§17. Стекло

Полтораста лет назад стекло варили только в огнеупорных горшках. В них засыпали вру­чную шихту, состоящую из кварцевого песка, соды, мела, доломита и других материалов. Шихта при высокой температуре превраща­лась в прозрачную массу. Из жидкой стекло­массы стеклодувы выдували различные сосу­ды, бутылки, посуду, цилиндры, из которых затем получали листы стекла. Это был тяже­лейший труд. В 30-х гг. прошлого столе­тия в России появились первые ванные печи для промышленного производства стек­ла. Потребность в нем росла очень быстро. Один за другим возводились стеклоделатель­ные заводы. И на каждом — одна или несколь­ко ванных печей, выпускающих за сутки не­сколько тонн стекла.

Современные ванные печи — большие соору­жения. Длина печи для производства оконного стекла — несколько десятков метров. Шихту в печь загружают непрерывно по 10—15 т в час с помощью механических устройств. Печь вмещает более 2500 т стекломассы и дает в сут­ки 350 т стекла и больше.

Даже при высокой температуре стекломасса обладает очень большой вязкостью, в десятки тысяч раз большей, чем вода. Поэтому в ней надолго задерживаются пузырьки газов, выде­ляемых содой, мелом и другими компонентами шихты. Кроме того, сотни тонн вязкой стекло­массы трудно перемешать и сделать одно­родной. Все эти процессы требуют много времени.

Чем больше ванная печь и чем выше темпера­тура варки стекла, тем производительнее ра­ботает печь. Повысить температуру варки стек­ла можно, если не только обогревать печь газом или жидким топливом, но и использовать еще и электротермический эффект в самой стекломассе. Ведь расплав стекла при высокой темпера­туре проводит электрический ток. Сейчас темпе­ратуру ванных печей повышают до 1580— 1600° С и широко применяют электрообогрев.

Каждый год мы выпускаем сотни миллионов квадратных метров оконного стекла. Мало того, из стекла научились делать прочные трубы, стекловолокно, стеклопластик, бронестекло пустотелые строительные блоки, сложную, тер­мостойкую лабораторную посуду. Стекло ус­пешно конкурирует с металлом. Это очень пер­спективный материал в самых различных от­раслях народного хозяйства.

Огромно значение Стекла и в нашем быту — это различная посуда, вазы, зеркала... Да раз­ве все перечислишь. Можно только сказать, что почти каждый из нас знакомится со стеклом еще с пеленок, с бутылочки, в которой дают наш первый «обед».

Стекло — это не только раз­личная посуда, вазы, зеркала, но и прочные трубы, изоляторы, строительные блоки, витраж

Рис. 64. Изделия из стекла

§18. Керамика

Керамика — это и фарфор, и фаянс, и майоли­ка, и многие другие материалы и изделия из них. Что же такое керамика? Что же объеди­няет все эти материалы и изделия? В современ­ном понимании керамика — изделия и мате­риалы, получаемые спеканием до камневидного состояния природные глин и их смесей с мине­ральными добавками, а также оксидов и дру­гих неорганических соединений (слово «керамика» происходит от греческого «керамикос»— «глиняный», «гончарный»).

Пластичность глины была известна челове­ку еще на заре его существования. Обжиг, который придает глиняной массе твердость, водостойкость, жаропрочность, начал приме­няться человеком около 7 тыс. лет тому назад.

Широкому распространению керамики спо­собствовала относительная простота ее произ­водства: глины, которые имеются почти повсю­ду, обжигают на огне. Первоначально керамику использовали в основном для изготовления посуды и делали ее вручную. Около 6 тыс. лет назад в Шумере появился гончарный круг, что облегчило процесс формования посуды. Около 5 тыс. лет назад в Египте, Вавилонии и странах Ближнего Востока керамику научи­лись покрывать глазурью (тонкий слой специальных составов, которые при обжиге приобретают вид стекла и защищают керамику от размокания, делают изделия более кра­сочными). В это же время и там же научились делать кирпич.

В зависимости от требований к будущему изделию в состав глинистой массы вводят кварц, оксиды алюминия, титана и других металлов. Наибольшее распространение в керамической промышленности получил метод пластического формования. Заключается jh в следующем. Глину дробят и перемешива­ют с добавками (если в них есть необходи­мость), добавляют воду и «проминают» полу­ченную массу до получения однородного пластичного теста требуемой густоты. Затем либо формуют изделия на специальных прессах (см. Ковка, штамповка, прессование), либо раз­ливают тесто в гипсовые формы. Далее массу обрабатывают в вакууме для удаления из нее воздуха, что улучшает пластические свойства массы и качество получаемой керамики. После этого массу сушат и обжигают.

В процессе обжига из массы удаляется вода и происходит разложение глинистого вещества с образованием стекловидного расплава, кото­рый при остывании связывает частицы более тугоплавких составных частей в прочное камневидное тело. В зависимости от того, какие исходные материалы используются и какое изделие требуется получить, обжиг ведется при температуре от 900° С (например, для изготов­ления строительного кирпича) до 2000° С (при производстве огнеупорных изделий). Про­должительность обжига составляет от 2—3 ч для мелких изделий до нескольких суток для крупных.

«Обычная», не имеющая специального наз­вания керамика — это и обычный кирпич, и кирпич огнеупорный, и покрытые химически стойкими глазурями канализационные трубы, ' и плитка для полов, в том числе так называемая метлахская плитка, и электрические изоляторы, и многое другое. Свойства, исход­ный состав, режимы обжига «обычной» кера­мики очень разнообразны. Неглазурованная, пористая керамика, так называемая терра­кота, используется в основном для отделки зданий и изготовления художественных изде­лий; покрытая особыми прозрачными или непрозрачными (глухими) глазурями майо­лика используется для декоративной отделки.

Из других разновидностей керамики наибо­льшей известностью пользуется фарфор — изделия из керамики, имеющие непроницаемый для воды, белый, звонкий, просвечивающий в тонком слое черепок без пор.

Фарфор впервые появился в Китае в VI—VII вв.. Объясняется это скорее всего тем, что составной частью фарфора является као­лин — глинистый материал, впервые найден­ный в местности Китая Каолин.

В Европе долгое время не могли разгадать секрета фарфора. Только в конце XVI в. в Италии был получен «мягкий» фарфор (без каолина), и лишь в начале XVIII в. был создан твердый фарфор.

В России еще Петр I положил начало дли­тельным поискам секрета фарфора. Над загад­кой фарфора работал М.В.Ломоносов, но лишь в 1744 г. Д. И. Виноградову удалось определить состав фарфора и научно обосно­вать его технологию.

По составу и условиям обжига различают 2 вида фарфора: твердый и мягкий (отметим, что слова «мягкий» и «твердый» характеризуют не твердость фарфора — мягкий может быть тверже,— а температуру обжига). Наиболее ценен твердый. В его состав входят лишь глинистые вещества (беложгущиеся глины и каолин), кварц и полевой шпат и в виде исклю­чения оксид кальция. Обжигается он при тем­пературе до 1450° С. Мягкий фарфор более разнообразен по составу, а температура его обжига ниже— 1300° С. Технология подго­товки массы обычная для керамики, но для получения фарфора высокого качества массу перед формованием выдерживают в темном сыром помещении. Раньше эта выдержка дли­лась годами, внедрение вакуумной обработки массы позволило сократить этот срок до двух недель. Как и любая керамика, фарфор бывает глазурованный и неглазурованный (в этом случае его называют бисквитом).

Многие из нас любовались в музеях посудой и художественными изделиями из фарфора (см. рис.). Но кроме этого, фарфор, облада­ющий химической стойкостью, твердостью, хо­рошими диэлектрическими свойствами, исполь­зуется во многих областях науки и техники — в химии, электротехнике, электронике и др.

Рис. 65. Изделия из керамики

Близкий родственник фарфора — фаянс. Он отличается от фарфора в основном пористо­стью, из-за чего его выпускают лишь глазу­рованным. История возникновения фаянса относится к Древнему Египту. Фаянс исполь­зуется для изготовления столовой и чайной посуды, а в строительстве — для изготовления облицовочных плиток, умывальников и другого санитарно-технического оборудования.

Трудно найти область человеческой жизни и деятельности, где керамика не используется. В быту и ракетостроении, радиотехнике и ме­таллообработке, медицине, химии, физике,— наверное, всюду. Изделия из керамики укра­шают наш быт — приятно пить чай из легкой, почти прозрачной фарфоровой чашки, а кера­мические резцы успешно конкурируют и часто превосходят резцы, изготовленные из самых жаропрочных и твердых сплавов. Керамика позволяет укротить высокие температуры и не боится самых агрессивных химических веществ.