает, что первыми стеклянными предметами были бусины, талисманы и прутики для создания мозаичного стекла. Часто с помощью минералов им придавали вид другого материала.
«К началу второго тысячелетия до нашей эры ремесленники начали изготавливать небольшие сосуды по типу ваз. Археологи нашли клинописные таблички с описанием процесса, но написаны они были тайным языком, предназначенным для сокрытия секретов производства», - добавляет Уайт.
Ко времени возникновения Римской империи стеклоделие стало важной отраслью экономики. Писатель Петроний рассказывает историю ремесленника, представшего перед императором Тиберием с куском якобы нерушимого стекла. «Кто-нибудь еще знает, как сделать такое стекло?» - спросил у ремесленника Тиберий. «Нет», - ответил ремесленник, подчеркивая собственную значимость. Тиберий без предупреждения приказал обезглавить бедолагу. Хотя мотивы Тиберия доподлинно не известны, можно предположить, что подобное изобретение могло разрушить стекольную промышленность империи.
Первое крупное новшество случилось в стеклоделии в первом веке до нашей эры, когда в окрестностях Иерусалима стекло начали выдувать. Вскоре римляне придумали, как сделать стекло более-менее прозрачным: так появились первые стеклянные окна. В восприятии стекла произошел значительный сдвиг, так как ранее его ценили только за декоративные свойства. Вместо того, чтобы любоваться стеклом, люди начали смотреть сквозь него. В течение последующих столетий римляне производили стекло в промышленных масштабах, и в конечном итоге оно распространилось по всей Евразии.
В то время науки как таковой не существовало, и стекло было овеяно ореолом таинственности. Например, в четвертом веке нашей эры римляне создали знаменитый кубок Ликурга , который меняет цвет с зеленого на красный в зависимости от угла падения света. Современные исследования показали, что невероятное свойство кубка обусловлено наличием наночастиц серебра и золота.
В Средневековье передовые секреты изготовления стекла хранились в Европе и арабских странах. В эпоху Высокого Средневековья европейцы начали производство витражей. По словам Кэрол Уайт величественные картины на стекле сыграли огромную роль в изучении малограмотным населением катехизиса. Не зря витражи еще называют библиями для бедняков.
Хотя оконные стекла появились еще в эпоху римлян, они по-прежнему были дороги и их было сложно достать. Но все меняется с постройкой Хрустального дворца ко Всемирной выставке 1851 года. Хрустальный дворец представлял собой выставочный зал с площадью остекления 93 000 кв. м. - в четыре раза больше, чем у штаб-квартиры ООН в Нью-Йорке, возведенной столетием позже. «Хрустальный дворец продемонстрировал людям достоинства и красоту оконных стекол, он оказал влияние на архитектуру и потребительский спрос», - рассказывает Алан МакЛенаган , директор компании SageGlass, специализирующейся на производстве тонированных окон и других изделий из стекла. Хрустальный дворец сгорел в 1936 году, но через несколько лет оконные стекла стали более доступными благодаря британской компании Pilkington , сотрудники которой изобрели технику создания термополированного стекла наливом расплавленной стекломассы на слой расплавленного олова.
В 13 веке, задолго до того, как оконные стекла стали повсеместно распространены, неизвестные изобретатели создали первые очки. Изобретение помогло в борьбе с безграмотностью и заложило основу для дальнейшего усовершенствования линз, которые позволили увидеть вещи, ранее неведомые. В начале 14 века венецианцы позаимствовали наработки мастеров из Ближнего Востока и Малой Азии и усовершенствовали процесс создания прозрачного стекла под названием «кристалло». Одна из техник предполагала тщательное расплавление кварцевой гальки вместе с золой солелюбивых растений, которые обеспечивали правильное соотношение кремнезема, марганца и натрия, о чем в то время, конечно, не догадывались. Жизненно важно было держать правила изготовления стекла в секрете. Несмотря на высокий статус, который имели все производители стекла, наказанием за пересечение границы Венецианской республики для них была смертная казнь. Венецианцы были лидерами на рынке стекла следующие 200 лет.
Используя стекло собственного производства, венецианцы также создали и первые зеркала. Не хватит слов, чтобы описать все изменения, которые повлекло за собой их появление. Ранее зеркала производили из полированного металла или обсидиана, они были очень дорогими и отражали свет не так эффективно. Новые зеркала сделали возможным появление телескопов и произвели переворот в искусстве: с их помощью итальянский скульптор Филиппо Брунеллески разработал в 1425 году линейную перспективу. Изменилось самосознание людей. Писатель Ян Мортимер даже предположил , что до появления стеклянных зеркал люди не воспринимали себя отдельными уникальными личностями, концепция индивидуальной идентичности не существовала.
У стекла широкий диапазон применения. Около 1590 года Ханс Янсен и его сын Захарий изобрели микроскоп с двумя линзами на концах трубки, который давал девятикратное увеличение. Голландец Антони Ван Левенгук сделал еще один шаг вперед. Будучи относительно образованным учеником торговца галантереей, Антони, считая нити на ткани, часто пользовался увеличительным стеклом и в процессе разработал новые способы полировки и шлифования линз, что позволило увеличивать изображение в 270 раз. В 1670 году с помощью своих линз Левенгук случайно открыл существование микроорганизмов: бактерий и протистов.
Английский ученый Роберт Гук усовершенствовал микроскоп Левенгука. Он автор знаменитого труда «Микрография», первой книги о микроскопическом мире с детальными гравюрами ранее невиданных образов, например, текстур губки или изображений блох. «Украшены блестящей черной броней, тонкого и аккуратного телосложения», - писал Гук о блохах. Вглядываясь в кору пробкового дерева через микроскоп, структура которой напоминала пчелиные соты и монастырские кельи, Гук ввел термин «клетка». Эти достижения потрясли науку и привели, среди прочего, к появлению микробиологии и теории микробного происхождения болезней.
Появление в лабораториях всего мира стеклянных пробирок и пипеток позволило измерять и смешивать разнообразные вещества и подвергать их всякого рода воздействиям. Стеклянные инструменты способствовали развитию химии и медицины, а также сделали возможным появление парового двигателя и двигателя внутреннего сгорания.
Пока одни ученые возились с микроскопами и мензурками, другие обратили свой взор на небо. Доподлинно не известно, кто изобрел телескоп, хотя первые упоминания об этом устройстве обнаружены в Нидерландах в 1608 году. Телескоп стал известен благодаря Галилею, который усовершенствовал имеющуюся конструкцию и начал изучать небесные тела. В ходе наблюдений за спутниками Юпитера, он пришел к выводу, что геоцентрическая модель мира не имеет смысла, чем вызвал недовольство Католической церкви. Инквизиционная комиссия 1616 года заключила, что заявление о гелиоцентризме «нелепое и абсурдное с философской точки зрения и, кроме того, формально еретическое, так как выражения его во многом противоречат Священному Писанию». Как видите, стекло может и до греха довести.
Влияние стекла на нашу жизнь не ослабевает. Заглядывая в будущее, исследователи надеются осуществить столь же существенный прорыв, используя стекло для обезвреживания ядерных отходов, создания безопасных батареек и проектирования биомедицинских имплантатов. Инженеры разрабатывают высокотехнологичные сенсорные экраны, стекла-хамелеоны, небьющееся стекло.
В следующий раз когда вам на глаза попадется стеклянный предмет, задумайтесь, не странно ли, что материал рожденный землей и огнем, скованный, как пруд покровом льда, постоянно находящийся в атомном чистилище, настолько облегчает человеческую жизнь и способствует прогрессу. Внимательно посмотрите не как обычно сквозь стекло, а прямо на него, и вспомните, сколько явлений остались бы недоступны человеческому глазу, не будь у нас под рукой материала, который сам едва заметен.
Стекло известно человеку с древнейших времен. Сначала люди использовали его для изготовления украшений и посуды. Однако по — настоящему этот вид материала стал приносить пользу, когда люди заметили главное его качество — прозрачность. С тех пор стекло используется повсеместно для остекления оконных рам во всем мире.
Ученые до сих пор выдвигают различные гипотезы и спорят о том, когда и где на нашей планете впервые появилось стекло. Компоненты для его изготовления — песок, сода и известь — встречаются повсеместно, поэтому первое стекло могло быть изготовлено в любом месте на Земле.
По одной из существующих теорий, стекло было открыто древними финикийцами, потому что именно они стали первым продавать красивые и необычные изделий из стекла во всех странах Средиземноморья.
Еще одной страной, где о свойствах стекла было известно с глубокой древности, был Египет. Именно там при раскопках гробниц были найдены бусы и амулеты из цветного стекла, изготовление которых датируется еще 7000 годом до нашей эры. Однако нельзя с полной уверенностью утверждать, что это изделия — дело рук местных мастеров, потому что их могли привезти из Сирии.
Но уже в 1500 году до нашей эры египтяне научились делать свое собственное стекло. Для этой цели они использовали смесь измельченной гальки и кварца с песком. Параллельно египтяне изобрели способ изготовления цветного . Если мастера добавляли к смеси кобальт, марганец или медь, то получалось стекло голубого, сиреневого или зеленого цвета.
Спустя три столетия (около 1200 года до нашей эры) египтяне уже умели отливать различные стеклянные изделия в специальных формах. Но трубка для выдувания стекла приобрела известность только в начале эпохи христианства.
Римляне же прославились тем, что они начали делать оконные стекла, которые быстро приобрели популярность и впоследствии распространились по всему миру. На сегодняшний день стекло повсеместно используется в строительстве, на производстве, а также для изготовления многих ценных и полезных предметов, украшений и посуды. Некоторые изделия из стекла являются настоящими произведениями искусства, и вполне могут стать декоративной деталью оформления
Мне нравится
37В этой статье описывается история возникновения стекла и развития стекловарения в мире от времен Древнего Египта до наших дней. Особое внимание уделено методам производства оконного стекла , использовавшимся в различное время.
Происхождение стекла
Изготовление листового стекла началось около 2000 лет назад. Но до его появления уже существовали основные приемы работы с расплавленным стеклом и разнообразная техника изготовления несложных изделий из стекла в виде бус, сосудов и браслетов.
Возникновение древнего стеклоделия восходит примерно к III тыс. до н. э. К этому периоду древними мастерам создан новый материал – стекло. Создание стекла по масштабам открытия - колоссальное научно-техническое достижение, его появление в истории техники и культуры может быть сопоставлено с открытием металлов, керамики и металлических сплавов.
Как, где, когда и кто начал делать искусственное стекло? На этот вопрос существуют разные версии. Стекло – искусственный материал, который создан человеком, но известны и природные стекла - обсидианы, которые образуются в магматических расплавах при высоких температурах во время извержения вулканов и падение метеоритов. Обсидианы представляют собой полупрозрачные черные стекла, обладающие высокой твердостью, и коррозионной стойкость и использовались в древности в качестве режущего инструмента. Некоторые считают, что именно обсидианы толкнули человека на создание их искусственных аналогов, однако области распространения природных и искусственных стекол не совпадают. Наиболее вероятно, что представления о стекле развивались в тесной связи с изготовление гончарных изделий и металлообработкой. Возможно, на ранних стадиях стеклоделия древние мастера увидели аналогии в свойствах стекла и металлов, которое и определили технологические приемы обработки стекла. Признав стекло аналогичным металлу (пластичность в горячем состоянии, твердость в холодном), древние создали возможность перенести в стеклоделие приемы обработки металлов. Таким путем были заимствованы тигли для варки стеклянной массы, формы для отливки изделий, технологические приемы горячей обработки (литье, сварка). Этот процесс происходил постепенно, особенно на первых этапах, настолько различны по своей природе стекло и металл.
Наиболее ранняя «теория» происхождения стекла – предложена римским ученым Плинием Старшим в «Естественной истории»:
«Однажды, в очень далекие времена, финикийские купцы везли по Средиземному морю груз добытой в Африке природной соды. На ночлег они высадились на песчаном берегу и стали готовить себе пищу. За неимением под рукой камней обложили костер большими кусками соды. Поутру, разгребая золу, купцы обнаружили чудесный слиток, который был тверд как камень, горел огнем на солнце и был чист и прозрачен как вода. Это было стекло».
Рассказ этот мало достоверен, даже сам Плиний начинает его cловами «fama est…..» или «по слухам…», потому что образование стекла при температуре пламени костра на открытом пространстве произойти не может. Всего вероятнее предположение немецкого ученого Вагнера, который связывает появление стекла с получением металлов. В процессе плавления меди и железа образовывались шлаки, которые могли под действием тепла превращались в стекло. Сейчас трудно установить, как именно было изобретено стекло, но без сомнений это открытие было случайным.
Самые древние изделия имели только стекловидный слой на поверхности фаянса, и найдены в гробнице фараона Джосера (III династия Древнего царства в Египте, 2980-2900 г.г. до н.э). Образцы стекла в виде слитков, датируемые XXII-XXI вв. до н. э., обнаружены при раскопках в области Древнего Двуречья.
Стеклоделие в Древнем Египте и Месопотамии
Наиболее ранние археологически известные стекольные мастерские датируются серединой II тыс. до н. э. Необходимо отметить, что сначала был получен сам материал (стекло), а затем осознается его новизна, и раскрываются его свойства. Приемы обработки нового материала подбираются применительно к его свойствам: вытягивание, сгибание, накручивание. Лишь со временем были подобраны и приспособлены и другие приемы: литье, прессование, обкатка.
История стеклоделия начинается с изготовление бус. Новый материал нашел свое применение в непроизводственной сфере, и изделия из него приравнивались к ценностям благородных камней и самоцветов. К древнейшими изделиями из стекла считаются стеклянные бусы царицы Хатшепсут, которая правила Египтом в 1525-1503 гг. до н. э. и стеклянный кубок, имеющий иероглифическую надпись с именем фараона Тутмоса III, относящийся ко времени Нового царства.
К середине II тыс. до н. э. стеклоделие сложилось в основных чертах почти одновременно в разных очагах древнейших цивилизаций Египте и Месопотамии. Единственным источником, на основании которого можно судить о становлении и начальных этапах истории стекла и его происхождении являются готовые изделия: бусы, вставки, сосуды. Как считают ученые, бусы для египтян выполняли функцию амулетов.
Начиная с середины VIII в. до н. э. набор найденных находок расширяется и к бусам и сосудам прибавляются перстни, браслеты, ритуальная и туалетная посуда, которых стали находить не только в районе Средиземноморье, но и на Кавказе и Западной Европе. Значительно повышаются декоративность и сложность найденных изделий. Техника изготовления изделий усложняется, мастера наряду с формовкой, навивкой и литьем, освоили и другие приемы работы с расплавленным стеклом: резание, гравировку, шлифовку, полировку и прессование в формах, различных по конструкции и материалу. Технические приемы обработки стеклянной массы сопровождалось усложнением инструментария и оборудования мастерской.
Изобретение процесса выдувания стекла
К началу римского периода стеклоделием был накоплен весьма большой производственный опыт и знания, чтобы сделать подлинный переворот в области технологии изготовления изделий из стекла.
Первой «революцией» в стекловарении считается изобретение метода выдувания стекла. Процесс выдувания изделий из расплавленной стекломассы начался с важнейшего изобретения – стеклодувной трубки сирийскими мастерами между 27 г. до н. э и 14 г. н. э. С открытием процесса выдувания стеклянных изделий Сирия на целые сотни лет становится крупнейшим центром стеклоделия. Изобретение выдувания привело к рождению нового качества и составило основу не только древнего, но и современного методов изготовления стеклянной посуды, а впоследствии и оконного стекла
Выдувание – ранее вспомогательная операция, в римское время стало использоваться как самостоятельный прием. После набора стекломассы на стеклодувную трубку мастер выдувал исходную заготовку в деревянную форму и получал различные стеклянные полые изделия в виде кувшинов, банок, кубков флаконов. Наряду с простой посудой мастера выполняли и декоративные уникальные предметы, украшенные нитями и накладом из цветного стекла.
Первое оконное стекло
Первое оконное, по настоящему плоское стекло впервые появилось значительно позже, в Древнем Риме. Оно было обнаружено при раскопках Помпеи и датируется годом извержения вулкана Везувий, 79 г. н. э. Оконное стекло получали методом литья на плоскую каменную поверхность. Конечно, качество стекла при этом сильно отличалось от современного. Это стекло было окрашенным в зеленоватые тона и матовым (бесцветное стекло в то время изготавливать еще не умели), содержало большое количество пузырей, что говорило о низкой температуре варки, и было довольно толстым (около 8-10 мм). Но, тем не менее, это был первый случай применения стекла в архитектуре, что дало значительный толчок к дальнейшему развитию стекловарения и распространению стекла по всей Европе.
Краун процесс
2-я революция в стекловарении произошла приблизительно в начале II в., когда сирийские мастера изобрели совершенно новую для тех времен технологию производства плоского стекла – краун (crown) или как его в России называли лунный способ. Это идея возникла, возможно, при выдувании больших плоских тарелок. Стекло изготавливались методом выдуванием больших пузырей, которые на следующей стадии отделялись от стеклодувной трубки, и прикреплялась к другой трубке - понтии. После интенсивного вращения на понтии, исходная заготовка под действием центробежных сил утончалась и превращалась в плоский круглый диск (см. рис.). Диаметр этого диска мог достигать 1,5 м. Из него уже после охлаждения вырезали куски стекла квадратной и прямоугольной формы. Центральная часть диска имела утолщение – след от понтии, который назывался «бычьим глазом». Как правило, эта часть диска не использовалась и шла на переплавку, однако, в некоторых средневековых зданиях эти кругляшки до сих пор сохранились (см. рис.).
Эта технология позволяла получать стекло довольно хорошего для тех времен качества, практически без искажений. Неудивительно, что эта технология просуществовала вплоть до середины XIX века. Так, известный всем и один из старейших в мире производителей стекла - английская компания Пилкингтон (Pilkington) полностью прекратил использовать краун процесс только в 1872 г.
Однако существовала и проблема - ограничение по размерам. С помощью краун процесса невозможно было получить стекло большого размера. Поэтому на протяжении многих лет в разных странах Европы осуществлялись попытки усовершенствования этой технологии, что привело к созданию нового метода производства стекла – метода выдувания цилиндров.
Производства оконного стекла цилиндрическим способом
В целом этот метод был очень похож на краун процесс, но при этом стеклодув набирал стекло из горшка в несколько приемов и раздувал заготовку (пульку) в форму цилиндра при постоянном вращении. Для формования цилиндрической формы мастер раскачивал заготовку в специальной прямоугольной яме. После затвердевания заготовки, суженные концы отделяют специальным нагретым крюком. Затем внутри охлажденного цилиндра делают продольный разрез и выправляют в плоские листы в особых “правильных печах”, где цилиндры постепенно разогреваются до размягчения на плоских основаниях их глины и разглаживаются в лист деревянной чуркой, закрепленной на железный стержень. К концу XIX века для выдувания цилиндров стали использовать воздушные насосы, а вскоре появился и метод механического вытягивания цилиндров (см. рис.).
Применение более эффективного метода производства оконного стекла позволил увеличить размер листового стекла и снизить количество отходов стеклянного боя. Так, установленные в 1910 году на одной из английских фабрик Пилкингтон (Pilkington) воздушные машины американского инженера Джона Любберса (John H. Lubbers) позволили получать стеклянные цилиндры длиной до 13 м и диаметром до 1 м.
Производство оконного стекла методом вытягивания из расплава
Уильям Кларк из Питтсбурга первый предложил способ производства листового стекла вытягиванием со свободной поверхности расплав. В 1857 г. он представил английский патент, согласно которому, формование плоского листа осуществляется медленным вертикальным вытягиванием затравки с поверхности расплава. В течение последующих 50 лет старались решить основную проблему – сужение ленты стекла при вытягивании, но все попытки были неудачными.
В 1871 году бельгийский изобретатель Ф.Вэллин (F.Vallin) получил французский патент (№ 91787) на производство оконного стекла механическим вытягиванием стекла. Для непрерывной подачи расплава он предложил систему горшков, которые связаны между собой трубкой, так что стекломасса из одного горшка поступала в другой. В последний большой овальный горшок, который был заключен в трубу, опускалась металлическая пластина (затравка). Формование плоского листа происходило при движении этой пластины вверх. В трубе также располагались по бокам стекла воздушные трубки с отверстиями для охлаждения стекла. Лист стекла поддерживался роликами, покрытыми асбестовой тканью. Вытягивание стекла может происходить в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном. В последнем случае предусматривался специальный металлический валок. Вэллин был гениальным изобретателем и предложил практически все основные элементы механического вытягивания, которые в 20 столетии будут применяться во всех способах вытягивания стекла. В то время, когда ванные печи были неизвестны, он представил систему стекловаренных горшков, в которых осветленная стекломасса поступала снизу по трубкам из одного горшка в другой, до основного, из которого происходило вытягивание стекла. Эта система непрерывной подачи расплава стала основой появления ванных стекловаренных печей. В 1890 году Вэллин основал в Гифорсе компанию по производству оконного стекла механическим вытягиванием.
В 1905 году бельгийский инженер Эмиль Фурко (Emile Fourcault) предложил свой способ вертикального вытягивания стекла. При этом старейшем способе (ВВС) используется шамотная лодочка, из щели которой под действием гидростатического давления вытекает постоянный поток стекла. Скорость вытягивание можно регулировать глубиной погружения лодочки. Лента стекла из лодочки поступала в шахтную камеру, где с двух сторон находятся водо-охлаждаемые трубки, и далее по роликам поступала в печь отжига. Для предотвращения сужения ленты по краям ленты были установлены бортоформующие ролики и охлаждаемые трубки. Толщина ленты стекла определялась скоростью вытягивания и температурой в зоне вытяжки («луковицы»). Первые машины Фурко для вытягивания листового стекла были установлены в Бельгии и Чехии в 1913 году. Производительность 11 машин, установленных на одной ванной печи, составляла 250 тонн стекла в день.
Процесс вытягивания стекла позволил производить дешевое оконное стекло с огненно-полированными поверхностями Основной дефект тянутого стекла появляется при формовании (вытягивании) и связан с нарушением плоскостности стекла. Такие нарушения приводят к оптическому эффекту линзы и искажению изображения. Тянутое (машинной выработки) оконное стекло широко применялось в строительстве для остекления окон и теплиц.
Производство оконного стекла методом литья и шлифования
Как уже говорилось выше, и краун процесс и метод выдувания цилиндров, да и метод ВВС имели ряд недостатков, связанных либо с наличием оптических дефектов и искажений, либо с невозможностью получить листы стекла большого размера. Поэтому как альтернатива с начала XIX века в Европе использовался также еще один способ производства методом литья и последующего отжига литого прокатного стекла. В нем горшок с расплавленным стеклом выливался прямо на разливочный стол и прокатывался роликами. Для отжига применялась специальная печь с несколькими рядами полок, позволяющая увеличить загрузочную мощность. Прокатное стекло могло быть изготовлено любого требуемого размера и толщиной 3-6,5 мм. Этим методом изготавливали цветное и бесцветное узорчатое стекло, а также большие листы неполированного оконного стекла. Особой популярностью пользовалось узорчатое цветное стекло для остекления окон в церквях и соборах.
В дальнейшем с появлением потребности в более качественном стекле на финальном этапе стали применять абразивную обработку поверхностей стекла. В то время это был трудоемкий, длительный и многоступенчатый процесс, который включал перемещение горшка с расплавом стекла, отливку и раскатку в лист, отжиг, шлифовку и полировку. Время обработки стекла составляло около 17 часов.
В начале XX века рост автомобильной промышленности стимулировал развитие более эффективных высокопроизводительных методов производства полированного стекла. Одним из пионеров этого метода была также компания Пилкингтон (Pilkington), которая в 1923 году совместно с компанией Форд Моторс разработала и запустила непрерывный процесс производства прокатного стекла. Расплав стекла плавился в ванной печи и через сливное устройство непрерывным потоком проходил через водоохлаждаемые валы и прессовался до заданной толщины. Основная проблема заключалась в получении качественного расплава в ванной печи. В 1925 году этот метод был дополнен машиной для односторонней шлифовки и полировки. Следующим шагом к автоматизации производства была разработка машин для двухсторонней шлифовки и полировки стекла. После долгих экспериментов и трудных сборочных работ первая поточная линия производства полированного стекла была запущена на фабрике Пилкингтон в Донкастере (Великобритания) в 1935 году. Непрерывная лента стекла длиной 300 м двигалась со скоростью 66 м/час и обрабатывалась одновременно с двух сторон огромными плоскими шлифовальными дисками. Введение этой технологии явилось наиболее значительной разработкой в длинной истории производства полированного стекла.
Более дорогое полированное стекло обладало хорошим оптическим качеством, и с успехом использовалось для остекления зданий, витрин, транспорта, изготовления зеркал. Но процесс производства полированного стекла всегда отличался большой энергоемкостью, высокими операционными и капитальными затратами. Отходы стекла при шлифовке и полировке доходили до 20%. Так, например, производственная линия двухстороннего непрерывного шлифования и полировки компании Пилкингтон (Pilkington) в Коули Хилл (Великобритания) в 1944 году, включая стекловаренную печь, лер, станки для шлифовки и полировки растягивалась на более чем 430 м. Современники замечали с гордостью или сожалением, что производственная линия была на 21 м длиннее самого большого в то время океанского лайнера «Queen Mary».
К середине XX века назрела необходимость использования новых более простых и дешевых методов производства высококачественного стекла.
Переход на новые способы производства оконного стекла – флоат-процесс
Заслуга создания революционного способа производства полированного стекла (флоат процесс) принадлежит Сэру Аластару Пилкингтону (Alastair Pilkington).
Лайонел Александр Бетин (Аластар) Пилкингтон родился в 1920 году, после окончания школы в Шерборне поступил в Тринити Колледж в Кембридже, где получил свою первую научную степень в области механики. Во время войны он покинул университет и поступил на службу в Королевскую артиллерию. Участвовал в военных действиях в Греции и на Крите. После освобождения из плена в конце войны, он вернулся в Кембридж для продолжения учебы и решил продолжить карьеру как гражданский инженер. В марте 1947 году он был назначен техническим помощником на фабрике листового стекла Пилкингтон, а через два года выполняет обязанности производственного менеджера на фабрике в Донкастере. В 1952 году Аластар возвращается в Сент-Хеленс, и под его руководством начинаются экспериментальные работы над разработкой флоат процесса. В результате первых экспериментов, он предложил для формования и транспортировки ленты стекла использовать расплав металла. В 1953 году на первой опытной установке был изготовлен образец флоат-стекла (float-glass) шириной 300 мм. В 1955 году на новой экспериментальной установке было получено флоат-стекло шириной 760 мм, и правление Пилкингтон принимает смелое и рискованное решение о строительстве производственной флоат линии (float-line) шириной 2540 мм. Компания надеялась на успех, но в тоже время понимала, что в случае неудачи финансовые потери будут составлять миллионы фунтов. С другой стороны, успешный запуск линии гарантировал значительный и революционный скачок в технологии листового стекла за всю длительную историю производства стекла.
Производственная линия, работающая по флоат-методу, была введена в Коулей Хилле (Великобритания) 6 мая 1957 года. Многие в то время не верили в новый процесс, и говорили, что эта линия не произведет даже 1 m² стекла. Только через 14 месяцев было получено первое качественное флоат-стекло (float-glass) толщиной 6,5 мм, и 20 января 1959 года компания Пилкингтон официально опубликовала пресс-релиз, в котором представила флоат-процесс следующими словами:
«Флоат-процесс является наиболее фундаментальным, революционным и важным достижением в производстве стекла в 20 столетии»
В соответствии с разработанной компанией Пилкингтон (Pilkington) флоат-способом стекломасса из студочного бассейна при температуре 1100°С непрерывной лентой поступает из стекловаренной печи на поверхность расплавленного олова. Лента выдерживается при достаточно высокой температуре для удаления всех дефектов и неровностей на поверхности стекла. Так как поверхность расплавленного металла является идеально ровной поверхностью, то стекло приобретает “огненно-полированную” блестящую поверхность, которая не нуждается в дальнейшей шлифовке и полировке. При проведении экспериментов установлено, что расплавленная стекломасса не растекается бесконечно на поверхности расплавленного олова. Когда силы тяжести и поверхностного натяжения уравновешиваются, лента приобретает равновесную толщину около чуть меньше 7 мм. Для получения ленты стекла различной толщины были созданы методы, основанные на регулировании вязкости стекла в зоне формования и величины растягивающего усилия. Если необходимо получить толщину ленты стекла больше 7 мм, то ее сжимают несмачивающими бортовыми ограничителями.
В начале работе возникла проблема выбора расплавленного металла, который должен находиться в жидком состоянии в пределах температурного интервала от 600 до 1050°С, иметь низкие значения давления паров, а величина плотности должна быть выше, чем стекла. Исследования показали, что всем этим требованиям соответствует олово, которое почти не взаимодействует со стеклом, и является вполне доступным и дешевым продуктом. Но олово при высоких температурах окисляется кислородом с образованием оксидных соединений. Поэтому, чтобы исключить окисление поверхности расплава олова, во флоат-ванне необходимо создавать инертную атмосферу азота с малой добавкой водорода. После формования лента стекла охлаждается до 620°С и транспортируется в печь отжига.
4.4. В умелых руках песок превращается в золото
Стекло тоже научились делать первыми не финикийцы, но они внесли важные новшества в технологию его производства. В Финикии это ремесло достигло совершенства. Стеклянные изделия местных мастеров пользовались огромным спросом. Античные авторы были даже убеждены, что стекло изобрели финикийцы, и эта ошибка является весьма показательной.
На самом деле все начиналось в Месопотамии и Египте. Еще в IV тысячелетии до нашей эры египтяне научились изготавливать глазурь, которая близка по своему составу к древнему стеклу. Из песка, золы растений, селитры и мела они получали мутное, непрозрачное стекло, а потом формовали из него небольшие сосуды, которые пользовались большим спросом.
Самые ранние образцы настоящего стекла – бусы и другие украшения – появляются в Египте около 2500 года до нашей эры. Стеклянные сосуды – маленькие чаши – известны в северной Месопотамии и Египте примерно с 1500 года до нашей эры. С этого времени начинается широкое производство этого материала.
Стеклоделие в Месопотамии переживает настоящий расцвет. Сохранились клинописные таблички, в которых описывается процесс изготовления стекла. Готовое стекло сверкало различными оттенками, но не было прозрачным. В начале I тысячелетия до нашей эры, очевидно, там же, в Месопотамии, научились изготавливать полые предметы из стекла. В Египте в ХVI – ХIII веках до нашей эры также изготавливали стекло высокого качества.
Финикийцы использовали опыт, накопленный мастерами Месопотамии и Египта, и вскоре стали играть ведущую роль. Временный упадок, переживаемый ведущими державами Древнего Востока в начале I тысячелетия до нашей эры, помог финикийцам завоевать рынок.
Начиналось же все от бедности. Финикия была обделена полезными ископаемыми. Немного глинозема – и все. Только лес, камень, песок и морская вода. Казалось бы, нет никакой возможности развивать свою промышленность. Можно лишь перепродавать купленное у соседей. Однако финикийцы сумели наладить производство товаров, которые пользовались необычайным спросом повсюду. Из ракушек они добывали ценную краску; из песка стали делать… стекло.
В горном Ливане песок богат кварцем. А кварц представляет собой кристаллическую модификацию диоксида кремния (кремнезема); это же вещество является важнейшим компонентом стекла. Обычное оконное стекло со держит бол ее 70 процентов кремнезема, а свинцовое – около 60 процентов.
Особенно славился своим качеством песок, который добывали у подножия горы Кармел. По словам Плиния Старшего, там «есть болото, которое называется Кандебия». Отсюда вытекает река Бел. Она «илиста, с глубоким дном, песчинки в ней можно увидеть только при отливе моря; перекатываемые волнами и таким образом очищаясь от грязи, они начинают сверкать. Считают, что тогда они и затягиваются морской едкостью… Это пространство берега составляет не больше пятисот шагов, и только оно в течение многих веков было источником для производства стекла». Тацит в своей «Истории» тоже упоминает, что в устье реки Бел «добывают песок, из которого, если варить его с содой, получается стекло; место это совсем небольшое, но, сколько ни берут песка, запасы его не иссякают» (пер. Г.С. Кнабе).
Финикийские стеклянные вазы, найденные в Тире
Проверив эти рассказы, археологи выяснили, что в песке реки Бел содержится 14,5 – 18 процентов извести (карбоната кальция), 3,6 – 5,3 процента глинозема (оксида алюминия) и около 1,5 процента углекислого магния. Из смеси этого песка с содой получается прочное стекло.
Итак, финикийцы брали обычный песок, которым была богата их страна, и смешивали его с гидрокарбонатом натрия – питьевой содой. Ее добывали в египетских содовых озерах или же получали из золы, оставшейся после сгорания водорослей и степной травы. Добавляли к этой смеси щелочноземельный компонент – известняк, мрамор или мел, – а затем нагревали все это примерно до 700 – 800 градусов. Так возникала пузыристая, вязкая, быстро застывавшая масса, из которой изготавливали стеклянный бисер или, например, выдували изящные, прозрачные сосуды.
Финикийцы не довольствовались простым подражанием египтянам. Со временем, проявив невероятную выдумку и упорство, они научились изготавливать прозрачную стекловидную массу. Можно только гадать, сколько времени и труда им это стоило.
Первыми в Финикии занялись стеклоделием жители Сидона. Случилось это сравнительно поздно – в VIII веке до нашей эры. К тому времени почти тысячу лет на рынках господствовали египетские поставщики.
Впрочем, Плиний Старший приписывает изобретение стекла именно финикийцам – экипажу одного судна. Оно якобы шло из Египта с грузом соды. В районе Акко моряки причалили к берегу, чтобы пообедать. Однако рядом не удалось найти ни одного камня, на который можно было бы поставить котел. Тогда кто-то взял с корабля несколько кусков соды. Когда же они «расплавились от огня, смешавшись с песком на берегу», то «потекли прозрачные ручьи новой жидкости, – таким было происхождение стекла». Многие считают эту историю выдумкой. Однако, по мнению ряда исследователей, в ней нет ничего невероятного – разве что место указано неверно. Произойти она могла близ горы Кармел, да и время изобретения стекла точно неизвестно.
Поначалу финикийцы изготавливали из стекла покрытые орнаментом сосуды, украшения и безделушки. Со временем они разнообразили производственный процесс и стали получать стекло различных сортов – от темного и мутного до бесцветного и прозрачного. Они умели придавать прозрачному стеклу любой цвет; оно не мутнело от этого.
По своему составу это стекло было близко современному, но отличалось соотношением компонентов. Тогда оно содержало больше щелочи и оксида железа, меньше кремнезема и извести. Это снижало температуру плавления, но ухудшало качество. Состав финикийского стекла был примерно следующим: 60 – 70 процентов кремнезема, 14 – 20 процентов соды, 5 – 10 процентов извести и различных оксидов металла. В некоторых стеклах, особенно непрозрачных красных, обнаружено много свинца.
Спрос рождал предложение. В крупнейших городах Финикии – Тире и Сидоне – выросли стекольные заводы. Со временем цены на стекло снизились, и оно превратилось из предмета роскоши в античный ширпотреб. Если библейский Иов приравнивал стекло к золоту, говоря, что мудрость не оплатить ни золотом, ни стеклом (Иов. 28, 17), то со временем стеклянная посуда потеснила и металлическую, и керамическую. Финикийцы наводнили все Средиземноморье стеклянными сосудами и бутылками, бисером и плиткой.
Свой наивысший расцвет это ремесло переживает уже в римскую эпоху, когда, вероятно, в Сидоне открыли способ выдувания стекла. Случилось это в I веке до нашей эры. Славились умением выдувать стекло также мастера Беруты и Сарепты. В Риме и Галлии это ремесло тоже получило широкое распространение, поскольку туда переселилось немало специалистов из Сидона.
Сохранилось несколько сосудов из дутого стекла, помеченных знаком мастера Энниона из Сидона, работавшего в Италии в начале или середине I века нашей эры. Долгое время эти сосуды считались самыми ранними образцами. Однако в 1970 году при раскопках в Иерусалиме был обнаружен склад с литыми и дутыми стеклянными сосудами. Они были изготовлены в 50 – 40 годах до нашей эры. Очевидно, дутье стекла появилось в Финикии несколько раньше.
По словам Плиния Старшего, в Сидоне придумали даже зеркала. Они были в основном круглыми, выпуклыми (их также изготавливали из дутого стекла), с тонкой металлической подкладкой из олова или свинца. Вставляли их в металлическую рамку. Подобные зеркала изготавливали вплоть до ХVI века, когда венецианцы изобрели оловянно-ртутную амальгаму.
Именно знаменитая венецианская мануфактура продолжила традиции сидонских мастеров. В Средние века ее успехи привели к упадку спроса на ливанское стекло. И все же даже в эпоху крестовых походов стекло, произведенное в Тире или Сидоне, пользовалось большим спросом.
В наши дни остатки стекловаренных печей, построенных в римскую или византийскую эпоху, еще можно встретить на побережье между современными городами Сур (Тир) и Сайда. В Сарепте море, отступив от берега, обнажило остатки древних печей. Среди развалин древнего Тира руины печей отыскали археологи. Стекло, оставшееся в печах, приятного зеленоватого цвета, довольно чистое, но не прозрачное.
Из книги Люди, корабли, океаны. 6000-летняя авантюра мореплавания автора Ханке ХельмутЗолото желанное - золото проклятое Началось это в океане Начало открытию положил пронзительный крик радости, вырвавшийся из глоток отчаявшихся людей: «Тьерра! Тьерра!» Полтора тысячелетия до этого с неменьшим восторгом и почти при таких же обстоятельствах люди
Из книги Спичке – сто лет автора Андреев Борис ГеоргиевичСоломка превращается в спичку В фабричной лабораторииНам нужно побывать теперь в самом «сердце» спичечной фабрики - в ее фабричной лаборатории. Ведь соломка, чтобы сделаться спичкой, должна получить головку из зажигательной массы, а бочка коробки должны покрыться
Из книги Здесь был Рим. Современные прогулки по древнему городу автора Сонькин Виктор Валентинович Из книги Генералиссимус. Книга 2. автора Карпов Владимир ВасильевичПодбор умелых соратников В дни контрнаступлений Сталин опирался на Жукова, Шапошникова, Василевского. Но, наряду с ними, искал и новые сильные личности. Так было с Еременко. Помните, что сказал Сталин, посылая Еременко спасать от окружения войска Юго-Западного фронта:
Из книги Сталин мог ударить первым автора Грейгъ Ольга ИвановнаГлава 13 Как союзник превращается во врага? Нарком флота в связи с вторжением германского вермахта на территорию СССР уже в первые часы войны решил огромное количество вопросов, связанных с поддержанием высокой боеготовности всех флотских объединений.Вызвав начальника
Из книги Неизвестный Гитлер автора Воробьевский Юрий ЮрьевичНарод превращается в публику Гитлер внимательно читал книгу Лебона «Душа толпы». А значит - помнил слова: «Кто владеет искусством производить впечатление на воображение толпы, тот и обладает искусством ею управлять». Ведь на толпу «нереальное действует почти так же, как
Из книги История второй русской революции автора Милюков Павел НиколаевичVII. «Уговор» превращается в «заговор» Свидание Львова с Керенским 26 августа. Сильно смущенный впечатлениями, полученными в Ставке, но тем более уверенный в важности той услуги, которую готовился оказать и России, и своему «личному другу» Керенскому, В. Н. Львов приехал в
Из книги Дневник немецкого солдата автора Кёрнер-Шрадер ПаульПесок в машину Прошло полгода. Сентябрь. Черную тьму прорезают лучи света. Снова я ощущаю вкус еды, хотя трупный запах все еще преследует меня.Я - в Эйленбурге, в резервном батальоне. Эти полгода я провел в Берлине, в отделении для нервнобольных тылового госпиталя в
Из книги Завоевание Америки Ермаком-Кортесом и мятеж Реформации глазами «древних» греков автора27. Исчезнувшее золото американских ацтеков и исчезнувшее золото сибирских
Из книги Самые богатые люди Древнего мира автора Левицкий Геннадий Михайлович«Золото - всюду мерцало золото…» 1 ноября 1922 г. экспедиция приступила к расчистке от щебня и мусора пространства близ гробницы Рамзеса. Ими оказался засыпан древний поселок строителей царских гробниц. Все это было бы интересно туристам, но не археологу, поставившему
Из книги Русский царь Иосиф Сталин, или Да здравствует Грузия! автора Грейгъ Ольга ИвановнаИстория 1 Как юмор превращается в Золотую Звезду Героя В бытность моей учебы в военно-учебном заведении много довелось услышать историй от бывалых офицеров. Некоторые их этих историй постепенно становятся известными, некоторые обрастают небывалыми подробностями,
Из книги Великие тайны золота, денег и драгоценностей. 100 историй о секретах мира богатства автора Коровина Елена Анатольевна Из книги По следам султанов и раджей автора Марек ЯнПесок над крепостью Я проснулся раньше всех, на рассвете, и сонный. выглянул из окна. Над бескрайним морем песка поднимался раскаленный диск солнца. Вдоль дороги на верблюде трясся одинокий наездник, направлявшийся к небольшому загону с забором из прутьев терновника. Там
Из книги Книга 2. Освоение Америки Русью-Ордой [Библейская Русь. Начало американских цивилизаций. Библейский Ной и средневековый Колумб. Мятеж Реформации. Ветх автора Носовский Глеб Владимирович12.5. Компас в руках Невия-Ноя и компас в руках крестоносца Колумба Как мы говорили, при завоевании земли обетованной и плавании через великий океан, в руках Невия-Ноя был компас. После отказа от ошибочной хронологии ничего удивительного в этом нет. На кораблях Колумба,
Из книги Дорога Домой автора Жикаренцев Владимир Васильевич Из книги Путин. В зеркале «Изборского клуба» автора Винников Владимир ЮрьевичАлександр Проханов. «Так уголь превращается в алмаз…» Между властью и обществом России построен Крымский мостКрым, как светлая буря, ворвавшаяся в русскую жизнь, преобразил общество, одухотворил власть, изменил человека. Исчезли апатия и уныние, которые влачились за