Реферат: Стекло в интерьере

Фриттование использовалось ещё долго после средневековья, поэтому на старых гравюрах и при археологических раскопках мы всегда находим две печи — одну для предварительной плавки и другую для плавки фритт. Необходимая температура проплавления составляет 1450 °C, а рабочая температура — 1100—1200 °С. Средневековая плавильная печь («гуть» — по чешски) представляла собой низкий, топящийся дровами свод, где в глиняных горшках плавилось стекло. Выложенная только из камней и глинозёма, долго она не выдерживала, но надолго не хватало и запаса дров. Поэтому, когда лес вокруг гуты вырубали, её переводили на новое место, где леса было ещё в достатке.

Ещё одной печью, обычно соединяемой с плавильной, была отжигательная печь — для закалки, где готовое изделие нагревалось почти до точки размягчения стекла, а затем — быстро охлаждалось, чтобы тем самым компенсировать напряжения в стекле. В виде такой конструкции стеклоплавильная печь продержалась до конца XVII века, однако недостача дров вынуждала некоторые гуты, особенно в Англии, уже в XVII веке переходить на уголь; а так как улетучивающаяся из угля двуокись серы окрашивала стекло в жёлтый цвет, англичане начали плавить стекло в замкнутых, так называемых крытых горшках. Этим плавильный процесс затруднялся и замедлялся, так что приходилось подготавливать шихту не такой твёрдой, и тем не менее однако уже в конце XVIII века преобладающей делается топка углем.

Интересны сведения, имеющие отношение и к истории стекла и тому факту, что стекло, в общем смысле, за время своего существования, в отличие от многих других материалов, не претерпело практически никаких изменений (самые ранние образцы того, что стали называть стеклом ничем не отличаются от известного всем — бутылочного; исключением, конечно, являются виды стёкол с заданными свойствами), однако в данном случае речь идёт о веществе и материале минерального происхождения, нашедшем применение в современной практике.

Природное стекло, будучи одним из первых естественных материалов, который получил очень широкое применение в быту, и как орудие труда, и как часть разных видов оружия (ножи, наконечники стрел, копий и т. д.), — для изготовления украшений и других предметов обихода, — и как различные элементы ритуалов, в том числе чудовищных — ацтекских и майяских; — благодаря своей структуре обладает и недоступным для многих других, традиционных по применению материалов, парадоксальными, казалось бы, свойствами, что использовано было теми же ацтеками, давшими уникальные инструменты. Именно свойства стекла как аморфного вещества, с одной стороны, наделяющего его хрупкостью, в чём его недостаток и неприменимость для изготовления, например, инструментов, к которым предъявляются требования повышенной прочности (былой недостаток — сейчас он в ряде случаев, и рядом технологических методик преодолён) , с другой стороны, это отсутствие кристаллической решётки дало ему и преимущество, которое является причиной того, что с первыми в истории медицинскими, хирургическими инструментами по их остроте, возможностям заточки, до сих пор не может сравниться ни один металлический скальпель. Рабочую часть последнего (фаску) можно заточить до определённого предела — в дальнейшем от «пилы» практически невозможно избавиться, в то время как этого порога, например, в обсидиановых скальпелях нет — отсутствие кристаллической решётки позволяет их затачивать до молекулярного уровня, что даёт неоспоримое преимущество в микрохирургии, к тому же они не подвержены коррозии. Настоящий пример, хоть и имеющий отношение к стеклообразным минералам, очень показателен для понимания такого структурного свойства стекла как аморфность. Но сейчас эти свойства используются и при создании прецизионных инструментов из искусственного стекла. [6]

1.3 Свойства стекла

Стекло — неорганическое изотропное вещество, материал, известный и используемый с древнейших времён. Существует и в природной форме, в виде минералов (обсидиан — вулканическое стекло), но в практике — чаще всего, как продукт стеклоделия — одной из древнейших технологий в материальной культуре. Структурно — аморфное вещество, агрегатно относящееся к разряду — твёрдое тело. В практике присутствует огромное число модификаций, подразумевающих массу разнообразных утилитарных возможностей, определяющихся составом, структурой, химическими и физическими свойствами.[7]

Независимо от их химического состава и температурной области затвердевания, стекло обладает физико-механическими свойствами твёрдого тела, сохраняя способность обратимого перехода из жидкого состояния в стеклообразное (данное определение позволяет наблюдать, что фигурально к стёклам, в расширительном значении, относят все вещества по аналогии процесса образования и ряда формальных свойств (стеклообразное состояние) — на сём она исчерпываться, поскольку материал, как известно, прежде всего характеризуется своими практическими качествами, которые и определяют более строгую детерминацию стёкол как таковых в материаловедении).

Стёкла образуются в результате переохлаждения расплавов со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации. Благодаря этому стёкла обычно длительное время сохраняют аморфное состояние. Неорганические расплавы, способные образовать стеклофазу, переходят в стеклообразное состояние при температурах ниже температуры стеклования T_g (при температурах свыше T_g аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии).

В настоящее время разработаны материалы чрезвычайно широкого, поистине — универсального диапазона применения, чему служат и присущие изначально (например, прозрачность ^[9] , отражательная способность, стойкость к агрессивным средам, красота и многие другие) и не свойственные ранее стеклу — синтезированные его качества (например — жаростойкость, прочность, биоактивность, управляемая электропроводность и т. д.). Различные виды стёкол используется во всех сферах человеческой деятельности: от строительства, изобразительного искусства, оптики, медицины — до измерительной техники, высоких технологий и космонавтики, авиации и военной техники. Изучается физической химией и другими смежными и самостоятельными дисциплинами.

Стекло может быть получено путём охлаждения расплавов без кристаллизации. Практически любое вещество из расплавленного состояния может быть переведено в стеклообразное состояние. Некоторые расплавы (как то — отдельных стеклообразующих веществ) не требуют для этого быстрого охлаждения. Однако некоторые вещества (такие как металлосодержащие расплавы) требуют очень быстрого охлаждения, чтобы избежать кристаллизации. Так, для получения металлических стёкол необходимы скорости охлаждения 100000—1000000 К/с. Стекло может быть получено также путём аморфизации кристаллических веществ, например бомбардировкой пучком ионов, или при осаждении паров на охлаждаемые подложки. Вязкость аморфных веществ — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества. Обычно расплавы стеклообразующих веществ имеют высокую вязкость по сравнению с расплавами нестеклообразующих веществ .

Стёкла, в частности благодаря полимерному строению обладают способностью к гетерогенности. Полимерность стёкол в стеклообразном состоянии придаёт им индивидуальные качества, определяющие, в зависимости от характера этих структурных образований, степень прозрачности и других свойств стёкол. Присутствие в составе стекла соединений того или иного химического элемента, оксида металла, может влиять его окраску, степень электропроводности, и другие физические и химические свойства.

В твёрдом состоянии силикатные стёкла весьма устойчивы к обычным реагентам (за исключением плавиковой кислоты), и к действию атмосферных факторов. На этом свойстве основано их широчайшее применение: для изготовления предметов быта, оконных стёкол, стёкол для транспорта, стеклоблоков и многих других строительных материалов, предметов медицинского, лабораторного, научно-исследовательского назначения, и во многих других областях.

Для специальных целей выпускают химически-стойкое стекло, а также стекло, стойкое к тем или иным видам агрессивных воздействий.

Улучшение свойств стекла

Основной недостаток обычных стёкол — хрупкость. Для того, чтобы расширить сферу применения стекла, его подвергают закалке (закалённое стекло), армированию, создают многослойные композиты (триплекс).

Закаленное стекло – это листовое стекло, которое подвергается специальной химической и термической обработке, в результате чего существенно, более чем в 5 раз повышается механическая прочность материала и его устойчивость к резким перепадам температур. При разрушении такое стекло оказывается достаточно безопасным, рассыпаясь на множество мелких осколков.

Закаленное стекло производят в специальных печах из листов неполированного, полированного, матового, тонированного или узорчатого стекла. Процесс закалки стекла происходит в следующем порядке: сначала стекло разогревают выше температуры размягчения, а затем интенсивно охлаждают в равномерно подаваемых на всю поверхность стекла струях воздуха. Первыми при охлаждении затвердевают поверхностные слои стекла, а затем внутренние слои, где при охлаждении возникают остаточные напряжения сжатия. Эти напряжения и обеспечивают механическую прочность и термостойкость материала. Однако стоит отметить, что противопоказаны раскрой и резка стекла. Уже готовые закаленные стекла нельзя сверлить или подвергать другим видам механической обработки. Все нужные технологические вырезы и отверстия, а также обработку кромки следует предусмотреть заранее и сделать до начала процесса закалки.

Благодаря уникальным свойствам и достаточно высокому уровню безопасности (в сравнении с обычным стеклом), закаленное стекло все чаще находит свое применение в самых различных областях. Например, в современном строительстве материал успешно используется при остеклении конструкций любой сложности, в том числе фасадов многоэтажных зданий и входных групп, лестничных ограждений, светопрозрачных кровель и полов; при остеклении балконов и лоджий, телефонных кабин и остановок общественного транспорта; при изготовлении витрин и витражей. Более того, во многих странах мира, а также в крупных городах России (Москве, Санкт-Петербурге) уже несколько лет действует строительная норма, строго регламентирующая применение закаленного стекла при остеклении лоджий и балконов. Оно может активно применяться не только в архитектуре и строительстве, но и в отделке жилых интерьеров. Из этого прочного материала изготавливают оригинальные межкомнатные перегородки или прозрачные стены, стильные двери без рам или почти невесомые барные стойки. В закаленном стекле воплощаются самые смелые фантазии дизайнеров, создающих прозрачную мебель и всевозможные аксессуары.

1.4 Основные промышленные виды стекла

В качестве главной составной части в стекле содержится 70—75 % двуокиси кремния (SiO₂ ), получаемой из кварцевого песка при условии соответствующей грануляции и свободы от всяких загрязнений. Венецианцы для этого применяли чистый песок из реки По или даже завозили его из Истрии, тогда как богемские стеклоделы получали песок из чистого кварца.

Второй компонент — окись кальция (CaO) — делает стекло химически стойким и усиливает его блеск. На стекло она идёт в виде извести. Древние египтяне получали её из щебня морских раковин, а в средние века она приготовлялась из золы деревьев или морских водорослей, так как известняк в качестве сырья для приготовления стекла был ещё не известен. Первым подмешивать к стеклянной массе мел, как тогда назывался известняк, стали богемские стеклоделы в XVII веке.

Следующей составной частью стекла являются оксиды щелочных металлов - натрия (Na₂ O) или калия (K₂ O), нужные для плавки и выделки стекла. Их доля составляет примерно 16—17 %. На стекло они идут в виде соды (Na₂ CO₃ ) или поташа (K₂ CO₃ ), которые при температуре легко разлагаются на окиси. Соду сначала получали выщелачиванием золы морских водорослей, а в местности, удалённой от моря, применяли содержащий калий поташ, получая его выщелачиванием золы буковых или хвойных деревьев.

Различаются три главных вида стекла:

Содово-известковое стекло (1Na₂ O : 1CaO : 6SiO₂ )- можно с лёгкостью плавить, оно мягкое и потому легко поддаётся обработке, а кроме того, чистое и светлое.

Калийно-известковое стекло (1K₂ O : 1CaO : 6SiO₂ ) - более тугоплавкое, твёрдое и не такое пластичное и способное к формовке, но обладает зато сильным блеском. Оттого что раньше его получали непосредственно из золы, в которой много железа, стекло было зеленоватого цвета, и в XVI веке для его обесцвечивания начали применять перекись марганца. А так как именно лес давал сырьё для изготовления этого стекла, его называли ещё лесным стеклом. На килограмм поташа шла тонна древесины.

Калийно-свинцовое стекло (1K₂ O : 1PbO : 6SiO₂ ) («хрусталь»), получается заменой окиси кальция окисью свинца. Оно довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжёлое, отличается сильным блеском и высоким коэффициентом светопреломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая игру света.

1.5 Стекло в интерьере

Прозрачное стекло

Этот материал, благодаря своей прозрачности и легкости, оптически «лишает» громоздкости даже массивные конструкции. С помощью этого экологически чистого, натурального материала современные интерьеры словно наполняются воздухом и светом, становятся более «прозрачными» и легкими. Ведь современные технологии работы со стеклом и способы обработки кромок и поверхностей настолько совершенны, что позволяют сделать из стекла практически любой предмет интерьера. Возможно, именно по этим причинам дизайнеры все охотнее и чаще обращаются к нему и не перестают удивлять новыми решениями, оригинальными и непредсказуемыми. Более того, некоторые дизайнеры даже считают, что в дальнейшем стекло вполне может стать главной составляющей интерьера, причем вовсе не обязательно оформленного в современном стиле. Современные технологии позволяют воссоздать с помощью стекла атмосферу любого исторического стиля, не говоря уже о композициях, актуальных для интерьера XXI века.[8]

Идея использования стекла в качестве конструкционного и отделочного материала возникла давно. Можно вспомнить традиционные японские жилища, внешние стены которых состоят из рам, затянутых полупрозрачной бумагой, или Хрустальный дворец, построенный Джозефом Пекстоном в 1851 году в Гайд-парке по случаю всемирной выставки. Кстати, именно в те времена появились металлические конструкции и технологии производства стекла, позволяющие строить из него полноценные многоэтажные дома, и в XX веке стекло все чаще стало использоваться в этом качестве.

Дизайнерская и архитекторская мысль двинулась в очень интересном направлении: сделать стекло, хрупкий, в идеале невидимый материал, защищающим элементом, с помощью которого человек сможет созерцать безграничный окружающий мир, не чувствуя ни пронизывающего ветра, ни ледяной пурги, ни секущего дождя. Возможно, именно такой подход привел к тому, что сегодня коттеджи с огромными окнами во всю стену или даже с прозрачными стенами очень популярны в Европе.