Получение стекла

Основным сырьем для изготовления стекла являются кварцевый песок, известняк, сода и сульфат натрия. Высококачественные стекольные белые пески содержат немного примесей, в частности оксида железа, придающего стеклу зеленоватую окраску. В стекольную шихту вводят соду, сульфат натрия, поташ, которые понижают температуру варки стекла и ускоряют процесс стеклообразования. При варке смеси чистого песка SiO2 и соды Na2CO3 образуется полупрозрачная стеклообразная масса Na2SiО3, растворяющаяся в воде («растворимое стекло»). Благодаря введению в шихту СаО в виде известняка СаСО3 или доломита стекло становится нерастворимым в воде.

Варка строительного силикатного стекла производится в стекловаренных печах при температуре до 1500 °С. В процессе стекловарения, начиная с температур 800— 900°С протекает стадия силикатообразования. К концу следующей стадии стеклообразования (1150—1200°С) масса становится прозрачной, но в ней еще содержится много газовых пузырей. Дегазация заканчивается при 1400—1500°С; к ее концу стекломасса освобождается от газовых включений, свилей и становится однородной.

Для достижения необходимой для формования рабочей вязкости температуру массы снижают на 200—300 °С. Вязкость стекломассы зависит от химического состава: оксиды SiO2, Аl2О3, ZrO2 повышают вязкость, Na2O, СаО, Li2O, наоборот, понижают ее.

Переход от жидкого состояния в стеклообразное является обратимым. При длительном нахождении на воздухе и нагревании некоторых стекол обычная для них аморфная структура может переходить в кристаллическую; это явление называют расстекловыванием («заруханием»).

Строительное силикатное стекло имеет следующий примерный химический состав, %, по массе:
SiO2—71 —73;   Na2O— 13 — 15;   СаО —8—10,5;   MgO — 1— 4; AI2O3 —0,5—1;   Fe2O3—0,1;   К2О   до 1; SO3 — 0,3 — 0,7.
В процессе изготовления в стекло вводят соединения, придающие ему специальные свойства. Глинозем А12О3, вводимый в шихту в виде каолина и полевого шпата, повышает механическую прочность, а также термическую и химическую стойкость стекла.

При замене части диоксида кремния борным ангидридом В2О3 повышается скорость стекловарения, улучшается осветление и уменьшается склонность к кристаллизации. Оксид свинца РЬО, вводимый, главным образом, при изготовлении оптического стекла и хрусталя, повышает показатель светопреломления. Оксид цинка ZnO понижает температурный коэффициент линейного расширения стекла, благодаря чему повышается его термическая стойкость.

Вспомогательные сырьевые материалы делят по своему назначению на следующие группы: осветлители — вещества, способствующие удалению из стекломассы газовых пузырей (сульфат натрия, плавиковый шпат); обесцвечиватели — вещества, обесцвечивающие стекольную массу; глушители— вещества, делающие стекло непрозрачным.

В 20 в. были разработаны различные способы вытягивания бесконечной ленты стекла. Толщина стекла регулировалась путем изменения скорости вытягивания. При изготовлении витринных и зеркальных стекол тянутое и прокатное стекло подвергали шлифованию и полированию. Только в 1960 г. удалось изготовить стекло, которое полируется в процессе формования ленты стекла на плоской поверхности расплавленного олова. Качество поверхности такого стекла не уступает полированному.