Стекло – от древности до наших дней

доцент Дроздов Андрей Анатольевич,

Химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

2011

Неорганическое стекло – твердый аморфный материал, получающийся в результате переохлаждения жидкости

1) Отсутствие дальнего порядка2) Изотропность3) Нет температуры плавления4) Раковистый излом5) Термопластичность6) Высокая прозрачность7) хрупкость

Жидкое состояние

Пластичное состояние

Твердое состояние

Tf Tg

Tf – Tg = интервал стеклования (100 - 200°С)

Классификация стекол1) Однокомпонентные (один

стеклообразующий компонент)а) элементные (S, Se, C, Bi)б) галогенидные (BeF2, ZrF4)в) халькогенидные (As2S3)г) оксидные (SiO2, B2O3, P2O5, Al2O3)

2) Многокомпонентныехалькогенидные 85%Te, 9% Se, 1% As, 2%Sb, 3%S силикатные

SiO2 кварцевое стекло

Na2O·CaO·6SiO2Оконное стекло

Силикатные стекла

Оконное стекло

SiO2 71,7 – 72,8 % Al2O3 1,5 – 2,0 %CaO 6,7 – 8,6 %MgO 3,5 – 4,1 %Na2O 13,4 – 14,6 %K2O 0,1 – 1,3 %SO3 0,3 – 0,5 %Fe2O3 0,1 – 0,11 %

Древние стекла• Неолит: примитивные стекловидные глазури• с IV тыс до н.э. в Египте и Междуречье

имитация полудрагоценных камней• Глазурирование кирпичей (Междуречье)• Бусы, печати, амулеты, техника прессования в

форме

стеатит

С середины XV в до н.э. – первые стеклянные сосуды, расширение состава эмалей

Синее CaCuSi4O10

Белое Ca2Sb2O7

Желтое Pb2Sb2O7

Терракотовое Cu2O

Техника сердечника

Окраска Содержание оксида, %

MnO CoO CuO Sb2O3 Fe2O3 PbO

красная 0,16 0,18 1,2 0,3 7,6

синяя 0,31 0,15 0,83 1,21

бирюзовое 0,02 1,51 1,37

белое 0,01 2,49

пурпурное 0,8

желтое 1,36

• Восточное средиземноморье, 6 – 4 вв до н.э.

Плиний Старший о стекле

«Для получения стекла тончайший белый песок перетирают и смешивают с тремя частями природной египетской соды, добываемой на берегах озёр, расположенных в ливийской пустыне».

«Рассказывают, что сюда пристал корабль торговцев нитром, и когда они, рассеявшись по берегу приступили к приготовлению еды и не оказалось камней под котлы.ю они подложили под них куски нитра с корабля, которые расплавились от огня, смешавшись с песком на берегу, и потекли прозрачные ручьи новой жидкости, - таким было происхождение стекла.» Ест. ист., кн. XXXVI, 192

У устья Белуса

Сырье• 1) ПесокА) в устье реки Белус (Палестина):80% SiO2, 4%

Al2O3, 9% CaO, 0,12% Fe2O3 , остальное –потери при прокаливании.Минеральный состав: 70-75% кварц, 16-18% кальцит, 4% полевой шпат, 4% пироксены,1% ильменит.

Б) в Египте):60% SiO2, 2,25% Al2O3, 19% CaO, 1,7% Fe2O3 , 0,8% MgO, 0,3% Na2O, 0,74% K2O, остальное – потери при прокаливании.Минеральный состав: 50-55% кварц, 30-33% кальцит, 5% полевой шпат, 5% пироксены, 1% ильменит.

• 2) Минерал трона или зола растений

Технология1) Подготовка шихты2) Выплавка в печи при 1000ºС

Состав шихты: 60 частей песка, 180 частей золы, 5 частей селитры и 2 части мела

Из ассирийской клинописной глиняной таблички ок 650 г до н.э.

Усовершенствования I тыс до н.э.• 1) Прозрачное стекло (улучшение качества

шихты, стекловидные пигменты)• 2) Бесцветное стекло • 3) Новые техники – прессование, мозаичная

техника• 4) Выдувание стекла в форму или без

формы (Финикия, 1 в до н.э.)

Средневековые стекла

С XIII в – Мурано, millefiori, вннецианская нить

Аламбик, Бухара, XII в

Алудель

Реторта

Витражи

Слева вверху — покрытая ямками поверхность стекла из Аугсбургского собора (ув. х 25). Справа вверху — дно ямки, где продолжается разрушение стекла под действием влаги (ув. х 1000). Слева внизу — нижний, испещренный бороздками слой стекла из витража монастыря в Лорше, ФРГ (ув. х 10). Справа внизу —глубокие трещины в стекле из витража церкви в Лаутенбахе (Франция). Вверху этой фотографии (справа) виден неповрежденный участок поверхности стекла (ув. х 600).

Травление стекла

Золотой рубин

HAuCl4+ N2H4, NaBH4, сахара

Расставьте коэффициенты

HAuCl4 + N2H4 Au + N2 + HCl

Органические стекла

H2C C

CH3

COOCH3

H2C C

CH3

H3COOC

n

n

ПММА

COCl2 C

CH3

CH3

ONaNaO+

C

CH3

CH3

OC

O

O

n

+ 2nNaCl

n n

поликарбонат

Типы современных стёкол

энергосберегающие, солнцезащитные, ламинированные, армированные, закаленные, окрашенные в массе

стекла.

Ламинированное стекло

Закалённое стекло

Ситаллы• Это стеклокристаллические материалы• Получают направленной

кристаллизацией стекол при их термической обработке

• Содержат кристаллические фазы (до 2000 нм), равномерно распределенные в стекловидной матрице

Кордиеритовые составы (MgO-Al2O3-SiO2), крист. Фаза – кордиерит

Обтекатели антенн, электроника

Сподумено-эвкриптитовые составы (Li2O – Al2O3 – SiO2)Оптически прозрачны, размер кристаллов не превышает длины полуволны видимого света, коэффициент термического расширения равен нулюКосмическая и лазерная техника

Современные прозрачные материалы

поликарбонат

Прозрачная керамика (MgAl2O4, AlON, Al2O3)

Термостойка,ударостойка