144379 (727652), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, стекло обладает физико-механическими свойствами твёрдого тела, сохраняя способность обратимого перехода из жидкого состояния в стеклообразное (данное определение позволяет наблюдать, что фигурально к стёклам, в расширительном значении, относят все вещества по аналогии процесса образования и ряда формальных свойств (стеклообразное состояние) — на сём она исчерпываться, поскольку материал, как известно, прежде всего характеризуется своими практическими качествами, которые и определяют более строгую детерминацию стёкол как таковых в материаловедении).
Стёкла образуются в результате переохлаждения расплавов со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации. Благодаря этому стёкла обычно длительное время сохраняют аморфное состояние. Неорганические расплавы, способные образовать стеклофазу, переходят в стеклообразное состояние при температурах ниже температуры стеклования Tg (при температурах свыше Tg аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии).
В настоящее время разработаны материалы чрезвычайно широкого, поистине — универсального диапазона применения, чему служат и присущие изначально (например, прозрачность [9], отражательная способность, стойкость к агрессивным средам, красота и многие другие) и не свойственные ранее стеклу — синтезированные его качества (например — жаростойкость, прочность, биоактивность, управляемая электропроводность и т. д.). Различные виды стёкол используется во всех сферах человеческой деятельности: от строительства, изобразительного искусства, оптики, медицины — до измерительной техники, высоких технологий и космонавтики, авиации и военной техники. Изучается физической химией и другими смежными и самостоятельными дисциплинами.
Стекло может быть получено путём охлаждения расплавов без кристаллизации. Практически любое вещество из расплавленного состояния может быть переведено в стеклообразное состояние. Некоторые расплавы (как то — отдельных стеклообразующих веществ) не требуют для этого быстрого охлаждения. Однако некоторые вещества (такие как металлосодержащие расплавы) требуют очень быстрого охлаждения, чтобы избежать кристаллизации. Так, для получения металлических стёкол необходимы скорости охлаждения 100000—1000000 К/с. Стекло может быть получено также путём аморфизации кристаллических веществ, например бомбардировкой пучком ионов, или при осаждении паров на охлаждаемые подложки. Вязкость аморфных веществ — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества. Обычно расплавы стеклообразующих веществ имеют высокую вязкость по сравнению с расплавами нестеклообразующих веществ .
Стёкла, в частности благодаря полимерному строению обладают способностью к гетерогенности. Полимерность стёкол в стеклообразном состоянии придаёт им индивидуальные качества, определяющие, в зависимости от характера этих структурных образований, степень прозрачности и других свойств стёкол. Присутствие в составе стекла соединений того или иного химического элемента, оксида металла, может влиять его окраску, степень электропроводности, и другие физические и химические свойства.
В твёрдом состоянии силикатные стёкла весьма устойчивы к обычным реагентам (за исключением плавиковой кислоты), и к действию атмосферных факторов. На этом свойстве основано их широчайшее применение: для изготовления предметов быта, оконных стёкол, стёкол для транспорта, стеклоблоков и многих других строительных материалов, предметов медицинского, лабораторного, научно-исследовательского назначения, и во многих других областях.
Для специальных целей выпускают химически-стойкое стекло, а также стекло, стойкое к тем или иным видам агрессивных воздействий.
Улучшение свойств стекла
Основной недостаток обычных стёкол — хрупкость. Для того, чтобы расширить сферу применения стекла, его подвергают закалке (закалённое стекло), армированию, создают многослойные композиты (триплекс).
Закаленное стекло – это листовое стекло, которое подвергается специальной химической и термической обработке, в результате чего существенно, более чем в 5 раз повышается механическая прочность материала и его устойчивость к резким перепадам температур. При разрушении такое стекло оказывается достаточно безопасным, рассыпаясь на множество мелких осколков.
Закаленное стекло производят в специальных печах из листов неполированного, полированного, матового, тонированного или узорчатого стекла. Процесс закалки стекла происходит в следующем порядке: сначала стекло разогревают выше температуры размягчения, а затем интенсивно охлаждают в равномерно подаваемых на всю поверхность стекла струях воздуха. Первыми при охлаждении затвердевают поверхностные слои стекла, а затем внутренние слои, где при охлаждении возникают остаточные напряжения сжатия. Эти напряжения и обеспечивают механическую прочность и термостойкость материала. Однако стоит отметить, что противопоказаны раскрой и резка стекла. Уже готовые закаленные стекла нельзя сверлить или подвергать другим видам механической обработки. Все нужные технологические вырезы и отверстия, а также обработку кромки следует предусмотреть заранее и сделать до начала процесса закалки.
Благодаря уникальным свойствам и достаточно высокому уровню безопасности (в сравнении с обычным стеклом), закаленное стекло все чаще находит свое применение в самых различных областях. Например, в современном строительстве материал успешно используется при остеклении конструкций любой сложности, в том числе фасадов многоэтажных зданий и входных групп, лестничных ограждений, светопрозрачных кровель и полов; при остеклении балконов и лоджий, телефонных кабин и остановок общественного транспорта; при изготовлении витрин и витражей. Более того, во многих странах мира, а также в крупных городах России (Москве, Санкт-Петербурге) уже несколько лет действует строительная норма, строго регламентирующая применение закаленного стекла при остеклении лоджий и балконов. Оно может активно применяться не только в архитектуре и строительстве, но и в отделке жилых интерьеров. Из этого прочного материала изготавливают оригинальные межкомнатные перегородки или прозрачные стены, стильные двери без рам или почти невесомые барные стойки. В закаленном стекле воплощаются самые смелые фантазии дизайнеров, создающих прозрачную мебель и всевозможные аксессуары.
1.4 Основные промышленные виды стекла
В качестве главной составной части в стекле содержится 70—75 % двуокиси кремния (SiO2), получаемой из кварцевого песка при условии соответствующей грануляции и свободы от всяких загрязнений. Венецианцы для этого применяли чистый песок из реки По или даже завозили его из Истрии, тогда как богемские стеклоделы получали песок из чистого кварца.
Второй компонент — окись кальция (CaO) — делает стекло химически стойким и усиливает его блеск. На стекло она идёт в виде извести. Древние египтяне получали её из щебня морских раковин, а в средние века она приготовлялась из золы деревьев или морских водорослей, так как известняк в качестве сырья для приготовления стекла был ещё не известен. Первым подмешивать к стеклянной массе мел, как тогда назывался известняк, стали богемские стеклоделы в XVII веке.
Следующей составной частью стекла являются оксиды щелочных металлов - натрия (Na2O) или калия (K2O), нужные для плавки и выделки стекла. Их доля составляет примерно 16—17 %. На стекло они идут в виде соды (Na2CO3) или поташа (K2CO3), которые при температуре легко разлагаются на окиси. Соду сначала получали выщелачиванием золы морских водорослей, а в местности, удалённой от моря, применяли содержащий калий поташ, получая его выщелачиванием золы буковых или хвойных деревьев.
Различаются три главных вида стекла:
Содово-известковое стекло (1Na2O : 1CaO : 6SiO2)- можно с лёгкостью плавить, оно мягкое и потому легко поддаётся обработке, а кроме того, чистое и светлое.
Калийно-известковое стекло (1K2O : 1CaO : 6SiO2) - более тугоплавкое, твёрдое и не такое пластичное и способное к формовке, но обладает зато сильным блеском. Оттого что раньше его получали непосредственно из золы, в которой много железа, стекло было зеленоватого цвета, и в XVI веке для его обесцвечивания начали применять перекись марганца. А так как именно лес давал сырьё для изготовления этого стекла, его называли ещё лесным стеклом. На килограмм поташа шла тонна древесины.
Калийно-свинцовое стекло (1K2O : 1PbO : 6SiO2) («хрусталь»), получается заменой окиси кальция окисью свинца. Оно довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжёлое, отличается сильным блеском и высоким коэффициентом светопреломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая игру света.
1.5 Стекло в интерьере
Прозрачное стекло
Этот материал, благодаря своей прозрачности и легкости, оптически «лишает» громоздкости даже массивные конструкции. С помощью этого экологически чистого, натурального материала современные интерьеры словно наполняются воздухом и светом, становятся более «прозрачными» и легкими. Ведь современные технологии работы со стеклом и способы обработки кромок и поверхностей настолько совершенны, что позволяют сделать из стекла практически любой предмет интерьера. Возможно, именно по этим причинам дизайнеры все охотнее и чаще обращаются к нему и не перестают удивлять новыми решениями, оригинальными и непредсказуемыми. Более того, некоторые дизайнеры даже считают, что в дальнейшем стекло вполне может стать главной составляющей интерьера, причем вовсе не обязательно оформленного в современном стиле. Современные технологии позволяют воссоздать с помощью стекла атмосферу любого исторического стиля, не говоря уже о композициях, актуальных для интерьера XXI века.7
Идея использования стекла в качестве конструкционного и отделочного материала возникла давно. Можно вспомнить традиционные японские жилища, внешние стены которых состоят из рам, затянутых полупрозрачной бумагой, или Хрустальный дворец, построенный Джозефом Пекстоном в 1851 году в Гайд-парке по случаю всемирной выставки. Кстати, именно в те времена появились металлические конструкции и технологии производства стекла, позволяющие строить из него полноценные многоэтажные дома, и в XX веке стекло все чаще стало использоваться в этом качестве.
Дизайнерская и архитекторская мысль двинулась в очень интересном направлении: сделать стекло, хрупкий, в идеале невидимый материал, защищающим элементом, с помощью которого человек сможет созерцать безграничный окружающий мир, не чувствуя ни пронизывающего ветра, ни ледяной пурги, ни секущего дождя. Возможно, именно такой подход привел к тому, что сегодня коттеджи с огромными окнами во всю стену или даже с прозрачными стенами очень популярны в Европе.
Остекленные раздвижные стены, сплошной лентой опоясывающие дом, не просто осуществляют визуальную связь между внутренним и внешним пространствами, но делают их взаимопроникающими - можно сказать, способствуют слиянию двух миров - природы и человека. Действительно, «стеклянный» дом вполне способен создать неповторимое ощущение свободы и масштабности: ведь пейзаж за огромным окном или стеклянной стеной становится постоянно присутствующей в интерьере живой картиной, от восхода до заката дом пронизывает естественный свет (рис. 3-6)... Разумеется, стекло для изготовления таких громоздких конструкций используется специальное, обработанное особым образом. Причем из стекла в современных респектабельных домах за рубежом выполняются не только стены, но и крыша. Она может быть как из матового стекла, так и витражной (рис. 7).
Конструкции могут иметь практически любую форму, стены - раздвигаться, крыши - подниматься и опускаться. На стекла наносятся современные защитные покрытия (например, такие, как «multy coat» и «heat miiTor»), не пропускающие ультрафиолетовых лучей, предотвращающие «парниковый» эффект летом и удерживающие тепло зимой. Используются и другие виды стекла: тонированное, зеркальное, поляризованное, матовое.
Однако эта же прозрачность одновременно может оказаться и недостатком. Согласитесь, далеко не каждому человеку комфортно жить в коттедже, беззащитном перед любопытными взглядами прохожих. Кроме того, дом с прозрачными стенами подходит не для всякого климата. Ведь даже если стена выполнена из нескольких листов закаленного стекла, не очень уютно созерцать снег, лежащий почти что в комнате, - особенно в тех широтах, где холода длятся не менее полугода. Наконец, при некоторых климатических особенностях такой дом становится просто небезопасным, а очарование прозрачности практически пропадает, если весной веранды, примыкающие к домам, оказываются под угрозой сосулек, зимой стеклянную крышу закрывает снежная шуба, весной -лед, летом -пыль, а осенью -опавшая листва.
Как разделяющую зоны перегородку можно использовать также стеклянный стеллаж (рис. 9 и 10) или стеклянный экран (рис. 11).8
Стены и перегородки внутри помещения могут быть изготовлены из стеклоблоков - современного материала, выгодно отличающегося от печально известного изделия, широко распространенного в отечественном строительстве несколько десятилетий назад и, к сожалению, зачастую имевшего неэстетичный внешний вид. Стеклоблоки «нового поколения» прекрасно рассеивают солнечные лучи, делая свет внутри помещения мягким и комфортным, увеличивают пространство и осветляют самые далекие участки помещения. С их помощью можно получить эффект панорамного обзора или, наоборот, «интимную» обстановку (рис. 12).
Эффектно выглядит встроенный в стену аквариум - такая «водная стенка» может одновременно послужить и внутренней перегородкой.
Но, разумеется, одним этим использование стекла не ограничивается. Во все времена художников очаровывали неповторимые оптические свойства стекла, и в руках талантливых мастеров оно начинало играть всеми цветами радуги, преображать и одухотворять окружающее пространство. Так появились первые витражи - настоящие стеклянные произведения искусства. И по сей день витражи не теряют своей популярности. Их устанавливают в качестве оконных вставок, как самостоятельные декоративные украшения на лестничных маршах, в качестве световых плафонов или ширм и так далее. Витражи не менее разнообразны, чем традиционные оконные стекла: это и классические, из кусочков цветного стекла, скрепленных тонкой свинцовой окантовкой, и псевдовитражи, из наклеенных на прозрачный лист кусочков цветного стекла, и прекрасная живопись на стекле - картины, выполненные по прозрачному или матовому стеклу, и причудливые наборные панно из кусочков стекла, обработанных по особой технологии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
