Николай Качалов - Стекло

Все эти три фактора — и конвекционные потоки, и диффузия, и поднимающиеся пузырьки — действуют гораздо активнее в более подвижных, менее вязких жидкостях, а потому и перемешивание стекломассы пойдет тем успешнее, чем выше будет ее температура.

Когда стекломасса будет выдержана при высоких температурах (1400-1500°) достаточный промежуток времени и главная масса пузырей и свилей будет удалена, можно считать, что период осветления успешно завершен. Наступает третий этап варки, называемый «студкой». Задача этого периода — осторожное охлаждение стекломассы до той температуры, при которой она примет необходимую для последующего процесса формования вязкость, или густоту. Мы сказали, что охлаждение должно быть осторожным, имея в виду неприятные неожиданности, встречающиеся иногда на этом этапе варки. Нередко при охлаждении хорошо сваренное стекло, бывшее совершенно беспузырным, вдруг пронизывается бесчисленным количеством мошки — до нескольких тысяч штук в одном кубическом сантиметре (рис. 3). Происхождение этого явления связано с очень сложным вопросом о газах, содержащихся в скрытом виде в стекле. Доказано, что совершенно чистое, беспузырное стекло может содержать в себе очень много газов, объем которых в несколько раз превышает объем самого стекла. Эти газы либо химически связаны с компонентами стекла, т. е. образуют сними какие-нибудь определенные соединения, либо просто растворены в стекле физически подобно тому, как газы растворяются в воде. Такое «зараженное» газами стекло представляет во время варки большую опасность: достаточно, чтобы одна миллионная часть незримо заключенных в стекле газов пожелала выделиться в виде мельчайших пузырьков, чтобы все стекло, безупречное по качеству, было приведено в полную негодность. А ведь для того чтобы выделилась одна миллионная часть растворенных в стекле газов, достаточно ничтожно маленькой причины, настолько маленькой, что ее не только предотвратить, но даже и обнаружить чрезвычайно трудно. Я помню, как много лет назад, когда в Советском Союзе впервые ставилось производство оптического стекла, мы мучились с этим мелким пузырьком, так называемой «вторичной мошкой», появляющейся в период студки стекла. Я помню, как мы искали, и не без основания, причины этого явления в ничтожных колебаниях атмосферного давления и поддерживали для этой цели постоянный контакт с метеорологическими станциями.

Рис. 3. Мелкие пузыри, или «мошка», в стекле

Итак, мы убедились не только в том, что варка стекла является самой ответственной операцией стеклоделия, определяющей важнейшие количественные и качественные показатели производства, но также и в том, что в этом процессе мы сталкиваемся с очень сложными физико-химическими явлениями силикатообразования, протекающими в чрезвычайно трудной для экспериментального исследования обстановке и совершенно недостаточно еще нами изученными.

Наши представления о варке стекла как наиболее ответственном и трудном процессе стеклоделия были бы не полны, если бы мы не остановились еще на одном вопросе.

Жидкая стекломасса, раскаленная до 1500° и содержащая 15-20% расплавленных щелочей, представляет собой исключительно агрессивное в химическом отношении вещество. Из какого же материала должен быть сделан предназначенный для варки стекла сосуд, стенки которого могли бы выдерживать долговременное соприкосновение с таким поистине чудовищным растворителем? Существует ли такой стойкий материал в природе или в числе творений рук человеческих?

По счастью, такой материал нашелся. Он долгое время оставался единственным. Люди пять тысяч лет пользуются им для варки стекла и, по существу, ничем лучшим его до сих нор не заменили.

Этот материал — глина.

Глина принадлежит к числу очень огнеупорных материалов. Ее чистые разновидности, свободные от загрязняющих примесей, плавятся при температуре, близкой к температуре плавления платины (около 1780°). Природная глина обладает двумя замечательными свойствами, обеспечивающими ей столь широкое распространение в различных отраслях промышленности, — пластичностью, т. е. способностью легко воспринимать и хорошо сохранять форму, и огнеупорностью, точнее — способностью твердеть, каменеть под действием огня. Первое качество обеспечило простоту и дешевизну методов формования изделий, второе — надежный способ навечно сохранить полученную форму путем обжига. На этих двух свойствах глины построена керамическая промышленность — одна из самых старых на земле и одна из самых важных по своему значению в жизни человека.

Глина, так же как в кварцевый песок, — весьма распространенная на земле горная порода вторичного происхождения. Она представляет собой продукт разрушения атмосферными агентами некоторых изверженных пород, богатых полевыми шпатами, например гранитов, гнейсов, порфиров. В процессе выветривания этих пород щелочи полевых шпатов вымываются водой и остается чрезвычайно тонкодисперсный минерал каолинит, состоящий из одной молекулы глинозема, двух молекул кремнезема и двух молекул воды. Этот минерал, смешанный с обломками некоторых сопутствующих ему минералов (например, кварца, полевого шпата, слюды, железорудных и некоторых других минералов), относится от места своего образования водными потоками иногда на очень большие расстояния. В застойных бассейнах при потере скорости потоков происходит осаждение взвешенных в воде частиц нередко с образованием очень мощных тонкодисперсных илистых напластований, однородных по своему строению, освобожденных от грубых включений посторонних минералов отмучиванием в процессе переноса.

Так возникают месторождения глин, называемых «вторичными», в отличие от «каолинов», или «первичных глин», которые не подвергались переносу и, в силу особенностей топографических условий, остались на месте своего образования. В подавляющем большинстве случаев месторождения вторичных глин сильно загрязнены железистыми примесями, понижающими их тугоплавкость и придающими обожженным глиняным изделиям интенсивную желто-оранжевую окраску. Такие глины обычно применяются в простом гончарном производстве и при изготовлении строительного кирпича. В обоих случаях понижение огнеупорности, т. е. понижение температуры спекания «глиняного черепка», только выгодно, так как упрощает и удешевляет обжиг изделий, а желтая окраска не имеет значения.

Но в сравнительно редких случаях глина приносится к месту окончательного залегания совершенно чистой, избежав на своем пути встреч с такими потоками, которые могли бы загрязнить ее посторонними веществами, в первую очередь железистыми примесями. Так образуются месторождения глин, обладающих драгоценными техническими свойствами, прежде всего — высокой огнеупорностью. Подобные месторождения насчитываются единицами и делаются знаменитыми на многие десятилетия по той пользе, которую они приносят человечеству.