Развитие техники стеклоделия

Техника производства изделий из стекла претерпела существенные изменения с древних времен до наших дней. Так как первые стеклоделы не имели представления о химических элементах и оксидах металлов, как компонентах стёкол, то в технологии варки стекла был заложен практический способ нахождения самой легкоплавкой смеси исходных материалов.

Плавку вели в два приема. Стекольную шихту загружали в предварительно прокалённый глиняный тигель и ставили на костёр. После прогрева при максимально возможной температуре содержимое тигля высыпали и отбирали оплавленные кусочки. Расплав возникал в местах контакта разнородных материалов. По происхождению эта легкоплавкая смесь соответствовала эвтектическому составу. Этап образования легкоплавких кусочков называется фриттованием (франц. friture – жаренье, топлёный жир). Оплавленные кусочки шихты использовали для получения расплава стекла. Для этого кусочки фритты загружали снова в керамический тигель и плавили на костре.

В древности не умели делать сосудов из стекла. Задолго до нашей эры в Финикии изобрели способ производства небольших сосудов с помощью песчано-глинистых стержней. Такой стержень окунали в расплав стекла и извлекали кусок стекломассы. После охлаждения внутренность разрушали. Получали очень грубую внутреннюю поверхность. В другом способе нити стеклорасплава наматывали на конец песчано-глинистого стержня, получая более тонкостенные сосуды.

На протяжении многих столетий возможности стекловарения ограничивались возможностью получения высокой температуры. Для повышения температуры стекломассы использовали вдувание воздуха в огонь. Сначала это делали с помощью камышовой трубки, а затем с использованием кожаного меха (мех – приспособление с растягивающимися складчатыми стенками для нагнетания воздуха, кузнечные меха используются в небольших мастерских и в наши дни). Конец камышовой трубки предохраняли от сгорания обмазкой из глины. Кто-то из первых стеклоделов случайно опустил обмазанную глиной камышовую трубку в расплав стекла и обнаружил, что извлечённая из керамического горшка стекломасса выдувается. Получили первое выдувное изделие. С изобретением стеклодувной трубки в начале нашей эры отмечается расцвет и бурный рост стеклоделия. В больших количествах стали изготавливать необходимые в быту сосуды (бутылки, банки, кувшины, ковши) и другие изделия из стекла.

В 17 веке в производстве стекла в качестве топлива впервые стали применять уголь. Техника стеклоделия начала ускоренно развиваться в 19 столетии. В 1870 году Сименс изобрёл регенератор для стекловаренной печи. Без регенератора температура в стекловаренной печи не превышала 1200 - 1300°С. При использовании регенераторов в крупных стекловаренных печах уверенно поддерживается температура до 1500°С и выше. Применили сжатый воздух для выдувания изделий, затем использовали прессовыдувание, механическое вытягивание из стекломассы листов, трубок, различных профилей.

В 1902 году бельгиец Фурко изобрел машину для вытягивания листов стекла. Эта идея была реализована в промышленном масштабе в 1913 году.

Периоды развития технологии стеклоделия

I. 4-2 тысячелетия до нашей эры. Стекломассу получали в малых количествах. С помощью простых инструментов из стекла делали украшения, амулеты, предметы религиозного культа: бусы, браслеты, скарабеи (в Египте скарабей или жук-навозник почитался как одна из форм солнечного божества.) и т.д. Кусочки стекла имитировали природные камни (яшмы, агата, аметиста и другие). Прозрачного стекла делать не умели.

II. 2-1 тысячелетия до нашей эры. Наряду с украшениями, из стекла делают небольшие сосуды (флаконы, слёзницы, чаши). Внутренняя поверхность этих изделий очень грубая. К концу периода научились варить прозрачное стекло.

III. Конец первого тысячелетия до н.э. – начало 19 века. Рассвет стеклоделия в связи с изобретением стеклодувной трубки. Массовое производство бытовых предметов из стекла. Научились делать высокохудожественные изделия. Этот период отличается разнообразием форм и способов декорирования. Стекло превратилось в материал широкого применения. Появились лупы, пенсне, очки, телескопы, микроскопы и другие оптические приборы. Налажено производство оптического стекла. Оконное стекло производили, расправляя выдувное стекло в лист.

IV. Начало 19 века – до наших дней. Применение регенераторов в конструкции стекловаренных печей. Широкое использование машинной техники. Разнообразные способы получения оконного стекла от вытягивания через валки до флоат-процесса. Создание многочисленных составов стёкол. Разнообразное применение стекла в науке, технике, быту.

Стеклоделие в России

Древние изделия из стекла обнаружены при раскопках в Старой Ладоге. Этот город возник в 753 году и в 862 он стал первой столицей дохристианской Руси. Здесь правил Рюрик с братьями – князьями варяжского племени Русь. Постепенно Рюрик расширял владения, подсоединяя другие земли.

В 9-11 веках стекольные мастерские появились в Киеве, здесь изготовляли браслеты, бусы, оконные диски, смальту. Смальта – это пластины из цветного непрозрачного стекла для мозаичных работ. В 10 – 12 веках стекольное производство налаживается во многих древнерусских городах, в том числе и в Москве. Нашествие в 1243 году и последующее правление монгольских феодалов на несколько веков затормозило развитие ремёсел в России. Лишь в 1635 году швед Елисей Коет основал первый стекольный завод в местечке Духанино, вблизи Воскресенска. В значительной мере его продукция шла на нужды царского двора. Позднее около Москвы построили еще пять стекольных заводов.

Многое сделал для развития стеклоделия и оптики в России Пётр I. Он организовал при своём дворе оптическую мастерскую, в которой изготовлялись различные оптические приборы и инструменты. Тогда же было построено много стекольных заводов. В 1756 году на реке Гусь Владимирской области был построен хрустальный завод – это современный Гусь-Хрустальный завод. В 1819 году в России работало 156 стекольных заводов. В 1913 году – 275 заводов, на которых работало 75 тысяч рабочих.

Основоположником научного стеклоделия в России является М.В.Ломоносов. До Ломоносова развитие науки о стекле шло эмпирическим путём. В 1748 году он организовал первую научную химическую лабораторию в России. Применяя не менее 50-60 различных компонентов, Ломоносов, как это видно из его записок, «сделал более 4 тыс. опытов, коих не только рецепты сочинял, но и материалы по большей части своими руками развешивал и в печь ставил». Ломоносов составлял рецепты шихты и варил цветные стёкла, впервые систематизировал результаты исследований по влиянию состава на свойства стёкол. Он вводил новые элементы в стекло, исследовал влияние состава газовой атмосферы на цвет и свойства стёкол, вновь открыл секрет получения золотого рубина. В 1754 году под руководством Ломоносова в деревне Усть-Рудица под Петербургом была построена фабрика по производству разноцветных стёкол. Из тянутой мозаики Ломоносов составлял знаменитые мозаичные картины («Полтавская битва», «Пётр Первый» и др.).

В 1764 году, ученик М.В.Ломоносова академик Петербургской академии наук К.Г.Лаксман впервые при производстве стекла использовал вместо соды и поташа сульфат натрия.

В 1864 году под редакцией Д.И.Менделеева выходит книга «Стекольное производство». В ней вводится предположение о полимерном строении стекла, обусловленном оксидами кремния, раскрывается влияние различных добавок на свойства стекла. В 1898 году известный стеклодел С.П.Петухов издал книгу «Стеклоделие».

После 1917 года стекольная промышленность в России получила широкое развитие. В 1926 году в Дагестане на базе месторождения природного газа запущен первый завод по производству оконного стекла по способу вертикального вытягивания. Промышленное производство самых разнообразных изделий из стекла (листовое, стеклянных труб, стекловолокна и др.) были организованы во многих областях страны. В настоящее время линии по выпуску флоат-стекла, современные заводы по производству стеклотары и других изделий из стекла приходят на смену старым технологиям.

Оптико-механические мастерские появились в России в 19 веке. Первоначально они занимались ремонтом иностранных оптических проборов, позднее мастерские стали и изготавливать аналогичную продукцию. Оптические стёкла впервые начали варить в 1914 году. Выпускалось оптическое стекло трёх марок. В 70-е годы XX века в Советском Союзе ассортимент оптического стекла насчитывал 120 марок.

В 1925 году начал выходить журнал «Керамика и стекло», позднее изменивший название на «Стекло и керамика». С 1975 года выходит журнал академии наук «Физика и химия стекла». В Советском Союзе были созданы многочисленные научно-исследовательские институты стекла (стеклянного волокна, электровакуумного стекла, кварцевого стекла, автомобильного стекла и др.), инженеров-стекольщиков готовили 15 вузов.

1.2. Стеклообразное состояние