Существует версия что благодаря молнии люди научились изготавливать этот материал что это
История возникновения стекла
Стекло — вещество и материал, один из самых древних и, благодаря разнообразию своих свойств, — универсальный в практике человека.
История стекла насчитывает пять с половиной тысяч лет. Как это ни странно, в современной науке не существует ни единой теории строения стекла, ни единой теории его происхождения. Излагаются лишь наиболее распространенные предположения.
Наиболее ранняя теория происхождения стекла предложена Плинием Старшим (ок. 23 г. н. э. – 79 г.н. э: Римский государственный деятель, учёный-энциклопедист и историк). “Существует предание, – пишет Плиний, – будто бы к устью реки пристал корабль торговцев содой. Рассеявшись по берегу, они готовили обед, и поскольку не оказалось камней, чтобы подставить под котелки, они подложили куски соды; когда эти последние разогрелись и смешались с береговым песком, тогда потекли ручьи новой жидкости, что и явилось началом стекла.”
В более поздние времена не раз предпринимались попытки воспроизвести этот опыт, но они оказались безуспешными. Так, “теория” Плиния – всего лишь легенда.
Самым древним из найденных на сегодня изделий из рукотворного стекла считается светло-зеленая бусинка размером 9х5,5 мм, обнаруженная в окрестностях города Фивы – датируется 35 в. до н.э. Но задолго до этого людям было известно так называемое природное стекло – материал, возникший в результате оплавления скальной породы при извержении вулкана (обсидиан), ударе молнии или метеорита (тектит).
Самая распространенная его разновидность – обсидиан, природное вулканическое стекло, из которого древний человек изготавливал разнообразные орудия. Но и в более поздний период развития человечества обсидиан не был забыт, о чем говорит факт нахождения многочисленных обсидиановых изделий на территории Египта.
Иногда считают, что природные стекла – обсидианы и тектиты – натолкнули человека на создание их искусственных аналогов. Так как письменных источников того времени, характеризующих производство стекла не сохранилось, учёные основывают свои труды по созданию истории стеклоделия на археологических источниках. Исследователи датируют археологические находки достаточно точно и аргументировано, поэтому определить возраст возникновения производства стеклянной тары можно точно и доказательно.
Так как стекло было редким, оно стало частым торговым товаром. Археологические источники свидетельствуют, что искусственное стекло впервые было произведено на сирийском побережье, в Месопотамии или в древнем Египте.
Большая часть древнейших изделий из стекла была найдена в Египте, благодаря благоприятным для сохранения стекла климатическим условиям, но возможно, что некоторые из этих изделий были ввезены в Египет. Древнейший стеклянные объекты датируются третьим тысячелетием до н. э. Это стеклянные шарики, которые могли случайно получиться в процессе изготовления металла или керамики. В Индии, Корее, Японии найдены стеклянные изделия, возраст которых относится к 2000 году до н.э.
Раскопки свидетельствуют, что на Руси знали секреты производства стекла более тысячи лет назад. А первое упоминание о русском стекольном заводе (он был построен под Москвой возле деревни Духанино) относится к 1634 году. Несмотря на столь древнюю историю, массовый характер производство стекла приобрело лишь в конце прошлого столетия благодаря изобретению печи Сименса-Мартина и заводскому производству соды. А уж листовое стекло — вещь и вовсе современная.
Технология его изготовления была разработана в нашем веке. В позднем Бронзовом веке в Египте и в Передней Азии (например, Мегиддо) технология изготовления стекла сделала резкий скачок.
Археологические находки этого периода включают слитки из цветного стекла и сосуды, иногда с инкрустацией из полудрагоценных камней.
Для изготовления египетского и сирийского стекла использовалась сода, которая легко получается из углей многих видов древесины, в особенности растений-галофилов, произрастающих на берегу моря.
Самые ранние сосуды производили, вращая пластичные стеклянные волокна вокруг формы из песка и глины, насаженной на металлический стержень. После этого, многократно нагревая стекло, добивались того, что оно сплавлялось в единый сосуд. Затем полосы цветного стекла можно было нанести поверх первоначальной формы, создавая таким образом орнаменты. Затем форму разрушали, а стержень вынимали из получившегося сосуда. Древние стеклянные изделия обычно были окрашены в зеленоватый или коричневатый цвет из-за примесей к стеклу. Особенно дорого ценились изделия из бесцветного стекла.
Известно, что римский император Нерон (37-68 н.н. н.э.) заплатил за две чаши из бесцветного стекла золотом, превышающим их вес. Из цветных стекол научились изготавливать подделки под драгоценные камни. Эти подделки ценились наравне с драгоценностями из природных камней.
Известно, что с древних времен камням-самоцветам приписывались чудодейственные свойства, которые помогают их обладателям. Так, считалось, что сапфир придает ясность мыслям и излечивает проказу;
смарагд (изумруд) отгоняет дурные сны, отводит черные мысли и успокаивает сердце;
Бирюза приносит счастье в любви;
аметист смягчает злобу, обуздывает ветер и предохраняет от опьянения;
бериллий – добрый спутник странников и излечивает бельма;
гранат или антракс дает носящему его власть над людьми и будит любовные страсти: яшма исцеляет все болезни и так далее.
Эти же свойства приписывались и цветным стеклам. Уже в древнем Египте умели изготавливать цветные бусы в подражание многим драгоценным камням. К XV веку до н. э. стекло массово производилось в Передней Азии, на Крите и в Египте.
Предполагается, что технологии производства стекла из природных материалов представляли собой тщательно охраняемую тайну, и эти технологии применялись лишь при дворе правителей наиболее могущественных государств.
В других местах стеклоделие состояло в обработке заранее приготовленного стекла, часто в виде слитков. Такие слитки, например, были найдены в месте крушения Улу-бурунского корабля около побережья современной Турции.
Стекло продолжало оставаться предметом роскоши, и, казалось, что стеклоделие исчезнет вместе с цивилизациями позднего Бронзового века. В IX веке до н. э. стеклоделие было возобновлено в Сирии и на Кипре, при этом были найдены технологии для производства бесцветного стекла. Первое известное «пособие» по производству стекла датируется 650 годом до н. э. — это таблички, содержавшиеся в библиотеке ассирийского царя Ашшурбанапала. В Египте стеклоделие так и не было возобновлено, пока оно не было принесено греками в царствие Птолемеев. В эллинистический период произошло дальнейшее развитие технологии стеклоделия, что позволило производить стеклянные изделия большого размера, в частности, столовую посуду. Была разработана технология смешения стекла нескольких цветов, так что получалась мозаичная структура. Именно в этот период бесцветное стекло начало цениться сильнее цветного, и, соответственно, усовершенствованы технологии его изготовления.
Какие насекомые помогли людям изобрести бумагу?
Люди делают бумагу из древесины. На фабриках, производящих бумагу, древесные волокна мелко перемалывают, смешивают с водой и различными добавками. Затем эту бумажную массу раскатывают в тонкие листы и сушат.
По поводу того, как была изобретена бумага, существует много различных версий, историй и легенд, одна из которых связана с … шершнями. Эти насекомые, как оказалось, строят удивительные — бумажные — гнезда, в чем один китаец убедился лично, попробовав на ощупь строительный материал, из которого крупные азиатские шершни возводили свои жилища. Понаблюдав некоторое время на этими насекомыми, любознательный китаец выяснил, что шершни используют для строительства гнезд древесину: поскоблив дерево с помощью мощных челюстей, они затем смешивали древесные частички с собственной слюной и, в результате, получался прочный и легкий материал, пригодный и для строительства гнезд, и, как выяснилось впоследствии, для письма.
Аналогично сторят гнезда и бумажные осы. Они сооружают свои дома из материала, который по сути также является бумагой. С помощью сильных челюстей оса отщепляет от дерева волокна древесины, тщательно пережевывает их и смешивает со слюной. В результате образуется комочек бумажной массы, которому насекомое может придать какую угодно форму. Осы наносят бумажную массу на гнездо тонкими слоями. Когда этот материал высыхает и затвердевает, он становится похож на грубую бумагу: на нем даже можно писать карандашом! Обычно бумажные осы подвешивают свои гнезда к веткам деревьев или сооружают их на деревянных стенках человеческих построек. Осиное гнездо очень легкое, но особенности внутренней конструкции делают его необычайно прочным. Такое гнездо хорошо защищает потомство от перепадов температуры.
Кто изобрел стекло? История производства первого стекла
Происхождение стекла
Изготовление листового стекла началось около 2000 лет назад. Но до его появления уже существовали основные приемы работы с расплавленным стеклом и разнообразная техника изготовления несложных изделий из стекла в виде бус, сосудов и браслетов.
Возникновение древнего стеклоделия восходит примерно к III тыс. до н. э. К этому периоду древними мастерам создан новый материал – стекло. Создание стекла по масштабам открытия — колоссальное научно-техническое достижение, его появление в истории техники и культуры может быть сопоставлено с открытием металлов, керамики и металлических сплавов.
Как, где, когда и кто начал делать искусственное стекло? На этот вопрос существуют разные версии. Стекло – искусственный материал, который создан человеком, но известны и природные стекла — обсидианы, которые образуются в магматических расплавах при высоких температурах во время извержения вулканов и падение метеоритов. Обсидианы представляют собой полупрозрачные черные стекла, обладающие высокой твердостью, и коррозионной стойкость и использовались в древности в качестве режущего инструмента. Некоторые считают, что именно обсидианы толкнули человека на создание их искусственных аналогов, однако области распространения природных и искусственных стекол не совпадают.
Наиболее вероятно, что представления о стекле развивались в тесной связи с изготовление гончарных изделий и металлообработкой. Возможно, на ранних стадиях стеклоделия древние мастера увидели аналогии в свойствах стекла и металлов, которое и определили технологические приемы обработки стекла. Признав стекло аналогичным металлу (пластичность в горячем состоянии, твердость в холодном), древние создали возможность перенести в стеклоделие приемы обработки металлов. Таким путем были заимствованы тигли для варки стеклянной массы, формы для отливки изделий, технологические приемы горячей обработки (литье, сварка). Этот процесс происходил постепенно, особенно на первых этапах, настолько различны по своей природе стекло и металл.
Наиболее ранняя «теория» происхождения стекла – предложена римским ученым Плинием Старшим в «Естественной истории»:
«Однажды, в очень далекие времена, финикийские купцы везли по Средиземному морю груз добытой в Африке природной соды. На ночлег они высадились на песчаном берегу и стали готовить себе пищу. За неимением под рукой камней обложили костер большими кусками соды. Поутру, разгребая золу, купцы обнаружили чудесный слиток, который был тверд как камень, горел огнем на солнце и был чист и прозрачен как вода. Это было стекло».
Рассказ этот мало достоверен, даже сам Плиний начинает его cловами «fama est…. » или «по слухам…», потому что образование стекла при температуре пламени костра на открытом пространстве произойти не может. Всего вероятнее предположение немецкого ученого Вагнера, который связывает появление стекла с получением металлов. В процессе плавления меди и железа образовывались шлаки, которые могли под действием тепла превращались в стекло. Сейчас трудно установить, как именно было изобретено стекло, но без сомнений это открытие было случайным.
Самые древние изделия имели только стекловидный слой на поверхности фаянса, и найдены в гробнице фараона Джосера (III династия Древнего царства в Египте, 2980—2900 г.г. до н.э). Образцы стекла в виде слитков, датируемые XXII-XXI вв. до н. э., обнаружены при раскопках в области Древнего Двуречья.
Кто изобрел стекло?
История этого материала так далека во времени, что изменялась не один раз в свете археологических открытий и всё ещё считается спорной. На первенство в стеклоделании претендуют Египет, Средиземноморье, Африка и Древняя Месопотамия.
Первое стекло
Образцы египетского стекла — это стеклянная глазурь на фаянсовых плитках пирамиды Джессера, время создания которой — XXVII век до н. э. Есть и ещё более ранние образчики — фаянсовые украшения возрастом около 5 000 лет.
Сначала стекло у египтян выходило мутного синеватого или зеленоватого оттенка — в зависимости от того, где добывали песок для его производства и какие примеси он содержал. Бесцветное стекло люди научились делать гораздо позднее, вероятно — в I веке уже нашей эры: для обесцвечивания стали использовать марганец.
В Месопотамии археологи нашли стеклянную цилиндрическую печать возрастом примерно 4 500 лет. Сосуды для благовоний — одна из частых находок учёных при раскопках территории Старовавилонского царства.
История появления стекла на Руси. Развитие ремесла
На Русь этот дорогой материал попал из Византии. В Киево-Печерской лавре археологи раскопали мастерские стеклоделов, относящиеся к 11 веку. Но изделий сохранилось мало, секреты мастерства были утрачены. Поэтому сложно предположить, была ли русская история стекла. В истории человечества нередко случалось так, что многие вещи приходилось изобретать заново. Возрождение ремесла случилось только в 17 веке (в 1639 году), когда швед Ю. Койет выстроил неподалеку от столицы завод по производству оконных стёкол и аптекарской посуды. Тридцатью годами позже был создан Измайловский завод. Здесь изготавливались предметы роскоши, главным образом изысканные «потешные» кубки по образцу венецианских.
В 18 веке несколько стекольных заводов заработало в окрестностях Петербурга. Было заново изобретено цветное стекло. Изделия расписывались золотом и серебром, украшались прозрачными и непрозрачными эмалями.
Древнейшие технологии
История стекла в истории человечества насчитывает более 4 тысяч лет. Изображения и артефакты, найденные в гробницах фараонов, дают представление о древнейших способах производства и вкусовых предпочтениях египтян. Так, стекло изначально использовали в качестве глазури для глиняной посуды. Также из него делали бусины, флакончики и подвески.
Египтяне, в отличие от жителей Двуречья, предпочитали непрозрачное стекло. Его окрашивали окислами металлов в синий, фиолетовый, желтый и другие цвета. Только чиновники и особы царской крови могли позволить себе стеклянные изделия. Мелкие предметы изготавливались следующим методом: на металлический прут помещался глиняный сердечник, на который наматывали горячее стекло.
Крупные делались так: форму помещали в стеклянную массу и поворачивали. Стекло тонким слоем оседало на стенках и затвердевало, а форма впоследствии извлекалась.
Стекло на Руси. Развитие ремесленного дела
К нам стекло попало из Византии. Осуществляя раскопки в Киево-Печерской лавре, археологами были найдены стекольные мастерские, относящиеся к XI веку. Изделий, конечно, сохранилось не много и большинство секретов мастерства оказались утраченными. А потому сложно предположить, какой именно была история стекла в России и была ли она вообще.
Всемирная история неоднократно подтверждает: некоторые вещи человечеству приходилось изобретать заново. Возрождение стекольного дела произошло в XVII веке, а именно в 1639, когда мастер из Швеции Ю. Койет отстроил неподалеку от Санкт-Петербурга завод, производивший стекла для окон и аптекарские склянки, через 30 лет открылся Измайловский завод. Там изготавливались только дорогие изделия, прообразом которых стали венецианские шедевры.
В XVIII веке в окрестностях Санкт-Петербурга функционировало уже несколько стекольных предприятий. Была разработана новая технология производства цветного стекла. Изделия отделывались серебром и золотом, а также украшались разного рода эмалями.
Первое оконное стекло
Первое оконное, по настоящему плоское стекло впервые появилось значительно позже, в Древнем Риме. Оно было обнаружено при раскопках Помпеи и датируется годом извержения вулкана Везувий, 79 г. н. э. Оконное стекло получали методом литья на плоскую каменную поверхность. Конечно, качество стекла при этом сильно отличалось от современного.
Это стекло было окрашенным в зеленоватые тона и матовым (бесцветное стекло в то время изготавливать еще не умели), содержало большое количество пузырей, что говорило о низкой температуре варки, и было довольно толстым (около 8-10 мм). Но, тем не менее, это был первый случай применения стекла в архитектуре, что дало значительный толчок к дальнейшему развитию стекловарения и распространению стекла по всей Европе.
Производство оконного стекла методом вытягивания из расплава
Уильям Кларк из Питтсбурга первый предложил способ производства листового стекла вытягиванием со свободной поверхности расплав. В 1857 г. он представил английский патент, согласно которому, формование плоского листа осуществляется медленным вертикальным вытягиванием затравки с поверхности расплава. В течение последующих 50 лет старались решить основную проблему – сужение ленты стекла при вытягивании, но все попытки были неудачными.
В 1871 году бельгийский изобретатель Ф.Вэллин (F.Vallin) получил французский патент (№ 91787) на производство оконного стекла механическим вытягиванием стекла. Для непрерывной подачи расплава он предложил систему горшков, которые связаны между собой трубкой, так что стекломасса из одного горшка поступала в другой. В последний большой овальный горшок, который был заключен в трубу, опускалась металлическая пластина (затравка).
Формование плоского листа происходило при движении этой пластины вверх. В трубе также располагались по бокам стекла воздушные трубки с отверстиями для охлаждения стекла. Лист стекла поддерживался роликами, покрытыми асбестовой тканью. Вытягивание стекла может происходить в двух направлениях: вертикальном и горизонтальном. В последнем случае предусматривался специальный металлический валок. Вэллин был гениальным изобретателем и предложил практически все основные элементы механического вытягивания, которые в 20 столетии будут применяться во всех способах вытягивания стекла.
В то время, когда ванные печи были неизвестны, он представил систему стекловаренных горшков, в которых осветленная стекломасса поступала снизу по трубкам из одного горшка в другой, до основного, из которого происходило вытягивание стекла. Эта система непрерывной подачи расплава стала основой появления ванных стекловаренных печей. В 1890 году Вэллин основал в Гифорсе компанию по производству оконного стекла механическим вытягиванием.
В 1905 году бельгийский инженер Эмиль Фурко (Emile Fourcault) предложил свой способ вертикального вытягивания стекла. При этом старейшем способе (ВВС) используется шамотная лодочка, из щели которой под действием гидростатического давления вытекает постоянный поток стекла. Скорость вытягивание можно регулировать глубиной погружения лодочки. Лента стекла из лодочки поступала в шахтную камеру, где с двух сторон находятся водо-охлаждаемые трубки, и далее по роликам поступала в печь отжига.
Для предотвращения сужения ленты по краям ленты были установлены бортоформующие ролики и охлаждаемые трубки. Толщина ленты стекла определялась скоростью вытягивания и температурой в зоне вытяжки («луковицы»). Первые машины Фурко для вытягивания листового стекла были установлены в Бельгии и Чехии в 1913 году. Производительность 11 машин, установленных на одной ванной печи, составляла 250 тонн стекла в день.
Процесс вытягивания стекла позволил производить дешевое оконное стекло с огненно-полированными поверхностями Основной дефект тянутого стекла появляется при формовании (вытягивании) и связан с нарушением плоскостности стекла. Такие нарушения приводят к оптическому эффекту линзы и искажению изображения. Тянутое (машинной выработки) оконное стекло широко применялось в строительстве для остекления окон и теплиц.
Переход на новые способы производства оконного стекла – 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 Пилкингтон, 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 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 Пилкингтон 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 m² стекла. 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»
В соответствии с разработанной компанией Пилкингтон (Pilkington) флоат-способом стекломасса из студочного бассейна при температуре 1100°С 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.
В начале работе возникла проблема выбора расплавленного металла, который должен находиться в жидком состоянии в пределах температурного интервала от 600 до 1050°С, иметь низкие значения давления паров, а величина плотности должна быть выше, чем стекла. Исследования показали, что всем этим требованиям соответствует олово, которое почти не взаимодействует со стеклом, и является вполне доступным и дешевым продуктом. Но олово при высоких температурах окисляется кислородом с образованием оксидных соединений. Поэтому, чтобы исключить окисление поверхности расплава олова, во флоат-ванне необходимо создавать инертную атмосферу азота с малой добавкой водорода. После формования лента стекла охлаждается до 620°С и транспортируется в печь отжига.
Стекольное дело сегодня
Промышленная революция XVIII-XIX веков стала важным этапом и в истории стекла. Разрабатывались печи нового типа, изменялись технологии. Появилось множество новых заводов, продукция которых создавалась уже для широких масс, а не для титулованных особ. Стекло стало доступным для всех. В начале прошлого века в России работала масса предприятий, производивших как посуду, так и листовое стекло. Но оставался немалым и объем импорта.
В середине века британскими специалистами был разработан способ растяжки, а также выравнивания стекла – для этого использовалась ванна с расплавленным оловом. Данный вариант получил название «флоат-метод». В настоящий момент, пройдя модернизацию, эта технология продолжает массово использоваться.