СТЕКЛО

СТЕКЛО твёрдый аморфный материал,
полученный в процессе переохлаждения расплава. Для С. характерна обратимость
перехода из жидкого состояния в метастабильное, неустойчивое стеклообразное
состояние. При определённых температурных условиях кристаллизуется. С.
не плавится при нагревании подобно кристаллич. телам, а размягчается, последовательно
переходя из твёрдого состояния в пластическое, а затем в жидкое. По агрегатному
состоянию С. занимает промежуточное положение между жидким и кристаллическим
веществами. Упругие свойства делают С. сходным с твёрдыми кристаллич. телами,
а отсутствие кристаллографич. симметрии (и связанная с этим изотропность)
приближает к жидким. Склонность к образованию С. характерна для мн. веществ
(селен, сера, силикаты, бораты и др.).

С. наз. также отд. группы изделий из С.,
напр, строительное С., тарное С., химико-лабораторное С. и др. Изделия
из С. могут быть прозрачными или непрозрачными, бесцветными или окрашенными,
люминссцировать под воздействием, напр., ультрафиолетового и-излучения,
пропускать или поглощать ультрафиолетовые лучи и т. д. Наибольшее распространение
получило неорганич. С., характеризующееся высокими механич., тепловыми,
хим. и др. свойствами. Осн. масса неорганич. С. выпускается для строительства
(гл. обр. листовое) и для изготовления тары. Эти виды продукции получают
преим. из С. на основе двуокиси кремния (силикатное С.); применение находят
также и др. кислородные (оксидные) С., в состав к-рых входят окислы фосфора,
алюминия, бора и т. д. К бескислородным неорганическим С. относятся С.
на основе халькогенидов мышьяка (Asи т. д., галогенидов бериллия (BeFПолупроводники
аморфные).

По назначению различают:
строительное
стекло (оконное, узорчатое, стеклянные блоки н т. д.), тарное стекло,
стекло техническое (кварцевое стекло, светотехническое стекло, стеклянное
волокно и т. д.), сортовое стекло и т. д. Вырабатываются С.,
защищающие от ионизирующих излучений, С. индикаторов проникающей радиации,
фотохромные С. с переменным светопропусканием, С., применяемое в качестве
лазерных
материалов, увиолевое стекло, пеностекло,
растворимое С. и др. Растворимое
С., содержащее ок. 75% SiOобразует с водой клейкую жидкость (жидкое С.); используется как уплотняющее
средство, напр, для изготовления силикатных красок, конторского клея, в
качестве диспергаторов и моющих средств, для пропитки тканей, бумаги и
пр. Хим. состав нек-рых видов С. приведён в таблице.

Физико-химические свойств а С. Свойства
С. зависят от сочетания входящих в их состав компонентов. Наиболее характерное
свойство С.- прозрачность (светопрозрачность оконного С. 83-90%, а оптического
стекла - до 99,95%). С. типично хрупкое тело, весьма чувствительное
к механич. воздействиям, особенно ударным, однако сопротивление сжатию
у С. такое же, как у чугуна.

Для повышения прочности С. подвергают упрочнению
(закалка, ионный обмен, при к-ром на поверхности С. происходит замена ионов,
напр, натрия, на ионы лития или калия, хим. и термохим. обработка и др.),
что ослабляет действие поверхностных микротрещин (трещины Гриффитса), возникающих
на поверхности С. в результате воздействия окружающей среды (темп-pa, влажность
и пр.) и являющихся концентраторами напряжений, и позволяет повысить прочность
С. в 4-50 раз. Обычно для устранения влияния микротрещин применяют стравливание
или сжатие поверхностного слоя. При стравливании дефектный слой растворяется
плавиковой к-той, а на обнажившийся бездефектный слой наносится защитная
плёнка, напр, из полимеров. При закалке поверхностный слой сжимается, что
препятствует раскрытию трещин. Плотность С. 2200-8000 кг 1м³,
твёрдость
по минералогич. шкале 4,5-7,5, микротвёрдость 4-10 Гн/м²,
модуль
упругости 50-85 Гн/м². Предел прочности С. при сжатии
равен 0,5-2
Гн/м²,
при изгибе 30-90 Мн/м²,
при
ударном изгибе 1,5-2
кн!м².
Теплоёмкость С. 0,3-1
кдж/кг
*К, термостойкость 80° - 1000 °С, температурный коэфф. расширения (0,56-12)·10⁹
1/К. Коэфф. теплопроводности С. мало зависит от его хим. состава и равен
0,7 -1,3 вт/(м *К). Коэфф. преломления 1,4-2,2, электрич. проводимость
10-⁸ - 10-¹⁸ом -¹ -см¹,
диэлектрич.
проницаемость 3,8-16.



Технология С. Произ-во С. состоит
из след, процессов: подготовки сырьевых компонентов, получения шихты, варки
С., охлаждения стекломассы, формования изделий, их отжига и обработки (термической,
химической, механической). К гл. компонентам относят стеклообразующие вещества
(природные, напр. SiOсодержащие основные (щелочные и щёлочноземельные) и кислотные окислы. Главный
компонент большинства промышленных С.- кремнезём (кремния двуокись),
содержание
к-рого в С. составляет от 40 до 80% (по массе), а в кварцевых и кварцоидных
от 96 до 100%. В стекловарении обычно в качестве источника кремнезёма используют
кварцевые стекольные пески, которые в случае необходимости обогащают. Сырьём,
содержащим борный ангидрид, являются борная кислота,
бура и др.
Глинозём вводится с полевыми шпатами, нефелином и т. д.; щелочные
окислы - с кальцинированной содой и поташом; щёлочноземельные окислы -
с мелом, доломитом и т. п. Вспомогат. компоненты - соединения, придающие
то или иное свойство, напр. окраску, ускоряющие процесс варки и т. д. Напр.,
соединения марганца, кобальта, хрома, никеля используются как красители,
церия, неодима, празеодима, мышьяка, сурьмы - как обесцвечиватели и окислители,
фтора, фосфора, олова, циркония - как глушители (вещества, вызывающие интенсивное
светорассеяние); в качестве осветлителей применяют хлорид натрия, сульфат
и нитрат аммония и др. Все компоненты перед варкой просеиваются, сушатся,
при необходимости измельчаются, смешиваются до полностью однородной порошкообразной
шихты, к-рая подаётся в стекловаренную печь.

Процесс стекловарения условно разделяют
на несколько стадий: силикато-образование, стеклообразование, осветление,
гомогенизацию и охлаждение ("студку").

При нагревании шихты вначале испаряется
гигроскопическая и химически связанная вода. На стадии силикатообразования
происходит термическое разложение компонентов, реакции в твёрдой и жидкой
фазе с образованием силикатов, к-рые вначале представляют собой спекшийся
конгломерат, включающий и не вступившие в реакцию компоненты. По мере повышения
темп-ры отд. силикаты плавятся и, растворяясь друг в друге, образуют непрозрачный
расплав, содержащий значит, количество газов и частицы компонентов шихты.
Стадия силикатообразования завершается при 1100-1200 ⁰C.

На стадии стсклообразова-н и я растворяются
остатки шихты и удаляется пена - расплав становится прозрачным; стадия
совмещается с конечным этапом силикатообразования и протекает при темп-ре
1150-1200 ⁰C. Собственно стсклообразованием называют процесс
растворения остаточных зёрен кварца в силикатном расплаве, в результате
чего образуется относительно однородная стекломасса. В обычных силикатных
С. содержится ок. 25% кремнезёма, химически не связанного в силикаты (только
такое С. оказывается пригодным по своей хим. стойкости для практич. использования).
Стеклообразование протекает значительно медленнее, чем силикатообразование,
оно составляет ок. 90% от времени, затраченного на провар шихты и ок. 30%
от общей длительности стекловарения.

Обычная стекольная шихта содержит ок. 18%
химически связанных газов (COпроцессе провара шихты эти газы в основном удаляются, однако часть их остаётся
в стекломассе, образуя крупные и мелкие пузыри.

С о с т а в некоторых промышленных
стёкол

На стадии осветления при длит. выдержке
при темп-ре 1500-1600 °С уменьшается степень пересыщения стекломассы газами,
в результате чего пузырьки больших размеров поднимаются на поверхность
стекломассы, а малые растворяются в ней. Для ускорения осветления в шихту
вводят осветлители, снижающие поверхностное натяжение стекломассы; стекломасса
перемешивается спец. огнеупорными мешалками или через неё пропускают сжатый
воздух или др. газ.

Одновременно с осветлением идёт гомогенизация
- усреднение стекломассы по составу. Неоднородность стекломассы обычно
образуется в результате плохого перемешивания компонентов шихты, высокой
вязкости расплава, замедленности диффузионных процессов. Гомогенизации
способствуют выделяющиеся из стекломассы газовые пузыри, к-рые перемешивают
неоднородные микроучастки и облегчают взаимную диффузию, выравнивая концентрацию
расплава. Наиболее интенсивно гомогенизация осуществляется при механич.
перемешивании (наибольшее распространение эта операция получила в произ-ве
оптич. С.).

Последняя стадия стекловарения - охлаждение
стекломассы ("студка") до вязкости, необходимой для формования, что соответствует
темп-ре 700- 1000 ⁰C. Гл. требование при "студке" - непрерывное
медленное снижение темп-ры без изменения состава и давления газовой среды;
при нарушении установившегося равновесия газов образуется т. н. вторичная
мошка (мелкие пузыри).

Процесс получения нек-рых С. отличается
специфическими особенностями. Напр., плавка оптического кварцевого С. в
электрических стекловаренных печах ведётся сначала в вакууме, а в конце
плавки - в атмосфере инертных газов под давлением. Произ-во каждого типа
С. определяется технологической нормалью.

Формование изделий из стекломассы осуществляется
механич. способом (прокаткой, прессованием, прессовыдуванием, выдуванием
и т. д.) на стеклоформующих машинах. После формования изделия подвергают
термич. обработке (отжигу).

В результате отжига (выдержки изделий при
темп-ре, близкой к темп-ре размягчения С.) и последующего медленного охлаждения
происходит релаксация напряжений, появляющихся в С. при быстром охлаждении.
В результате т. н. закалки в С. возникают остаточные напряжения, обеспечивающие
его повышенную механич. прочность, термостойкость и специфический (безопасный)
характер разрушения в сравнении с обычным С. (закалённые С. применяют для
остекления автомобилей, вагонов и т. п. целей).

Историческая справка. В природе существует
природное С.- перлит, обсидиан (см. Вулканическое стекло).

Появление искусств. С. обычно связывают
с развитием гончарства. При обжиге на изделие из глины могла попасть
смесь соды и песка, в результате чего на поверхности изделия образовалась
стекловидная плёнка-глазурь. Произ-во С. началось в 4-м тыс. до н. э. (Др.
Египет, Передняя Азия).

Первоначально получались непрозрачные С.,
с помощью к-рых имитировали поделочные камни (малахит, бирюзу и т. д.).
Постепенно состав С. менялся, количество окислов щелочных металлов с 30%
(по массе) уменьшилось до 20%; в С. вводились окислы свинца и олова; для
окрашивания стали добавлять соединения марганца и кобальта. Во 2-м тыс.
до н. э. в Египте С. варили в глиняных горшочках - тиглях ёмкостью ок.
0,25 л.

Коренные изменения в технологии стеклоделия
произошли на рубеже нашей эры, когда были решены две важнейшие проблемы
стеклоделия - изготовление прозрачного бесцветного С. и формование изделий
выдуванием. Получение прозрачного С. стало возможным в результате усовершенствования
стекловаренных печей, что позволило повысить темп-ру варки и надёжно воспроизводить
условия хорошего осветления стекломассы. Стеклодувная трубка, изобретённая
в 1 в. до н. э., оказалась универсальным инструментом, с помощью к-рого
стало возможным создавать простые, доступные всем предметы обихода, напр,
посуду. Первым науч. трудом по стеклоделию считают вышедшую во Флоренции
в 1612 книгу монаха Антонио Нери, в к-рой были даны указания об использовании
окислов свинца, бора и мышьяка для осветления С., приведены составы цветных
С. Во 2-й пол. 17 в. нем. алхимик И. Кункель опубликовал соч. "Экспериментальное
искусство стеклоделия", он же изобрёл способ получения золотого рубина.
В 1615 в Англии стали применять для нагрева стеклоплавильных печей уголь,
что повысило температуру в печи. С начала 17 в. во Франции был предложен
способ отливки зеркальных С. на медных плитах, с последующей прокаткой;
в то же время был открыт метод травления С. смесью плавикового шпата и
серной к-ты, освоено произ-во оконного и оптич. С. Существ, роль в создании
основ стеклоделия сыграли рус. учёные: M. В. Ломоносов, Э. Г. Лаксман,
С. П. Петухов, А. К. Чугунов, Д. И. Менделеев, В. E. Тищенко.

До кон. 19 в. в стеклоделии преобладал
ручной труд, и только со 2-й пол. 20 в. произ-во всех видов массового С.
(оконное, тарное и др.) было механизировано и автоматизировано, а ручные
методы сохранились лишь при изготовлении художеств. С. и нек-рых сортовых
изделий (см. также Стекольная промышленность). H. M. Павлушкин.

Художественное С. включает в себя витражи,
смальтовые
мозаики,
сосуды художественные, архит. детали, декоративные композиции, скульптуру
(обычно малых форм), светильники, искусств, драгоценности (бижутерия).
В древнем мире произ-во С. было особенно развито в Египте (эпоха Птолемеев,
4 - 1 вв. до н. э.), Сирии, Финикии, Китае.

Стеклянный светильник для мечети, покрытый
эмалью и золочением (Сирия). Ок. 1309-10. Виктории и Альберта музей. Лондон.

Как правило, в иск-ве древнего мира изделия
из С. (небольшие вазочки, чаши, блюдца, бусы, серьги, амулеты, печати)
изготовлялись посредством прессования в открытых глиняных формах или путём
навивания стекломассы на палочку; такое С. обычно было непрозрачным, а
по цвету - зелёным, голубым, бирюзовым. Изобретение способа свободного
выдувания С. с помощью трубки, а также повышение темп-ры его варки дали
эллинистическим и др.-рим. мастерам возможность получать тонкостенные (иногда
двухслойные) более прозрачные и однородные по массе изделия относительно
крупных размеров.

С 6 в. центры художеств, стеклоделия сосредоточились
в Византии, где процветала выделка цветного непрозрачного стекла для посуды
и смальт. В ср.-век. Зап. Европе эпохи
готики
важнейшей областью
иск-ва, стимулировавшей развитие вкуса к художеств. С., было изготовление
витражей. Среди ср.-век. стран мусульм. Востока в 12-14 вв. произ-вом стеклянных
изделий с эмалевыми росписями славилась Сирия.

В 15-16 вв. ведущее значение в декоративно-прикладном
иск-ве Европы приобрело венецианское стекло. С изобретением в 17
в. более твёрдого кальциевого С. и развитием техники гравировки центр художеств.
стеклоделия переместился в Чехию (см. Чешское стекло). С 1770-х
гг. (первоначально в Англии) стало широко применяться С., полученное на
основе окиси свинца (хрусталь или флинт-гласе), гл. способом обработки
к-рого явилось т. н. алмазное гранение, выявляющее способность хрусталя
преломлять или отражать свет. Начиная с 18 в. интенсивно развивается
а.
произ-во
искусственных драгоценных камней. На рубеже 19-20 вв. к художеств. С. обращаются
специалисты по декоративно-прикладному иск-ву (Э. Галле, О. Даум, Э. Руссо
во Франции, Й. Хофман в Австрии, Л. К. Тиффани в США); в их изделиях, нередко
отличающихся стремлением к ассоциативному сопоставлению художественных
и природных, преим. растительных форм, преобладали черты стиля "модерн".
Для
совр. художеств. С. характерно необычайное разнообразие техник и стилевых
тенденций; увлечение изысканными, подчёркнуто фантастич. конфигурациями
и усложнённо-орнаментальной обработкой поверхностей сосуществует с тяготением
к аскетически-строгим решениям, выделяющим в качестве важнейших элементов
образа простоту форм и прозрачность неукрашенного С.

В Др. Руси стеклоделие получило, значит,
развитие уже в домонгольский период (выделка украшений, сосудов, смальты
для мозаик). Прерванное татаромонг. нашествием, произ-во художеств. С.
возродилось в 17 в., когда в 1635 был основан первый в России стекольный
завод. Огромный вклад в произ-во цветного С. (гл. обр. для мозаик, бижутерии
и архит. облицовки) внёс M. В. Ломоносов, создавший в 1753 Усть-Рудицкую
ф-ку. Важнейшую роль в развитии рус. стеклоделия сыграл Имп. хрустальный
и стекольный з-д в Петербурге (заложенный Петром I в нач. 18 в. под Москвой
и к сер. 18 в. вместе с Ямбургскими з-дами переведённый в Петербург). В
18 в. были основаны также Гусевской хрустальный завод и Дятьковский
хрустальный завод. Для рус. иск-ва 18 в. было характерно гутное С.,
изготовлявшееся путём свободного выдувания и лепки на небольших купеч.
заводах (изделия из такого С., часто тёмные по тону, расписывались эмалевыми
красками), и прозрачное светлое С., декорируемое в основном с помощью гравировки
и выпускавшееся Имп. заводом и наиболее крупными частными предприятиями;
на этих же заводах с сер. 18 в. производилось много изделий из молочного
С. По проектам крупнейших зодчих (A. H. Воронихина, Ч. Камерона, M. Ф.
Казакова, H. А. Львова, К. И. Росси, T. де Томона) на Имп. заводе выполнялись
(в стиле классицизма) детали осветит, арматуры, мебели и архит.
декора. С кон. 18 в. здесь же были освоены варка свинцового хрусталя и
алмазное гранение, для к-рого в нач. 19 в. типичен особый рисунок, подражающий
бриллиантовой огранке (-"русский камень"). К сер. 19 в. в русском художеств.
С. возникает увлечение гигантскими размерами изделий (сборные хрустальные
канделябры, вазы, детали архит. декора); в кон. 19 в. развивается имитационное
направление (подражание камню, фарфору, дереву и металлу), распространяются
влияния стиля "модерн".

B.C. Муратов. "Конь". Хрусталь. 1968.

В СССР интенсивное произ-во художеств.
С. начинается с кон. 1930-х гг. Ведущую роль в развитии сов. художеств,
стеклоделия сыграла скульптор В. И. Мухина (см. Ленинградский завод
художественного стекла). В 50-60-е гг. художеств, лаборатории появились
почти на всех крупных сов. заводах сортовой посуды. Среди видных мастеров
декоративно-прикладного иск-ва, работавших на заводах СССР в 60-70-е гг.,-
Г. А. Антонова, А. А. Аствацатурьян, А. Г. Балабин, С. M. Бескинская, M.-T.
В.Грабарь, О. И. Гущин, Ю. В. Жульев, А. Д. Зельдич, X. Кырге, Л. M. Митяева,
В. С. Муратов, В. С. Мурахвер, M. А. Павловский, С. Раудвеэ, E. И. Рогов,
Б. А. Смирнов, В. А. Филатов, В. Я. Шевченко, Л. О. Юрген, E. В. Яновская.
В сов. художеств. С. выделяется неск. направлений: ленинградская школа
(бесцветный и цветной хрусталь строгих форм с алмазной гранью), владимирское
С. (использование традиций рус. гутного С.), украинское С. (традиции укр.
гутного С., яркая полихромия), прибалтийская школа (слабо окрашенное прессованное
С. с тонкой гравировкой). В 60- 70-е гг.плодотворно развивается витраж,
широкое распространение получают создание хрустальных фонтанов и различных
декоративных установок из С. и металла, изготовление изделий (в т. ч. гобеленов
из стеклоткани) для украшения интерьеров. н. В. Воронов.

Илл. см. на вклейках - к стр. 121 и табл.
XXXIII-XXXV.

Лит.: Петухов С. П., Стеклоделие,
СПБ, 1898; Безбородое M. А., Очерки по истории русского стеклоделия, M.,
1952; Евстропьев К. С., Торопов H.А., Химия кремния и физическая химия
силикатов, M., 1950; Качал OB H., Стекло, M., 1959; Батанова E. И., Воронов
H. В., Советское художественное стекло, [M., 1964]; Бартенев Г. M., Строение
и механические свойства неорганических стекол, M., 1966; Технология стекла,
4 изд., M., 1967; Шелковников Б., Русское художественное стекло, Л., 1969;
An пен А. А., Химия стекла, 2 изд., Л., 1974; P о у с о н Г., Неорганические
стеклообразующие системы, пер. с англ., M., 1970; P ожанковский В. Ф.,
Стекло и художник, M., 1971; Воронов H. В., Paч у к E. Г., Советское стекло,
[Л.], 1973; "Journal of glass studies!·, с 1959 (изд. продолж.); Grover
R. and L., Contemporary art glass, N. Y., [1975].

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я