Производство стекол намного проще производства стали. В принципе, надо просто смешать сырье (шихту), расплавить смесь до жидкого состояния и в процессе охлаждения отлить готовое изделие. Если температурный интервал, в котором могли бы сформироваться и вырасти зародышевые кристаллы, в процессе охлаждения будет пройден быстро, расплав превратится в стекло.
Оконные стекла производят, наливая жидкую стекломассу в ванну с расплавленным оловом. Так называемый флоат-процесс - технология изготовления термополированного стекла, разработанная в 1959 году, - произвел революцию в производстве оконных стекол. При изготовлении плоского стекла труднее всего всегда было добиться идеально ровной поверхности с обеих сторон.
Верхняя сторона получалась ровной сама по себе, а вот нижняя принимала форму того, что было под ней. Если стекло разливается по жидкому металлу, его нижняя сторона опирается на другую идеально ровную поверхность. Поэтому обе стороны готового листа термополированного стекла получаются одинаково гладкими и ровными.
Такая технология становится возможной благодаря крайне удачному стечению обстоятельств:
Два жидких вещества не соединены прочными взаимодействиями, а существуют по отдельности. Жидкое олово не оказывает химического воздействия на разлитое по его поверхности стекло. Вылитое на олово горячее стекло естественным образом растекается в слой не толще 6 мм. Мастер может увеличить сечение листа, нагнетая жидкую массу до нужной толщины.
Если нужно сделать более тонкое стекло, расплав разгоняют по поверхности олова, чтобы уменьшить толщину слоя. Таким способом можно изготовить очень гладкое и ровное стекло толщиной от миллиметра (и даже меньше) до нескольких сантиметров.
Температура стеклования смеси оксидов натрия, кальция и кремния, которая используется во флоат-процессе, составляет примерно 540 °С. На выходе из ванны с оловом температура расплава уже несколько ниже. Но быстрое изменение температуры стекла на поверхности олова приводит к тому, что стекломасса сжимается и возникают напряжения. Если в этот момент стекло просто охладить до комнатной температуры, напряжения так и останутся, а стекло получится менее прочным.
Кроме того, из-за напряжений оно будет двоякопреломляющим, то есть будет по-разному реагировать на поляризованный свет и искажать проходящие через него лучи. Чтобы уменьшить внутренние напряжения, необходимо точно рассчитать режим отжига стекла в туннельной печи - лере.
Отжиг проводится примерно при температуре стеклования в течение длительного времени, так чтобы атомы успевали перегруппироваться и остаточное напряжение ушло. Когда напряжение будет в основном снято, готовое стекло наконец можно охладить до комнатной температуры.
Оптические стекла для фотообъективов и телескопов отжигают еще медленнее. Нередко стекло охлаждается вплоть до температуры стеклования со скоростью менее 1 градус в час. Стеклянный диск зеркала 200 - дюймового телескопа, который установлен в обсерватории на горе Паломар, охлаждалось с 500 до 300 °С в феноменально медленном темпе - на 1 градус за день.
Оконные стекла производят, наливая жидкую стекломассу в ванну с расплавленным оловом. Так называемый флоат-процесс - технология изготовления термополированного стекла, разработанная в 1959 году, - произвел революцию в производстве оконных стекол. При изготовлении плоского стекла труднее всего всегда было добиться идеально ровной поверхности с обеих сторон.
Верхняя сторона получалась ровной сама по себе, а вот нижняя принимала форму того, что было под ней. Если стекло разливается по жидкому металлу, его нижняя сторона опирается на другую идеально ровную поверхность. Поэтому обе стороны готового листа термополированного стекла получаются одинаково гладкими и ровными.
Такая технология становится возможной благодаря крайне удачному стечению обстоятельств:
- Во-первых, олово плавится при относительно низкой температуре 232 °С, а кипит только при 2260 °С. В этом интервале стекло затвердевает, в то время как олово остается жидким
- Во-вторых, плотность расплавленного олова намного больше плотности расплавленного стекла, поэтому стекло всплывает на поверхности металла, поддерживаемое выталкивающей силой
- В-третьих, олово и стекло абсолютно не смешиваются друг с другом - в олове формируются металлические связи, а структура стекла обеспечена ковалентными и ионными связями.
Два жидких вещества не соединены прочными взаимодействиями, а существуют по отдельности. Жидкое олово не оказывает химического воздействия на разлитое по его поверхности стекло. Вылитое на олово горячее стекло естественным образом растекается в слой не толще 6 мм. Мастер может увеличить сечение листа, нагнетая жидкую массу до нужной толщины.
Если нужно сделать более тонкое стекло, расплав разгоняют по поверхности олова, чтобы уменьшить толщину слоя. Таким способом можно изготовить очень гладкое и ровное стекло толщиной от миллиметра (и даже меньше) до нескольких сантиметров.
Температура стеклования смеси оксидов натрия, кальция и кремния, которая используется во флоат-процессе, составляет примерно 540 °С. На выходе из ванны с оловом температура расплава уже несколько ниже. Но быстрое изменение температуры стекла на поверхности олова приводит к тому, что стекломасса сжимается и возникают напряжения. Если в этот момент стекло просто охладить до комнатной температуры, напряжения так и останутся, а стекло получится менее прочным.
Кроме того, из-за напряжений оно будет двоякопреломляющим, то есть будет по-разному реагировать на поляризованный свет и искажать проходящие через него лучи. Чтобы уменьшить внутренние напряжения, необходимо точно рассчитать режим отжига стекла в туннельной печи - лере.
Отжиг проводится примерно при температуре стеклования в течение длительного времени, так чтобы атомы успевали перегруппироваться и остаточное напряжение ушло. Когда напряжение будет в основном снято, готовое стекло наконец можно охладить до комнатной температуры.
Оптические стекла для фотообъективов и телескопов отжигают еще медленнее. Нередко стекло охлаждается вплоть до температуры стеклования со скоростью менее 1 градус в час. Стеклянный диск зеркала 200 - дюймового телескопа, который установлен в обсерватории на горе Паломар, охлаждалось с 500 до 300 °С в феноменально медленном темпе - на 1 градус за день.