Скло (неоргані́чне скло) — тверда аморфна речовина, прозора, в тій чи іншій частині оптичного діапазону (в залежності від складу), отримана під час застигання розплаву, що має склотвірні компонентиДСТУ 3290-95 Виробництво скла. Види скла. Терміни та визначення..
Склотвірний компонент — речовина (оксид, сульфід, селенід, телурид чи фторид елементу), яка в процесі застигання розплавленої маси утворює скло.
Під склом розуміють сплави різних силікатів з надлишком діоксиду кремнію. Розплавлене скло не відразу твердне при охолодженні, а поступово збільшує свою в'язкість, аж поки не перетвориться в однорідну тверду речовину. Скло при твердінні не кристалізується, тому воно не має різко вираженої точки плавлення. На відміну від кристалічних матеріалів скло, при нагріванні у відповідному температурному інтервалі розм'якшується поступово, переходячи з твердого крихкого стану у тягучий високов'язкий і далі — у текучий стан — скломасуСкло неорганічне Українська радянська енциклопедія: У 12 т. 2-ге вид. — К.: Головна редакція Української радянської енциклопедії. т.10. 1983. — 543с..
Етимологія Українське скло походить від , що є давнім запозиченням з германських мов — від («келих»).
Історія
За загально складеною історичною думкою технології виготовлення скла вперше почали використовувати близько 2500–3000 рр. до н. е. у Межиріччі та Єгипті, оскільки глазуровані склом фаянсові прикраси, вік яких нараховує п'ять тисяч років, знаходили саме там. Археологія Межиріччя, особливо періоду Стародавніх Шумеру та Аккаду, схиляє дослідників до того, що менш старовинним зразком виробництва скла слід вважати пам'ятку, знайдену в Межиріччі в районі Ашнунаку — циліндричну печатку з прозорого скла, що датується періодом династій Аккадської держави, тобто вік її — близько чотирьох з половиною тисяч років. Намистина зеленуватого кольору діаметром близько 9 мм, що зберігається у Єгипетському музеї у Берліні, вважається одним з найдавніших зразків скла. Знайдена вона була єгиптологом Фліндерсом Пітрі біля Фів, за деякими допущеннями їй п'ять з половиною тисяч років. Вчений Н. Качалов стверджує, що на території Старовавілонського царства археологи постійно знаходять посудинки для пахощів місцевого походження, виконані у тій же техніці, що і єгипетські. Учений стверджує — є всі підстави вважати, «що в Єгипті й у країнах Передньої Азії джерела склоробства… відділяються від наших днів проміжком приблизно у шість тисяч років»Зарождение стеклоделия. — Н. Качалов Стекло. М.: Издательство АН СССР. 1959, 468 с. — С.43.
Близько 1500 років до н. е. у Єгипті почали виготовляти перші предмети домашнього вжитку. Це переважно були чаші, кухонне начиння та пляшки. Центрами виробництва скляних виробів були столиці Єгипту, спочатку Фіви, а потім Александрія. З Єгипту склоробство проникло на територію сучасної Італії (I ст. до н. е.). Рим у I ст. н. е. стає значним центром виробництва скла. Тут засновано декілька скляних майстерень і залучено значну кількість єгипетських склоробів. Масштаби виробництва були настільки великі, що римських склоробів у 220 р. було обкладено податком, а їхні майстерні зведені на одну з головних вулиць Риму. З Риму склоробство поширюється в римські провінції (Британія, Галлія та ін), а також у III—IV ст. на північне узбережжя Чорного моря і в Київську РусьХимическая технология стекла и ситаллов. Под ред. Н. М. Павлушкина М.: Стройиздат. — 1983. 432 с. — C.4.
Першим великим технологічним проривом у скляному виробництві можна вважати технологію видування скла, винайдену в I ст. до н. е. у фінікійському Сідоні. Ця технологія полягала у захопленні розплавленого скла на кінці трубки, у яку людина повинна була дути для надання форми скляному виробу. Основне призначення цих виробів стосувалось домашнього побутового використання (пляшки, вази). Технологія набула значного поширення у всій Римській імперіїМустафін О. Смачні мандри. Нові екскурсії кухнею. К., 2020, с.116-119.
Після падіння Риму скляне виробництво збереглося лише на Близькому Сході, переважно мусульманському. Західні європейці познайомилися з ним лише під час Хрестових походів. З IX ст. виробником скла стає Венеція, найсильніша морська держава Середземного моря. Падіння Східної Римської імперії (1204 р.) і переселення константинопольських склоробів до Венеції дало сильний поштовх виробництву венеціанського скла починаючи з XI століття й аж до XVI—XVII ст. Завдяки надзвичайній якості своєї продукції Венеція стає на той час європейською столицею з виготовлення художнього скла. Саме виробництво з 1291 р. було зосереджене на острові Мурано для зменшення ризику ворожого нападу та захисту виробничих секретівМустафін О. Смачні мандри. Нові екскурсії кухнею. К., 2020, с.114. Вже тоді скловари Венеції використовували склобій.
До XIV століття виробництво скла з'явилось у Нормандії та Лотарингії. У цей час в Нормандії виникла технологія виготовлення плаского скла для вікон. Вона полягала у видуванні скляної кулі, яку за допомогою надрізу розгортали у диск. Наступне досягнення у розвитку технологій скла у Франції зроблено Кольбертом. Саме він заснував у 1665 році «Королівську мануфактуру скла». Перший завод було відкрито у містечку Сен-Гобен у департаменті Ена, що на півночі Франції.
У XVIII ст. виробництво скла поступово перейшло від індивідуального до промислового масштабу. Уже тоді окремі фабрики виробляли понад мільйон пляшок на рік. У числі найважливіших винаходів того часу слід назвати регенеративну скловарну піч Сіменса (1870). На відміну від горшкових печей ванні печі здатні переробляти великі кількості скломаси. Це створило передумови механізації виробництва скла.
Приблизно у 1880 році у Клода Бушера, склодува з міста Коньяк виникла ідея використовувати стиснуте повітря для надання склу кінцевої форми, що відразу привело до зростання продуктивності праці на 150 %. Промислова революція суттєво вплинула на процес виготовлення скла: печі розігрівались за допомогою вугілля замість дерева; розпочалось застосування повністю автоматичних ліній; формування здійснювалось стиснутим повітрям та з використанням металевих форм.
Наступним етапом розвитку у виробництві листового скла був метод машинної витяжки скла, розроблений Емілем Фурко у 1902 році. При цьому способі скло витягується зі скловарної печі через прокатні вальці у вигляді безперервної стрічки назовні, надходячи в шахту охолодження, у верхній частині якої воно ріжеться на окремі листи. Машинний спосіб виробництва скла був удосконалений надалі в першій половині двадцятого століття. З найсучасніших способів варто відзначити так званий метод Ліббея-Оуенса та Пітсбурзький методВсе про скло. Виробництво скла..
Останнім етапом у розвитку технологій виробництва листового скла було патентування у 1959 році англійською компанією «Пілкінгтон» () флоат-методу. При цьому процесі, який можна прирівняти до відкриття, скло надходить із плавильної печі в горизонтальній площині у вигляді пласкої стрічки через ванну з розплавленим оловом на подальше охолодження й відпал.
Походження та застосування У природі скло зустрічається у складі вулканічних порід, які швидко охололи з рідкої магми при взаємодії з холодним повітрям чи водою. Іноді скло зустрічається у складі метеоритів, розплавлених при проходженні атмосфери.
Коли встановили ідентичність будови, складу і властивостей звичайного силікатного скла низці мінералів, останні стали кваліфікуватись як різновиди його природні аналоги, отримуючи назви відповідно до умов формування: вулканічне скло (пемза, обсидіани, пехштейн та ін.), скло метеоритного походження — тектит (молдавіти, лівіти та ін.).
Скло, яке використовують у промислових масштабах — матеріал штучного походження, якому властиві такі основні характеристики, як прозорість, твердість, хімічна стійкість, термостійкість. Крім того, скло має властивості, які обумовлюються його прозорістю, електричними та термомеханічними параметрами. Завдяки цьому скло широко використовують майже у всіх галузях техніки, медицині, у наукових дослідженнях та у побуті.
Застосування
Зі скла виробляють волокно, вату, тканини тощо. Ці матеріали відзначаються, значною механічною міцністю, негорючістю, кислотостійкістю і високими тепло- і електроізоляційними властивостями. Вони мають широке застосування в різних галузях техніки і будівельній справі.
У зв'язку з його згаданими електрофізичними властивостями, скло застосовують для виготовлення низько- та високовольтних ізоляторів, балонів і ніжок освітлювальних та електронних ламп, газорозрядних приладів, тонко- та товстостінних газонепроникних і вакуумщільних оболонок, різних електровакуумних приладів, рентгенівських трубок, компонентів електричних ланцюгів, що мають специфічні електрофізичні властивості.
Виробництво
При виробництві скла використовують: головні або склотвірні матеріали, до яких належать кварцовий пісок, сода, вапняк, доломіт, поташ, бура, каолін, пегматит, свинцевий сурик тощо; допоміжні матеріали, до яких належать сульфат натрію, селітра, триоксид арсену і стибію (для просвітлення скла), фториди, перекис марганцю, селен та інші речовини (для знебарвлювання скла), оксиди хрому, міді, кобальту, заліза (барвники).
За видом основних склотвірних матеріалів розрізняють такі класи скла: елементарні, оксидні, галогенідні, халькогенідні, металеві, сульфатні, нітратні, карбонатні та ін. скло елементарне — здатні утворювати лише невелике число елементів: сірка, селен, арсен, фосфор, вуглець. Склоподібні сірку і селен вдається отримати при швидкому переохолодженні розплаву; арсен — методом сублімації у вакуумі; фосфор — при нагріванні до 250 °C під тиском понад 100 МПа; вуглець — в результаті тривалого піролізу органічних смол. Промислове застосування знаходить скловуглець, що має унікальні властивості, котрі перевершують властивості кристалічних модифікацій вуглецю: він здатний залишатися в твердому стані аж до 3700 °C, має низьку густину (близько 1500 кг/м³), має високу механічну міцність, електропровідність та хімічну стійкість. скло оксидне (наприклад, скло силікатне та його різновиди), являють собою великий клас сполук. Найлегше утворюють скло оксиди SiO2, SeO2, B2O3, P2O5, As2O3. Велика група оксидів — TeO2, TiO2, SeO2 WO3 MoO3, Bi2O3, Al2O3, Ga2O3, V2O5 — утворює скло при сплавленні з іншими оксидами або сумішами оксидів. Наприклад, легко утворюється скло в системах СаО—Al2O3, СаО—Al2O3—В2O3, Р2O5—V2O2, MemOn—P2O5—V2O5, де MemOn — різні модифікуючі оксиди. скло галогенідне (фторберилатне), яке отримують на основі склотвірного BeF2 компонента. Багатокомпонентні склади фторберилатних видів скла містять також фториди алюмінію, кальцію, магнію, стронцію, барію. Фторберилатние скло знаходить практичне застосування завдяки високій стійкості до дії жорстких випромінювань, включаючи рентгенівські промені, і до таких агресивних середовищ, як фтор і фтористий водень; скло халькогенідне, яке отримують в безкисневих системах типу As—X, Ge—As—X, Ge—Sb—X, Ge—P—X (де X: S, Se, Te) та ін. Халькогенідне скло має високу прозорість в інфрачервоній ділянці спектра, має електронну провідність, проявляє внутрішній фотоефект.
Види скла, отримані на основі нітратних, сульфатних і карбонатних сполук представляють науковий інтерес, але практичного застосування поки не знайшли.
Кожен із склотвірних оксидів може утворювати скло в комбінації з проміжними або модифікувальними оксидами. Скло отримує назву за видом склотвірного оксиду: силікатне, боратне, фосфатне, германатне і т. д. Практичне значення мають види скла простих і складних складів, що належать до силікатної, боратної, боросилікатної, фосфатної, германатної, алюмінатної, молібдатної, вольфраматної та інших систем.