Из чего делают стекло? При какой температуре плавится стекло? Из стекла используются как в

Если вам интересно, откуда берется стекло, пойдите на пляж. Почти все стекло делается из песка, который на самом деле является измельченным кварцем.

Песок содержит небольшую примесь железа. Именно железо придает стеклу, сделанному из обычного песка, зеленоватый цвет. Для производства абсолютно бесцветного прозрачного стекла стекловатры используют селен. Этот минерал придает стеклу легкий красноватый оттенок, который компенсируется зеленоватым цветом, и в результате стекло кажется бесцветным. (Для производства стекла других цветов стеклодувы добавляют другие вещества: кобальт - для глубокого синего цвета; марганец - для фиолетового; хром или железо - для зеленого.)

Чтобы получить стекло, песок необходимо расплавить. Вам наверняка приходилось ходить по раскаленному песку в солнечный день, поэтому вы догадываетесь, что для этого его нужно нагреть до очень высоких температур. Кубик льда тает при температуре около 0 С. Песок начинает плавиться при температуре не менее 1710 С, что превышает максимальную температуру нашей привычной духовки почти в семь раз. Нагревание любого вещества до такой температуры требует больших затрат энергии, а следовательно, и денег. По этой причине при производстве стекла для повседневных нужд стекловары добавляют в песок вещество, помогающее песку плавиться при более низких температурах - примерно 815 С. Обычно этим веществом является кальцинированная сода.

Однако, если при расплаве использовать смесь только песка с кальцинированной содой, можно получить удивительный сорт стекла - стекло, растворяющееся в воде (прямо скажем, не самый лучший выбор для стаканов).

Чтобы стекло не растворялось, нужно добавлять третье вещество. Стекловары прибавляют к песку и соде измельченный известняк (вы наверняка видели этот красивый белый камень).

Стекло, из которого обычно делают окна, зеркала, стаканы, бутылки и лампочки, называется натриево-кальциево-силикатным. Такое стекло очень прочное, а в расплавленном виде ему легко придать нужную форму. Кроме песка, кальцинированной соды и известняка в эту смесь (специалисты говорят «шихту») входит немного окиси магния, окиси алюминия, борной кислоты, а также вещества, предотвращающие образование пузырьков воздуха в этой смеси.

Все эти ингредиенты соединяют и смесь (шихту помещают в гигантскую печь (самые большие из этих печей могут вмещать почти 1110000 кг жидкого стекла).

Сильный огонь печи нагревает смесь, пока она не начнет плавиться и не превратится из твердого вещества в тягучую жидкость. Жидкое стекло продолжают прогревать при высоких температурах, пока из него не исчезнут все пузырьки и прожилки поскольку сделанная из него вещь должна быть абсолютно прозрачной. Когда масса стекла становится однородной и чистой, огонь уменьшают и ждут пока стекло превратится в вязкую тягучую массу - как горячий ирис. Затем стекло выливают из печи в отливную машину, где оно разливается по отливным формам и формуется.

Однако при производстве полых вещей, например бутылок, стекло приходится выдувать, как воздушный шарик. Раньше выдувание стекла можно было увидеть во время ярмарок и карнавалов, ныне этот процесс частенько показывают по телевизору. Вы, вероятно, видели, как стеклодувы дуют в кусок горячего стекла, висящего на конце трубки, и создают удивительные фигурки. Но выдувать стекло можно и с помощью машин. Основной принцип стеклодувов - дуть в стеклянную каплю, пока в середине не образуется воздушный пузырь, который станет полостью в готовой вещи.

После того как стеклу придана необходимая форма, его подстерегает новая опасность - оно может треснуть при охлаждении до комнатной температуры. Во избежание этого мастера стараются контролировать процесс охлаждения, подвергая застывающее стекло термообработке. Последний этап обработки - снятие лишних капелек стекла с ручек чашек или полировка тарелок с помощью специальных химикатов, делающих их идеально гладкими.

Ученые до сих пор спорят, чем следует считать стекло - твердым веществом или очень вязкой (сиропообразной) жидкостью. Поскольку стекла окон старых домов внизу толще, а вверху тоньше, некоторые заявляют, что стекло со временем стекает. Однако на это можно возразить, что раньше оконные стекла делали не идеально ровными и люди просто вставляли их в рамы более толстым краем вниз. Даже изделия из стекла времен Древнего Рима не демонстрируют никаких признаков «текучести». Таким образом, пример со старым оконным стеклом не поможет разрешить вопрос, является ли стекло в действительности жидкостью высокой вязкости.

Что только в настоящее время нельзя сделать своими руками? Будь то обычная поделка, вещь гардероба, мебель и прочее. Как сделать стекло в домашних условиях? — Казалось бы плавка стекла, это нереально. В современном мире нет ничего невозможного. Главное в этом деле — это желание. И в этой статье вы найдете подробный пошаговый алгоритм столь занимательного и интересного занятия как изготавливают стекло.

Что известно о стеклоделии?

Из истории известно, что стеклоделие — весьма древний процесс. Как это делается? По временным рамкам относится примерно к периоду до 2500 г. до н.э. Ранее такое редкое и ценное занятие в наше время сменилось распространенным производством данного материала.

Стеклянные изделия встречаются повсеместно. Их используют в качестве тары, элементов быта и декора, изоляторов, армирующего волокна и прочего. Различаются стекла лишь составляющим материалом, которое используется для изготовления. А вот сам процесс практически одинаковый.

Основные материалы, которые понадобятся:

1. главный элемент — это кварцевый песок (диоксид кремния);
2. карбонат натрия или сода;
3. оксид кальция, она же известь;
4. печь для варки стекла;
5. другие соли и оксиды, которые могут использоваться по индивидуальному случаю дополнительно (оксиды алюминия, железа, магния, свинца и соли кальция или натрия);
6. защитная одежда;
7. гриль;
8. древесные угли;
9. формы и другие элементы для придания формы;
10. огнеупорный тигель.

Способы изготовления стекла с использованием печи

Первый способ, как спаять стекло в домашних условиях, — это использование печи.

Приобретение кварцевого песка:

• Данный материал является основой для производства стекла. Стекло, в котором нет примесей железа, имеет свои преимущества — оно светлое. Что нельзя сказать о стекле, в котором оно присутствует. Оно будет отдавать зеленцой.
• Важно перед началом работы надеть маску. Кварцевый песок — тонкозернистый и с легкостью попадает в носовую полость и далее в легкие. Это, в свою очередь, будет раздражать горло.
• Приобрести кварцевый песок с легкостью можно в специализированном интернет-магазине. Стоимость у него невысокая.

Важно! Стоимость примерного количества, которое понадобится, будет в районе 20 у. е. В будущем можно приобретать его вплоть до тонны, примерная стоимость которой будет 100 у. е. Это если вы планируете работать в промышленном масштабе.

• Бывает, что найти качественный песок не так-то и просто, и в нем превышает количество примесей. Не расстраивайтесь. В данном случае на помощь придет диоксид марганца. Его стоит добавить в небольшом количестве. Если же в вашей задумке именно стекло с зеленоватым оттенком, то делать абсолютно ничего не нужно. Оставьте все как есть.

Добавление карбоната и оксида кальция:

• Карбонат в данном случае снижает температуру получения промышленных стекол. При этом он вызывает разъедание стекла при участии воды. Чтобы этого избежать, необходимо дополнительно в стекло ввести известь или оксид кальция.
• Для стойкости стекла используют оксиды магния или алюминия. Как правило, эти включения занимают не большой процент в составе стекла. Цифра приблизительно 26-30 процентов.

Добавление других химических элементов:

• Такой метод изготовить декоративное стекло в домашних условиях требует использования оксида свинца. Он придает блеск хрусталю, низкую его твердость, делает его доступным к резке, придает низкую температуру образования расплава.
• Оксид лантана можно встретить в составе линз для очков. Он обладает преломляющим свойством.
• Что касаемо свинцового хрусталя, то он может содержать до 33 процентов оксида свинца.

Важно! Чем больше свинца, тем больше необходимо ловкости, чтобы придать форму расплавленному стеклу. Исходя из этого, многие стеклодувы предпочитают меньшее его количество.

• Примеси железа в стекле из кварца придают ему зеленый оттенок. При этом оксид железа добавляется для увеличения зеленоватого оттенка. Это касается и оксида меди.
• Желтый, янтарный, и даже черный цвет можно получить при помощи соединения серы. Все зависит от количества углерода или железа добавленного в стекольную шихту.

Основные этапы изготовления стекла:

• Поместите шихту в температуроустойчивый тигель. Последний должен быть максимально устойчив к температуре, которая будет в печи. Она может варьировать от 1500 до 2500 градусов. Это зависит от добавок.

Важно! Еще есть одно немаловажное требование к тиглю — он должен быть таким, чтобы при помощи металлических щипцов его с легкостью можно было зафиксировать.

• Расплавьте смесь до жидкой консистенции. Для промышленного силикатного стекла это можно сделать в газоотапливаемой печи.

Важно! Также существуют электрические, муфельные и горшковые печи. В них можно выполнить специальное стекло. Учтите, что кварц и песок, которые не содержат дополнительных примесей, переходят в стеклообразное состояние, когда температура в печи 2500 градусов по Цельсию. Если к содержимому добавить карбонат натрия, это же обычная сода, то температура снизится до 1500 градусов.

• Тщательно следите за консистенцией стекла. Важно своевременно удалить из него все пузырьки. Добиться этого можно при регулярном помешивании до равномерной густоты. Также необходимо добавить один из элементов — хлорид натрия, сульфат натрия или же оксид сурьмы.
• Придайте форму стеклу. Для этого используйте один из перечисленных способов.
• Самое простое — это вылить расплав стекла в форму и дождаться пока оно остынет. С помощью такого метода создаются множество оптических линз. Ранее именно этот способ использовали египтяне.
• Готовое расплавленное стекло поместите в ванную, в которой содержится расплавленное олово. Последнее выступает в роли субстрата. Далее необходимо продувать его сжатым азотом для придания формы или же полировки. Еще один способ — это собрать на конце полой трубы необходимое количество стекла и, поворачивая трубу, выдувать его.

Важно! Стекло, выполненное по данному методу, имеет название флоат-стекло. С начала 1950-х годов производят именно его.

• Оставляем стекло, чтобы оно остыло. Важно расположить его в таком месте, где оно не повредится, его не испортит вода, пыль или, например, листья. Имейте ввиду, что при контакте с холодными предметами, оно даст трещины.
• Завершающим действием данного способа изготовить стекло в домашних условиях будет отжиг стекла. Этот способ тепловой обработки придаст прочность материалу. При его использовании будут убраны все точечные источники напряжений, с которыми можно столкнуться в процессе охлаждения стекла.

Важно! При завершении данной работы на стекло можно наносить дополнительные покрытия для увеличения стойкости и прочности. Также можно ламинировать.

1. Не отожженное стекло обладает меньшей прочностью.
2. Что касаемо температуры для завершающей работы, то она зависит от точного состава стекла — от 400 до 550 градусов по Цельсию.
3. Скорость охлаждения стекла зависит от размера. Крупные стеклянные изделия необходимо охлаждать медленно. С мелкими дела обстоят быстрее.

Способ изготовления стекла с применением жаровни

Второй способ изготовления стекла в домашних условиях – это жаровня на древесном угле. Давайте и в данном случае разберем все пошагово.

Оборудование для работы

Для начала нужно смастерить печь. Отлично для этого подойдет гриль для барбекю. Важно, чтобы он отапливался древесным углем. В данном случае для того, чтобы расплавить кварцевый песок в стекло используется тепло, которое вырабатывает уголь при сжигании. Опять-таки, стоимость данного материала не слишком высокая. Находятся они в широкой доступности.

Важно! Гриль используйте стандартного размера. Лучше если он будет в виде купола. Главные качества, которыми он должен обладать, — это наличие толстых стен и хорошая прочность. Если в гриле имеется отверстие для вентиляции, обычно оно расположено снизу, его нужно открыть.

Однако в данном методе могут быть небольшие препятствия. Даже если имеются очень высокие цифры температуры, не всегда можно расплавить его с легкостью. Для этого перед началом процесса нужно добавить в песок известь, буру или стиральную соду. Количество добавок не должно превышать ⅓-¼ от объема песка.

Важно! Помните, что эти добавки значительно снижают температуру плавления песка.

Форматирование стекла

Для выдува стекла подготовьте длинную полую металлическую трубку. Для того чтобы вылить стекло, необходима форма. Она должна быть плотной и не должна расплавиться от горячего стекла. Используйте, например, графит.

Важно! При использовании данного метода необходимо помнить, что нагрев гриля происходит намного выше его обычного нагрева. Не исключено, что может расплавиться и сам гриль. Поэтому при изготовлении стекла данным способом, нужно аккуратно и ответственно выполнять все действия. Халатность может привести к серьезным травмам или же вовсе к летальному исходу.

Меры безопасности:

1. Возле рабочей зоны расположите большой объем песка и огнетушитель.
2. Всю работу необходимо выполнять вне помещения.
3. Пол должен быть бетонным, например.
4. В момент варки стекла находитесь подальше от гриля, для того чтобы защитить себя и свою одежду от высоких температур.
5. Не забудьте надеть защитную одежду. Это — огнестойкая одежда, рукавицы для печей, высокопрочный фартук поверх одежды, и обязательно сварочную маску.
6. Также в данном способе вам понадобится пылесос. Он будет выполнять роль поддува угля. Располагаем его следующим образом: относим корпус на достаточное расстояние. Шланг фиксируем к вентиляционному отверстию, которое расположено снизу. Возможно, его придется изогнуть, чтобы придать необходимую форму. Фиксировать же можно к одной из ножек гриля. Шланг должен быть закреплен прочно и не двигаться.

Важно! Если же произошло обратное, то ни в коем случае к нему не подходите, ведь он очень сильно разогрет. Далее необходимо выключить пылесос и посмотреть положение шланга. Он должен быть направлен точно в вентиляционное отверстие.

Порядок работы:

• На внутреннюю поверхность гриля выложите древесный уголь. Положить его необходимо в два, а то и три раза больше, чем для запекания мяса. Хорошо, если он будет наполнен практически до краев.

Важно! Используйте уголь из твердой древесины. Он горит быстрее и лучше, нежели брикетированный.

• В середину чаши расположите чугунную емкость или тигель с песком.
• Внимательно изучите упаковку от используемого угля. Разожгите его подходящим способом. Есть уголь который поджигается непосредственно сам, а есть материал, для которого используется жидкость для разжигания. Подождите, пока пламя равномерно распространится.
• Ждите, пока уголь будет готов к дальнейшей работе. Готовность углей можно определить по цвету. Они будут оранжевыми.
• Следующим шагом включите пылесос. Это необходимо для того, чтобы уголь продувался.

Важно! Уголь, на который воздействует поток воздуха, может нагреваться до очень высоких температур. Примерно до 1100 градусов по Цельсию. Это необходимо учитывать, находясь рядом с печью. Из нее могут появляться восходящие вспышки.

Практически у каждого материала и соединения в мире имеется три возможных состояния: твердое, жидкое и газообразное. В нормальных условиях материалы пребывают в разном состоянии, которое зависит от их химических свойств.

Чтобы вывести их из равновесия, необходимо повышать или понижать температуру до указанного значения. Например, температура плавления стекла начинается примерно с 750 градусов по Цельсию. Материал имеет так называемые аморфные свойства, поэтому у него и нет конкретного значения.

Все зависит от количественного и качественного состава примесей в соединении. Так что установить конкретное значение для выбранного предмета можно исключительно экспериментальным путем. Для этого понадобится определенный набор измерительных приборов, который имеется только в специализированных лабораториях. Можно, конечно, взять и бытовые аналоги, но они будут иметь слишком большую погрешность.

Принципы расчета

Произвести расчет температуры плавления стекла в домашних условиях - очень сложная задача. Она будет связана со многими трудностями, среди которых стоит выделить:

• 1. Необходимость обеспечения поэтапного повышения температуры расплавляемого тела строго на один градус. В противном случае невозможно будет достоверно установить, при каком именно показателе начинается процесс перехода из твердого состояния в жидкое, то есть эксперимент завершится неудачей.
• 2. Нужно найти очень точный термометр, способный замерять температуру до 2 тысяч градусов по Цельсию с минимальной погрешностью. Лучше всего подойдет электронный прибор, который будет стоит слишком дорого для бытовых опытов.
• 3. Проведение эксперимента дома в принципе не самая удачная идея, потому что придется искать посуду, в которой можно плавить стекло, раздобыть устойчивый источник огня, способный обеспечить нужный уровень подогрева, купить дорогостоящее оборудование.

Процесс плавления

В лабораториях ученые выясняют искомое значение при помощи множественных опытов. Затем температура плавления стекла заносится в таблицу, которая содержит также химический состав соединения. Это нужно, чтобы понять, какие именно элементы больше всего влияют на плавление, чтобы в будущем можно было привести этот показатель к более-менее стандартным характеристикам.

Отсутствие четкого числа заставляет нерационально использовать производственные ресурсы. Например, на стекольных заводах в печах поддерживают температуру около 1600 градусов Цельсия, притом, что многие виды могли бы без проблем расплавиться и при одной тысяче. Экономия энергоносителей позволила бы значительно снизить себестоимость готовой продукции, что положительно повлияло бы на экономическую эффективность деятельности стеклодувных заводов.

Температура плавления стекла в градусах начинается от 750 (некоторые источники приводят цифру от 1000) и продолжается аж до 2500. При этом, если брать акриловое стекло, которое по сути не является стеклом, а просто имеет такое название, то оно плавится всего при 160 градусах, а на 200 градусах уже начинает кипеть. Но оно состоит из органической смолы и не имеет в составе кремния и других химических элементов.

А вот остальные марки наоборот зачастую могут похвастаться пестрым разнообразием состава. Используемый в производстве песок часто проходит недостаточную очистку, в результате чего в готовых изделиях содержится много ненужного. Внешне это никак не отражается на эксплуатационных свойствах, но приводит к аморфности химических характеристик.

Понижения температуры плавления стекла можно достичь, если в расплав добавить соответствующие элементы. В бытовых опытах наиболее доступными являются оксид свинца и борная кислота. Массовую долю нужно будет рассчитать по известным формулам, так как она будет зависеть от количества расплавленного стекла. После застывания можно будет повторить свой опыт и убедиться, что теперь материал плавится при значительно меньшей температуре.

Но стоит учесть, что полученное стекло не имеет практического значения и годится исключительно для опытов. Это связано с тем, что добавление примесей изменяет и его рабочие параметры, так что вещество не сможет в полной мере справляться с возложенными на него функциями. Именно поэтому никто не изменяет технологический процесс с помощью добавления указанных компонентов.

Основные значения

Приблизительные значения перехода стекла в жидкое состояние дл некоторых видов:

Температура плавления бутылочного стекла - 1200-1400 градусов по Цельсию;
- температура плавления кварцевого стекла - около 1665 градусов по Цельсию;
- температура плавления ампульного стекла - 1550-1800 градусов по Цельсию;
- жидкое стекло температура плавления - 1088 градусов по Цельсию.

Для последнего вещества можно указать точную цифру, потому что оно не проявляет аморфных свойств, так как является водно-щелочным раствором силикатов натрия и калия. Стоит также учесть, что стекло плавится не сразу, а вначале переходит в тягучее карамелеобразное состояние. Это свойство используется мастерами-стеклодувами для создания различных изделий и сувениров.

Заняться подобным ремеслом можно и в домашних условиях. Недостатка в сырье не будет, так как можно найти массу стеклянных бутылок прямо на улице. А в качестве прибора для размягчения материала подойдет и обычная газовая лампа. Свои изделия ручной работы можно будет потом продавать на сувениры и зарабатывать неплохие деньги.

Зачем вообще для стекловарения нужны печи? Дело в том, что чтобы из стекла сделать что-нибудь полезное, нужно его сначала расплавить, а плавится оно при температурах ни много, ни мало, 1400-1600 °С.

Сырьем для изготовления стекла служит, главным образом, кварцевый песок (оксид кремния SiO2)

Кварцевый песок

Чтобы придать стеклу необходимые свойства, кварцевый песок смешивают с разными добавками, в основном, это известняк (тот, который ракушечник, с фасадов зданий), полевой шпат, доломит, сода и красители (оксиды металлов)

Известняк

Полевой Шпат

Доломит

Таких добавок в стекле бывает до 20-30%. Вообще-то, чем больше добавок, тем ниже вязкость расплава (грубо говоря, он «текучее») и ниже температура плавления, т.е. его обрабатывать проще, например, выдувать бутылки и пр. можно уже при 800 °С. Но может быть и по-другому: если, например, в смесь оксид бора добавить, выйдет борсиликатное стекло, жаростойкое и устойчивое к перепадам температур - на радость домохозяйкам. Стекло же из чистого оксида кремния получится тугоплавким, из него чтобы что-нибудь выдуть, придется до 1600 °С разогреть.

В общем, с сырьем разобрались. Всё, что надо, тщательно очищают, измельчают (этим обычно специальные обогатительные фабрики/производства занимаются), перемешивают и засыпают в стекловаренную печь через специальное окно. Внутри печи в огромном бассейне за дело берется практически инфернальный огонь и превращает за несколько часов песок в жидкость.

Пламя внутри печи.

Кстати, раскочегаривание такой печи до нужной температуры - непростой, долгий, а главное, дорогой процесс (сколько топлива надо, чтоб такую огромную дуру на 2-9 тыс. тонн стекла разогреть!), поэтому, разжегши её единожды, стараются больше не гасить: процесс варки стекла за 10-15 лет службы печи прерывают только пару раз для холодного ремонта.

Естественно, смесь расплавляется не сразу вся, а постепенно; по мере расплавления она перемешивается, из нее выходят пузырьки воздуха. То, что уже хорошо расплавилось, собирается на дне бассейна (плотность-то у расплава выше) и по закону сообщающихся сосудов перетекает под стенкой, проходящей через бассейн, в другую его часть, подальше от пламени и еще не расплавленной смеси.

Тут температура немного ниже, и жидкое стекло отсюда поступает уже в следующую, рабочую ванну за пределами печи, а оттуда уходит на обработку. Чтобы получить, например, листовое стекло для окон и зеркал, его отливают и прокатывают почти как металл.

Чтобы получить идеально ровную поверхность, на современных заводах расплавленное стекло сначала выливают в бассейн, полный расплавленным оловом, и оно, стекло, плавая на поверхности олова, распределяется по нему равномерным тонким слоем и остывает примерно с 1000 до 600 °С, так получают так называемое флоат-стекло (float-glas).

Как я уже говорил, процесс этот непрерывный, и на выходе после охлаждения получается бесконечная стеклянная лента. Но прежде, чем её на куски разрезать, поверхность вновь нагревают газовыми горелками: таким образом запаиваются микротрещины, которые все равно образуются даже несмотря на постепенное охлаждение из-за разности напряжений внутри стекла при твердении. В результате стекло выходит особенно прозрачным.

Производство флоат-стекла

Старая технология, применявшаяся на советских заводах, предусматривала вертикальное вытягивание стеклянной ленты при интенсивном охлаждении поступающей из печи массы. Стекло, произведенное таким образом, отличается значительно большими оптическими искажениями.

Ну вот, вроде почти со всем разобрались. На картинке только еще одна непонятная часть печи осталась: регенератор. Штуковина замечательная и гениальная в своей простоте. За её изобретение еще в 1856 году младший из братьев Сименсов, Фридрих, получил английское дворянство. А смысл в том, чтобы экономить топливо для стекловаренной печи, подогревая воздух, подающийся в печь для горения. И экономия на топливе может достигать 40%!

Принцип работы регенератора

Регенератор состоит из двух одинаковых шахт, заполненных жаропрочными керамическими сборками, образующими внутри шахт множество мелких каналов для воздуха. Воздух поступает через первую шахту, попадает в печь через окно, смешивается с топливом (газом) и сгорает. Раскалённые продукты горения уходят через другое окно во вторую шахту, и прежде, чем выйти наружу, нагревают упомянутые керамические сборки. Потом, как они достаточно накалятся, минут через двадцать, поток воздуха пускают через вторую шахту, он в ней разогревается перед попаданием в печь, а отработанные газы начинают разогревать сборки в первой шахте. Затем цикл повторяется.

За рамками этого рассказа остались разнообразные жаропрочные керамические покрытия внутри печи (металл для такой температуры не годится). С ними всё тоже довольно занимательно: физические и химические процессы, протекающие во время плавления стекла, приводят к удивительным образованиям: внутри печи начинают расти сталактиты!

Сегодня мы поговорим о том, как самому в домашних условиях изготовить стекло своими руками. Так же рассмотрим методики и технологии самостоятельного изготовления стекла и стеклянных изделий, а именно печи, приспособления и инструменты для плавки стекла

На заводах и в химических лабораториях стекла получают из шихты — тщательно перемешанной сухой смеси порошкообразных солей, оксидов и других соединений. При нагревании в печах до очень высокой температуры, нередко выше 1500°С, соли разлагаются до оксидов, которые, взаимодействуя между собой, образуют силикаты, бораты, фосфаты и другие устойчивые при высоких температурах соединения. Вместе они и составляют стекло.

Мы будем готовить так называемые легкоплавкие стекла, для которых достаточно лабораторной электрической печи с температурой нагрева до 1000°С. Еще понадобятся тигли, тигельные щипцы (чтобы не обжечься) и небольшая ровная плита, стальная или чугунная. Сначала мы сварим стекло, а потом найдем ему применение.

Перемешайте шпателем на листе бумаги 10 г тетрабората натрия (буры), 20 г оксида свинца и 1,5 г оксида кобальта, просеянных через сито. Это и есть наша шихта. Пересыпьте ее в небольшой тигель и уплотните шпателем так, чтобы получился конус с вершиной в центре тигля. Уплотненная шихта должна занять в тигле не более трех четвертей объема, тогда стекло не будет проливаться.

Щипцами поставьте тигель в электропечь (тигельную или муфельную), нагретую до 800—900 °С, и подождите, пока шихта не сплавится. Об этом судят по выделению пузырьков: как только оно прекратилось, стекло готово. Достаньте тигель щипцами из печи и сразу же вылейте расплавленное стекло на стальную или чугунную плиту с чистой поверхностью. Остывая на плите, стекло образует слиток сине-фиолетового цвета.

Чтобы получить стекла других цветов, замените оксид кобальта другими окрашивающими оксидами. Оксид железа(III) (1—1,5 г) окрасит стекло в коричневый, оксид меди(II) (0,5—1 г)—в зеленый, смесь 0,3 г оксида меди с 1 г оксида кобальта и 1 г оксида железа (III)—в черный цвет. Если же взять только борную кислоту и оксид свинца, то стекло останется бесцветным и прозрачным. Поэкспериментируйте сами с другими оксидами, например, хрома, марганца, никеля, олова.

Стекло измельчите пестиком в фарфоровой ступке, Чтобы не пораниться осколками, обязательно обмотайте руку полотенцем, а ступку с пестиком прикройте чистой тряпкой.

Ссыпьте мелкий стеклянный порошок на толстое стекло, добавьте немного воды и разотрите до сметанообразного состояния курантом — стеклянным или фарфоровым диском с ручкой. Вместо куранта можно взять маленькую плоскодонную ступку или полированный кусок гранита — так поступали старые мастера, когда растирали краски. Полученную массу называют шликером. Его мы будем наносить на поверхность алюминия примерно так же, как это делают, изготовляя украшения.

Очистите поверхность алюминия наждачной бумагой и обезжирьте кипячением в содовом растворе. На чистой поверхности прочертите скальпелем или иглой контур рисунка. Поверхность с помощью обычной кисточки покройте шликером, просушите над пламенем, а потом нагревайте в том же пламени до тех пор, пока стекло не наплавится на металл. У вас получится эмаль.

Если значок невелик, его можно покрывать слоем стекла и нагревать в пламени целиком. Если же изделие более крупное (скажем, табличка с надписью), то надо разбить его на участки и наносить стекло на них поочередно. Чтобы цвет эмали был более интенсивным, нанесите стекло повторно. Таким способом можно получать не только украшения, но и надежные эмалевые покрытия для защиты алюминиевых деталей во всевозможных приборах и моделях. Так как в этом случае эмаль несет дополнительную нагрузку, металлическую поверхность после обезжиривания и промывки желательно покрыть плотной оксидной пленкой; для этого достаточно подержать деталь 5—10 мин в печи с температурой чуть ниже 600°С.

Разумеется, на большую деталь шликер удобнее наносить не кисточкой, а из пульверизатора или просто поливом (но слой должен быть тонким). Подсушите деталь в сушильном шкафу при 50—60°С, а затем перенесите в электропечь, нагретую до 700—800°С.

А еще из легкоплавких стекол можно приготовить окрашенные пластинки для мозаичных работ. Куски битой фарфоровой посуды (их вам всегда дадут в посудном магазине) облейте тонким слоем шликера, просушите при комнатной температуре или в сушильном шкафу и наплавьте стекло на пластинки, выдерживая их в электропечи при температуре не ниже 700°С.

Освоив работу со стеклом, вы можете помочь своим коллегам из биологического кружка: там нередко изготовляют чучела животных, а для чучел нужны разноцветные глаза...

В стальной плите толщиной около 1,5 см высверлите несколько углублений разных размеров с коническим или сферическим дном. Тем же способом, что и прежде, сплавьте разноцветные стекла. Гаммы, пожалуй, хватит, а чтобы изменить интенсивность, чуть увеличьте или уменьшите содержание окрашивающей добавки.

Небольшую каплю яркого расплавленного стекла поместите в углубление стальной плиты, затем налейте стекло цвета радужной оболочки. Капля войдет в основную массу, но не смешается с ней, — так будут воспроизведены и зрачок, и радужная оболочка. Охлаждайте изделия медленно, не допуская резких перепадов температур. Для этого затвердевшие, но еще горячие «глаза» достаньте из формы подогретым пинцетом, положите в рыхлый асбест и уже в нем охладите до комнатной температуры. .

Конечно, легкоплавким стеклам можно найти и другие применения. Но не лучше ли будет, если вы поищете их сами?

И в завершение опытов со стеклом, пользуясь все той же электропечью, попытаемся превратить обыкновенное стекло в цветное. Естественный вопрос: нельзя ли таким способом сделать солнечные очки? Можно, но вряд ли это удастся вам с первого раза, потому что процесс капризен и требует некоторых навыков. Поэтому беритесь за очки только после того, как потренируетесь на кусочках стекла и убедитесь, что результат соответствует ожиданиям.

Основой краски для стекла будет канифоль. Из резинатов, солей кислот, входящих в состав канифоли, вы ранее готовили сиккативы для масляных красок. Вновь обратимся к резинатам, потому что они способны образовывать на стекле тонкую ровную пленку и служить носителями красящего вещества,

В растворе едкого натра концентрацией около 20% растворяйте при помешивании и помня, конечно, об осторожности, кусочки канифоли до тех пор, пока жидкость не станет темно-желтой. Отфильтровав, добавьте немного раствора хлорида железа FeCl3 или другой соли трехвалентного железа. Имейте в виду, что концентрация раствора должна быть небольшой, соль нельзя брать в избытке — осадок гидроксида железа, который в этом случае образуется, нам помешает. Если же концентрация соли невелика, то образуется красный осадок резината железа — он-то там и нужен.

Отфильтруйте красный осадок и высушите его па воздухе, а затем растворите до насыщения в чистом бензине (не автомобильном, а бензине-растворителе) еще лучше было бы взять гексан или петролейный эфир. Кисточкой или пульверизатором окрасьте поверхность стекла тонким слоем, дайте подсохнуть и положите на 5—10 мин в печь, нагретую примерно до 600°С.

Но канифоль относится к органическим веществам, а им такую температуру не выдержать! Правильно, но именно это и нужно — пусть органическая основа выгорит. Тогда на стекле останется тончайшая пленка оксида железа, хорошо сцепленная с поверхностью. И хотя оксид в общем-то непрозрачен, в столь тонком слое он пропускает часть световых лучей, т. е. может служить светофильтром.
Возможно, светозащитный слой покажется вам слишком темным или, напротив, излишне светлым. В таком случае поварьируйте условия опыта — чуть увеличьте или уменьшите концентрацию раствора канифоли, измените время и температуру обжига. Если же вас не устраивает цвет, в который скрашено стекло, замените хлорид железа хлоридом другого металла, но непременно такого, оксид которого ярко окрашен, например хлоридом меди или кобальта.

А когда технология тщательно отработана на кусочках стекла, можно без особого риска совершить превращение обычных очков в солнечные. Не забудьте только вынуть стекла из оправы — пластмассовая оправа не выдержит нагревания в печи точно так же, как канифольная основа...
.
Чтобы получить стекло, песок необходимо расплавить. Вам наверняка приходилось ходить по раскаленному песку в солнечный день, поэтому вы догадываетесь, что для этого его нужно нагреть до очень высоких температур. Кубик льда тает при температуре около 0 С. Песок начинает плавиться при температуре не менее 1710 С, что превышает максимальную температуру нашей привычной духовки почти в семь раз.
Нагревание любого вещества до такой температуры требует больших затрат энергии, а следовательно, и денег. По этой причине при производстве стекла для повседневных нужд стекловары добавляют в песок вещество, помогающее песку плавиться при более низких температурах — примерно 815 С. Обычно этим веществом является кальцинированная сода.
Однако, если при расплаве использовать смесь только песка с кальцинированной содой, можно получить удивительный сорт стекла — стекло, растворяющееся в воде (прямо скажем, не самый лучший выбор для стаканов).

Чтобы стекло не растворялось, нужно добавлять третье вещество. Стекловары прибавляют к песку и соде измельченный известняк (вы наверняка видели этот красивый белый камень).

Стекло, из которого обычно делают окна, зеркала, стаканы, бутылки и лампочки, называется натриево-кальциево-силикатным. Такое стекло очень прочное, а в расплавленном виде ему легко придать нужную форму. Кроме песка, кальцинированной соды и известняка в эту смесь (специалисты говорят «шихту») входит немного окиси магния, окиси алюминия, борной кислоты, а также вещества, предотвращающие образование пузырьков воздуха в этой смеси.

Все эти ингредиенты соединяют и смесь (шихту помещают в гигантскую печь (самые большие из этих печей могут вмещать почти 1110000 кг жидкого стекла). .

Сильный огонь печи нагревает смесь, пока она не начнет плавиться и не превратится из твердого вещества в тягучую жидкость. Жидкое стекло продолжают прогревать при высоких температурах, пока из него не исчезнут все пузырьки и прожилки поскольку сделанная из него вещь должна быть абсолютно прозрачной. Когда масса стекла становится однородной и чистой, огонь уменьшают и ждут пока стекло превратится в вязкую тягучую массу — как горячий ирис. Затем стекло выливают из печи в отливную машину, где оно разливается по отливным формам и формуется.
Однако при производстве полых вещей, например бутылок, стекло приходится выдувать, как воздушный шарик. Раньше выдувание стекла можно было увидеть во время ярмарок и карнавалов, ныне этот процесс частенько показывают по телевизору. Вы, вероятно, видели, как стеклодувы дуют в кусок горячего стекла, висящего на конце трубки, и создают удивительные фигурки. Но выдувать стекло можно и с помощью машин. Основной принцип стеклодувов — дуть в стеклянную каплю, пока в середине не образуется воздушный пузырь, который станет полостью в готовой вещи.

После того как стеклу придана необходимая форма, его подстерегает новая опасность — оно может треснуть при охлаждении до комнатной температуры. Во избежание этого мастера стараются контролировать процесс охлаждения, подвергая застывающее стекло термообработке. Последний этап обработки — снятие лишних капелек стекла с ручек чашек или полировка тарелок с помощью специальных химикатов, делающих их идеально гладкими.

Ученые до сих пор спорят, чем следует считать стекло — твердым веществом или очень вязкой (сиропообразной) жидкостью. Поскольку стекла окон старых домов внизу толще, а вверху тоньше, некоторые заявляют, что стекло со временем стекает. Однако на это можно возразить, что раньше оконные стекла делали не идеально ровными и люди просто вставляли их в рамы более толстым краем вниз. Даже изделия из стекла времен Древнего Рима не демонстрируют никаких признаков «текучести». Таким образом, пример со старым оконным стеклом не поможет разрешить вопрос, является ли стекло в действительности жидкостью высокой вязкости.

Состав (сырье) для получения стекла в домашних условиях:
Кварцевый песок;
Кальцинированная сода;
Таламит;
Известняк;
Нефелиновый сиенит;
Сульфат натрия.

Как изготавливают стекло в домашних условиях (процесс производства)

Обычно используют в качестве ингредиентов стеклянный лом (битое стекло) плюс вышеперечисленные компоненты.

1) Составные элементы будущего стекла поступают в печь, где все это плавится при температуре 1500 градусов, образуя однородную жидкую массу.

2) Жидкое стекло поступает в гомогенизатор (аппарат для создания стабильных смесей), где оно перемешивается до массы с единой температурой.

3) Горячей массе дают отстояться несколько часов.

Вот так и делают стекло!