Как делают стекло

Первооткрыватели

Имён и лиц тех достойных людей, кто подарил миру стекло, история, как водится, сохранить не потрудилась. Собственно, ничего удивительного в этом нет: как утверждает римский историк Плиний Старший, первооткрывателями были финикийские моряки. Причём открытие, как и большинство ему подобных, было сделано случайно.

Если отвлечься от высокого слога и древней латыни, которой написана "Естественная история" Плиния, рассказ получается следующим. Однажды финикийский торговый корабль, застигнутый сильной бурей, вынужден был бросить якорь в небольшой бухте. Усталые и озябшие моряки вышли на берег. Они стали искать, где бы развести костер, чтобы сварить себе похлебку и согреться. Берег был песчаный, и нигде не видно было камней, на которые можно было бы поставить котел. Тогда одному из моряков пришло в голову вытащить из трюма корабля глыбы соды, которую везли на продажу, и на эти глыбы поставить котел.

Так вот, на эти-то содовые глыбы и поставили финикийские моряки котел с водой. Костер получился на редкость удачный. Моряки сытно поели и легли спать. Утром, собираясь в путь, один из них разбросал тлеющие остатки костра. Вдруг он заметил в золе какие-то блестящие кусочки. Они не были похожи ни на дерево, ни на металл, ни на глину, ни на камень. Таких странных светлых кусочков не видел до тех пор ни один финикиянин. Это новое загадочное вещество — по утверждению Плиния — и было стеклом: сплавом берегового песка с содой.

Этот рассказ, скорее всего, вспомнят все, кто в школе читал учебник истории. Отчего-то эта версия любима многими и по сей день. Но вот насколько она правдоподобна? Увы, современные стекловары вполне убедительно доказали: древний историк ошибся. Или что-то пересказал неверно. Но факт остаётся фактом: сварить стекло из соды и песка в пламени костра нельзя.

Более реальным кажется предположение о том, что по случайности смесь песка и соды попала на глиняный горшок перед обжигом. А гончар, вынувший готовое изделие из печи заметил тонкую блестящую плёночку, покрывшую бока сосуда.

В общем, по поводу того, кому повезло с открытием стекла остаётся только гадать и верить либо истории про финикийских моряков, которые вообще были замечательными ребятами, либо поддерживать версию о везучем и внимательном гончаре. Изучающие историю происхождения этого материала когда-нибудь придут к единому мнению и относительно места — Египет, Финикия или Месопотамия, Африка или Восточное Средиземноморье и т.д., — и относительно времени — «около 6 тысяч лет назад», но характерную «синхронность открытий» можно наблюдать, причём не имеет большого значения разница даже в сотни лет, в особенности, когда в реконструируемом способе варки стекла прослеживаются существенные различия.

Технология изготовления стекла

Как вы думаете, кто впереди планеты всей в области древнего стекловарения? Правильно - древние египтяне. Примерно до 4 тыс. до н.э. древние египтяне варили так называемый "египетский фаянс" из стеатита, мягкой кварцевой муки или цельного природного кварца.

Существует мнение, что наиболее ранние образцы изготовлены из стеатита. Минерал этот по составу представляет собой силикат магния, он присутствует в природе в больших количествах. Изделия, вырезанные из куска стеатита, для получения глазури покрывались порошкообразной смесью из сырых материалов, входящих в её состав, и обжигались. Глазурь эта, по химическому составу представляющая собой силикат натрия с небольшой примесью кальция — не что иное как легкоплавкое стекло, окрашенное в голубые и зеленовато-голубые тона медью, иногда с изрядной примесью железа.

Египетские стекловары плавили стекло на открытых очагах в глиняных мисках. Спёкшиеся куски бросали раскалёнными в воду, где они растрескивались. Получившиеся обломки, так называемые фритты, растирали в пыль жерновами и снова плавили.

Фриттование использовалось в качестве основной технологии изготовления стекла даже по окончании Средневековья, поэтому на старых гравюрах и при археологических раскопках мы всегда находим две печи — одну для предварительной плавки и другую для плавки фритт.

Необходимая температура проплавления составляет 1450 °C, а рабочая температура — 1100—1200 °C. Средневековая плавильная печь («гуть» — по чешски) представляла собой низкий, топящийся дровами свод, где в глиняных горшках плавилось стекло. Выложенная только из камней и глинозёма, долго она не выдерживала, но надолго не хватало и запаса дров. Поэтому, когда лес вокруг гуты вырубали, её переводили на новое место, где леса было ещё в достатке.

Ещё одной печью, обычно соединяемой с плавильной, была отжигательная печь — для закалки, где готовое изделие нагревалось почти до точки размягчения стекла, а затем — быстро охлаждалось, чтобы тем самым компенсировать напряжения в стекле (предотвратить кристаллизацию).

В виде такой конструкции стеклоплавильная печь продержалась до конца XVII века, однако нехватка дров вынуждала некоторые гуты, особенно в Англии, уже в XVII веке переходить на уголь. Со сменой топлива возникли очередные неудобства: улетучивающаяся из угля двуокись серы окрашивала стекло в жёлтый цвет. Чтобы избежать этого, англичане начали плавить стекло в так называемых крытых горшках.

Интересны сведения о том, что стекло, в общем смысле, за время своего существования не претерпело практически никаких изменений (самые ранние образцы того, что стали называть стеклом, ничем не отличаются от известного всем — бутылочного), однако в данном случае речь идёт о веществе и материале минерального происхождения, нашедшем применение в современной практике.

Состав стекла

Чистый кремнезем (SiO2) имеет точку плавления примерно 2000 градусов, и в основном используется для получения стекла для специальных приборов. Обычно в состав смеси добавляют еще два вещества, чтобы упростить процесс производства. Во первых – это углекислый натрий (Na2CO3), или углекислый калий, который понижает точку плавления смеси до 1000 градусов. Однако, эти компоненты способствуют растворению стекла в воде, что является крайне нежелательным. Поэтому в состав смеси добавляют еще один компонент – известь (окись кальция, CaO), чтобы придать составу нерастворимость. Такое стекло содержит примерно 70%-ый кремнезем и называется известково-натриевым стеклом. Доля такого стекла в общем объеме производства составляет примерно 90%.

Так же как известь и углекислый натрий, к обычному стеклу добавляют и другие компоненты, чтобы изменить его физические свойства. Добавление в стекло свинца – увеличивает показатель преломления света, заметно увеличивает блеск, а добавка в состав смеси бора – изменяет тепловые и электрические свойства стекла. Оксид тория придавал стеклу высокий показатель преломления и низкую дисперсию, что необходимо в производстве высококачественных линз, но из-за его радиоактивности был заменен на оксид лантана в современной продукции. Добавки железа в стекло, используются для поглощения инфракрасного излучения (тепла).

Металлы и их оксиды добавляют в состав стекла, чтобы изменить его цвет. Например, марганец добавляют в малых количествах, чтобы придать стеклу зеленый оттенок, или при более высоких концентрациях – цвет аметиста. Так же как и марганец, селен используют в малых дозах, чтобы обесцветить стекло, или в больших концентрациях – чтобы придать красноватый цвет. Малые концентрации кобальта придают стеклу синеватый оттенок. Оксид меди придает бирюзовый свет. Никель, в зависимости от концентрации.

Помимо стекла обычного существует несколько разновидностей, представляющих собою историческую, культурную и художественную ценность. Например, чешское и муранское стекло. Но о них - в следующих материалах. Следите за новостями.