Сергей Песков - История стекла. От стеклянного оружия до стекол иллюминаторов космических кораблей

Электрохимическая обработка стекла, напыление пленок, изготовление стекловолокна – все это примеры сложной технологии стеклоделия середины XX века.

Современное стекло представляет собой аморфный материал, получаемый из расплавов силикатов, алюминатов или боратов натрия, калия, кальция и ряда других элементов.

Характерной чертой неорганических стекол является способность при нагревании до определенной температуры размягчаться, не плавясь. При определенных температурных условиях стекло может кристаллизоваться.

Производство стекла слагается из следующих процессов: подготовка сырьевых компонентов, получение шихты, варка стекломассы, ее охлаждение, формование изделий и их отжиг и, в случае необходимости, – обработка (термическая, химическая, теханическая).

Компоненты, входящие в состав стекла, определяют его физико-механические свойства.

Так, окись алюминия повышает химическую и термическую стойкость стекла, механическую прочность.

Углекислый калий придаёт стеклу чистоту, блеск, прозрачность и применяется для производства лучших сортов стекла.

Введение окислов кальция, магния, цинка и свинца повышает теханическую прочность и химическую устойчивость стекла, увеличивает показатель светопреломления и улучшает внешний вид изделий.

Во II веке сирийские ремесленники научились изготавливать плоское стекло. Для этого на конце стеклодувной трубки выдувался большой пузырь, который затем интенсивно вращался и под действием центробежной силы становился плоским диском.

Сегодня такой метод носит название краун-процесса. С его помощью современные стеклодувы острова Мурано изготавливают цветные диски для декорирования интерьеров на территории всего мира.

Предполагает вертикальную машинную вытяжку материала. Стекло подвергается плавлению в стекловаренной печи, затем полученная жидкая стекломасса вытягивается с помощью прокатных валов, перемещается в шахту охлаждения и режется на куски. На заключительном этапе лист шлифуется и полируется. Толщина изделия зависит от скорости вытягивания. Этот способ получил название – «вытянутое стекло».

Наступило время перехода на новые способы производства оконного стекла. Переворот в технологии производства стекла произвёл флоат-процесс.

Заслуга создания революционного способа производства полированного стекла (флоат-процесс) принадлежит Сэру Аластару Пилкингтону.

Лайонел Александр Бетин (Аластар) Пилкингтон родился в 1920 году, после окончания школы в Шерборне поступил в Тринити Колледж в Кембридже, где получил свою первую научную степень в области механики. Во время войны он покинул университет и поступил на службу в Королевскую артиллерию. Участвовал в военных действиях в Греции и на Крите. После освобождения из плена в конце войны, он вернулся в Кембридж для продолжения учебы и решил продолжить карьеру как гражданский инженер.

В марте 1947 году он был назначен техническим помощником на фабрике листового стекла, а через два года выполняет обязанности производственного менеджера на фабрике в Донкастере. В 1952 году Аластар возвращается в Сент-Хеленс, и под его руководством начинаются экспериментальные работы над разработкой флоат-процесса. В результате первых экспериментов, он предложил для формования и транспортировки ленты стекла использовать расплав металла.

В переводе с английского языка означает «плавать, держаться на водной глади». Идея изготовления изделий из стекла таким способом господствовала еще в начале XX века. Однако развитие она получила в середине прошлого столетия, когда английская компания «Пилкингтон» решила применить промышленный процесс на практике.

Флоат-метод заключается в том, что вязкая стеклянная масса после печи принимает горизонтальное положение. На плоском оборудовании она подается во флоат-ванную с расплавленным оловом и газовоздушной атмосферой. Материал плывет по поверхности, обретает форму и вбирает в себя микроскопические частицы олова. После чего стекломасса охлаждается и подвергается отжигу.

В 1953 году на первой опытной установке был изготовлен образец флоат-стекла (float-glass) шириной 300 мм.

В 1955 году на новой экспериментальной установке было получено флоат-стекло шириной 760 мм, и правление принимает смелое и рискованное решение о строительстве производственной флоат-линии (float-line) шириной 2540 мм. Компания надеялась на успех, но в тоже время понимала, что в случае неудачи финансовые потери будут составлять миллионы фунтов. С другой стороны, успешный запуск линии гарантировал значительный и революционный скачок в технологии листового стекла за всю длительную историю производства стекла.

Производственная линия, работающая по флоат-методу, была введена в Коулей Хилле (Великобритания) 6 мая 1957 года. Многие в то время не верили в новый процесс, и говорили, что эта линия не произведет даже 1 м 2стекла. Только через 14 месяцев было получено первое качественное флоат-стекло (float-glass) толщиной 6,5 мм, и 20 января 1959 года компания Пилкингтон официально опубликовала пресс-релиз, в котором представила флоат-процесс следующими словами: «Флоат-процесс является наиболее фундаментальным, революционным и важным достижением в производстве стекла в 20 столетии».

Сэр Аластер Пилкингтон вместе со своим партнером Кеннетом Бикерстаффом потратил семь лет на усовершенствование и патентование его коммерчески успешного производства. Американские изобретатели несколько раз пытались создать улучшенный и более дешевый способ замены дорогостоящего листового стекла, но безуспешно. Его прорыв позволил компании Pilkingtons долгие годы доминировать на мировом рынке высококачественного листового стекла. Начиная с начала 1960-х годов все ведущие мировые производители плоского стекла получили лицензии на использование процесса флоат-стекла.

В соответствии с разработанной компанией Пилкингтон (Pilkington) флоат-способом стекломасса из студочного бассейна при температуре 1100 °C непрерывной лентой поступает из стекловаренной печи на поверхность расплавленного олова. Лента выдерживается при достаточно высокой температуре для удаления всех дефектов и неровностей на поверхности стекла. Так как поверхность расплавленного металла является идеально ровной поверхностью, то стекло приобретает «огненно-полированную» блестящую поверхность, которая не нуждается в дальнейшей шлифовке и полировке.

При проведении экспериментов установлено, что расплавленная стекломасса не растекается бесконечно на поверхности расплавленного олова. Когда силы тяжести и поверхностного натяжения уравновешиваются, лента приобретает равновесную толщину около чуть меньше 7 мм. Для получения ленты стекла различной толщины были созданы методы, основанные на регулировании вязкости стекла в зоне формования и величины растягивающего усилия. Если необходимо получить толщину ленты стекла больше 7 мм, то ее сжимают несмачивающими бортовыми ограничителями.