Понятие о стекле.
Материальное определение стекла - однородное аморфное твердое тело, обычно получаемое, когда вязкий расплавленный материал охлаждается очень быстро ниже его температуры стеклования, таким образом, не давая достаточно времени для формирования правильной кристаллической решетки. Простой пример - то, когда кубик сахара расплавлен и охлажден быстро, нанесением жидкого сахара на холодную поверхность. Он теряет свою кристаллическую структуру, и становиться аморфным, не, кристаллическим объектом, подобно первоначальному сахару, который можно видеть в разрезе.
Слово 'стекло' происходит от латинского glacies (лед) и соответствует немецкому Glas, M.E. glas, A.S. glaes. Германские племена использовали слово glaes, чтобы описать янтарь, записанный Римскими историками как glaesum. Англосаксы использовали слово glaer для янтаря.
В своей чистой форме, стекло - прозрачный, относительно прочный, износостойкий, очень инертный, и биологически неактивный материал, который можно сформовать с очень гладкими и непроницаемыми поверхностями. Эти важные свойства приводят к очень широкому использованию стекла. Стекло есть, однако, хрупкое и разбивается на острые частички. Эти свойства могут быть модифицированы, или даже изменены полностью, с добавлением других компонентов или термической обработки.
Обычное стекло содержит приблизительно 70% аморфного диоксида кремния (SiO2), который является тем же самым химическим соединением, содержащемся в кварце, и его поликристаллической форме, песке.
Свойства и использования
Очевидная характеристика обыкновенного стекла - то, что оно является прозрачным видимому свету (не все стекловидные материалы). Прозрачность присутствует благодаря отсутствию электронных переходов на всей длине рассеивания света, нежели вблизи длины волны видимого света. (Гетерогенность заставляет свет рассеиваться, прекращая любую когерентную передачу изображения). Обыкновенное стекло частично не пропускает UVA (длина волны 400 и 300 нм), из-за этого полностью пропускает UVC и UVB (длина волны ниже, чем 300 нм). Это присуще благодаря введению дополнительных компонентов, например, таких как кальцинированная сода. Чистое стекло SiO2 (также названное кварцевое) не поглощает УФ свет и используется для изделий, которые требуют прозрачности в этой области, хотя это более дорого. Этот тип стекла может быть сделан настолько чистым, что, когда превращено в волоконные оптические нити корда, сотни километров стекла являются прозрачными в инфракрасных длинах волн. Индивидуальным волокнам придают одинаково прозрачное ядро стекла SiO2/GeO2, только которое имеет немного другие оптические свойства (германий, придает более высокий показатель преломления). Подводные нити корда имеют сечения, смазанным с эрбием, которые усиливают переданные сигналы лазерным излучением непосредственно изнутри стекла. Аморфный SiO2 также используется как диэлектрический материал в интегральных схемах
Стекла, используемые для производства оптических приборов,обычно маркируют, используя код для стеклянных изделий с шестью цифрами, или альтернативный код номера буквы от каталога Стекла Schott. Например, BK7 - низко-дисперсионный боросиликатный крон, и SF10 - плотное оптическое стекло с расширением.
Стеклянные изделия
Так как стекло является прочным и инертным, это - очень полезный материал. Многие стеклянные предметы сделаны из стекла. Посуда, валки и колбы часто делаются из стекла ,а также лампочки, зеркала, кинескопы компьютерных мониторов и телевизоров, и окна. В лабораториях, проводимых исследования по химии, биологии, физики и много других областей, колбы, пробирки, линзы и другое лабораторное оборудование часто делаются из стекла. Для этих приборов, обычно используется боросиликатное стекло из-за его прочности и низкого коэффициента теплового расширения, которое дает большую устойчивость тепловому удару и учитывает большую точность в лабораторных измерениях, нагреваясь и охлаждаясь при экспериментах. Для наиболее требующих приборов, используется кварцевое стекло, хотя очень трудно работать. Вулканические стекла, типа обсидиана, долго использовались, для получения каменных инструментов, и флинт, бьющий методики может легко быть применен к стеклу серийного производства.
Стеклянные компоненты
Чистый кремнезем (SiO2) имеет точку плавления приблизительно 2000 °C (3600 °F), и в то время как это может быть превращено в стекло для специальных приборов (см. плавление кварца), два других материала всегда добавляются к обычному стеклу, чтобы упростить обработку. Один из них углекислый натрий (углекислый натрий Na2CO3), или углекислый калий, эквивалентный состав калия, который понижает точку плавления приблизительно к 1000 °C (1800 °F). Однако, углекислый натрий способствует растворению стекла в воде, что является нежелательным, таким образом известь (окись кальция, CaO) – третий компонент , добавленный, чтобы придать нерастворимость. Следующее стекло содержит приблизительно 70%-ый кремнезем и называется известково-натриевым стеклом. Известково-натриевые стекла составляют приблизительно 90 % произведенного стекла.
Так же как углекислый натрий и известь, самому обычному стеклу добавляют другие компоненты, чтобы изменить его свойства. Свинцовое стекло, типа свинцового кристалла или оптического стекла, является более блестящим, потому что увеличенный показатель преломления вызывает, заметно больший блеск, в то время как бор может быть добавлен, чтобы изменить тепловые и электрические свойства, как в Пирексе. Добавление бария также увеличивает показатель преломления. Оксид тория давал стеклу высокий показатель преломления и низкую дисперсию, и прежде использовался в производстве высококачественных линз, но из-за его радиоактивности был замещен оксидом лантана в современных стеклах. Большие количества железа используются в стекле, которое поглощает инфракрасное излучение, типа теплоты, поглощаемой фильтрами для проекторов, в то время как оксид церия, (IV) может использоваться для стекла, которое поглощает УФ длины волн (биологически повреждающих ионизирующих радиацию).
Окрашенное стекло
Металлы и оксиды металлов вводят в состав стекла, чтобы изменить его цвет. Марганец может быть добавлен в малых количествах, чтобы изменить зеленый оттенок, преданный железом, или при более высоких концентрациях придать стеклу цвет аметиста. Как марганец, селен может использоваться при малых концентрациях, чтобы обесцветить стекло, или при высоких концентрациях, чтобы придать красноватый цвет. Малые концентрации кобальта (0.025 к 0.1 %) придают синеву стеклу. Оксид олова с сурьмой и оксидом мышьяка производит непрозрачное белое стекло, сначала используемое в Венеции, для производства искусственного фарфора . 2 - 3 % оксида меди придает бирюзовый цвет. Чистая металлическая медь придает темно-красный цвет непрозрачному, стеклу, которое иногда используется в производстве золота вместо рубина. Никель, в зависимости от концентрации, придает, синею, фиолетовую, или четную окраску стеклу. Добавление титана придает желтовато-коричневую окраску стеклу. Металлическое золото, при малых концентрациях (приблизительно 0.001 %), придает стеклу рубиновый цвет, в то время как при низкой концентрации получается менее интенсивный красный цвет. Уран (0.1 - 2 %) может быть введен, чтобы придать стеклу флуоресцентный желтый или зеленый цвет. Урановое стекло не сильно радиоактивно. Составы, содержащие серебро (особенно азотнокислое серебро) могут изменять цвета от оранжевого, красного цвета до желтого. Путем нагревания и охлаждения стекла можно влиять на окраску стекла в зависимости от состава его. Химия открывает новые комплексные соединения, которые не известны. Новые окрашенные стекла часто обнаруживаются.
Цветное стекло может использоваться для декоративных целей, типа накладного. Понятие цветное стекло сегодня вообще относится к стеклу, которое было окрашено, добавлением соли металла во время его производства. Например, медь может использоваться, чтобы получить зеленое или синее стекло. Расплавленное стекло потом обжигается в печи, чтобы получить слои цветного стекла. Ранние художники цветного стекла были ограничены небольшим количеством цветов, но сегодня почти любой цвет может быть получен.
Если мелкие детали, типа теней или схем, требуют художественного окрашивания, их на холодное стекло наносят специальной краской сделанной из металлических оксидов. Тогда часть обжигается в печи. Этот процесс есть, само собой, искусство. Оксиды постоянно сплавляются со стеклом, чтобы получить рисунок.
Эти цветные стекла существуют с различными структурами - гладкими текстурами, волнистыми, морщинистыми, кованными, измельченными в шаровой мельнице, или очень приблизительными. Эти различные текстуры придают стеклу легкость и цветные характеристики, которые, даже для того же самого цвета, могут давать удивительные результаты. Цветное стекло продают по весу и квадратным футом в листах, обычно приблизительно 3' x 4'.
Витражи включают технологию собирания из цветного стекла различной формы, затем собирают направленное использование частей добавлением свинцовой ленты, медной фольги. После того, как собрали, части тогда спаивают вместе и установлены в раме, чтобы создать окно.
История
Начинается в Восточной Азии. Среди мусульманских проектировщиков, технология цветного стекла достигла ее высоты в Средневековье, особенно 1150-1250. Поскольку твердая Романская стена была отщеплена, использование стекла, драматично расширило. Интегрированный с высокими вертикалями Готических соборов, большие окна предоставляли большее освещение, которое было расценено как символическое относительно божественного изящества.
В девятнадцатом столетии, Романтизм и Готическое возрождение вызвали возобновленный интерес к цветному стеклу. Важные вклады в технологию были сделаны Уильямом Моррисом (англичанин, 1834-1898), Эдвард Берн-Джоунс (англичанин, 1833-1898), Джон Ла Фардж (американец, 1835-1910) и Луи Комфорта Тиффани(американец, 1848-1933).
Историки долго спорили о том, кто изобрел Ла Фардж или Тиффани вариант медной фольги, чтобы получить награду, но Тиффани универсально приписывают разработку опалового цветного стекла и создание обширного использования медной фольги в окнах, лампах, и других отделках.
Цветное стекло - это искусство и ремесло, которое требует артистического умения, чтобы придумать проект и инженерную квалификацию, необходимую чтобы собрать части так, чтобы это было способно к поддержке собственного веса и (для окна) выдержке элементов.
После столетий повторения и небольшого новшества, цветное стекло подверглось главному Ренессансу формы. Импульс для этого нового современного стекла был восстановлением тысяч церковных окон всюду по Европе, разрушенной Второй мировой войной. Немецкие художники следовали впереди, известные художники включая Эрвина Боссаний, Ладвига Шаффрата, Джохэйннса Шреитера и многих других, которые трансформировали древнюю художественную форму в современную художественную форму.
Сегодня существует немного академических учреждений, которые преподают традиционное искусство. Одно из тех учреждений - Образцовая Программа Мастера Флоридского государственного университета, который недавно закончил самые большие в мире долгосрочные витражи, установленные в Области Бобби Боуден на Стадионе Доака Кампбелла.
Художественное стекло
Художественное стекло обычно означает современное художественную стеклянную перемещение, в который индивидуальные художники, работающие один или с несколькими помощниками, чтобы создать работы из расплавленного стекла в относительно небольших печах нескольких сотен фунтов стекла. Это началось в начале 1960-ых и продолжало расти в течение конца столетия. Стеклянные предметы созданы, прежде всего, чтобы получить скульптурную или декоративную формулировку. На рынке, их цены могут достигать от нескольких сотен до десятков тысяч долларов (США).
До начала 1960-ых, художественное стекло относилось к стеклу, сделанному для декоративного использования, обычными бригадами фабричных рабочих, берущих стекло из печей с тысячей или больше фунтов стекла. Фактически, поворот 19-ого столетия был высотой старого художественного стеклянного движения, в то время как фабричные стеклодувы замещались механическим выдуванием и непрерывным оконным стеклом. На фабрике, каждый элемент бригады делает ту же самую работу, неоднократно оказывающуюся множествами или сотнями того же самого изделия в рабочий день.