Как делают цветное стекло.
|
Начало изготовления цветного стекла археологи относят к временам древней шумерской цивилизации. Его использование в декоративных целях актуально и сегодня: из него делают витражи, применяют в архитектурно-строительных конструкциях, используют в качестве материала для облицовки.
Технологии и красители, применяемые при производстве цветного стекла.
Существуют несколько технологий изготовления цветного стекла, и в зависимости от того, какой из них был применен, внешний вид изделия имеет некоторые отличия. Наиболее распространены способы производства, при которых прокатное или тянутое цветное стекло окрашивают в массе. Также цветное стекло бывает тянутое накладное с глушеным или прозрачным цветным слоем, который состоит из цветного стекла или из тонкой оксидной пленки.
Для окраски стекла применяют оксиды таких металлов, как хром, ванадий, медь, никель, кобальт, железо, марганец, титан, церий; элементы селен и сера, а также сернистые соединения свинца, меди, кадмия, железа. При помощи использования этих соединений и их сочетаний можно получить самые разные оттенки и цвета: зеленый, фиолетовый, молочный, красный. Интенсивность окраски зависит от концентрации красителя.
По характеру окраски стекло делится на глушеное и прозрачное, бывает также стекло гладкое и узорчатое, а также мраморовидное, где частично смешиваются глушеное и прозрачное стекло.
Технология изготовления двухслойного стекла.
Двухслойное стекло производится либо нанесением на простое прозрачное бесцветное стекло прочной цветной оксидной пленки, либо сплавлением двух стеклянных слоев: один из них бесцветный, второй окрашенный.
Производство двухслойного стекла имеет большую сложность, чем изготовление стекла, окрашенного в массе, но оно более экономично в плане использования красителя, ведь он требуется только для изготовления тонкого цветного слоя, нанесенного на прозрачный. Прозрачный бесцветный слой аналогичен по составу обычному оконному стеклу, его вырабатывают вертикальным вытягиванием, и от его толщины зависит интенсивность окраски цветного слоя, который может быть прозрачным либо глушеным. При этом способе производства двухслойного цветного стекла, необходимо следить за тем, чтоб коэффициенты линейного расширения бесцветного и окрашенного стекла были тождественны. Если же этим пренебречь, то в скором времени тот слой, указанный коэффициент которого выше, растрескается.
Интенсивность окраски цветного стекла обусловлена несколькими факторами: концентрацией красителя в цветном слое, толщиной цветного слоя и самим цветом стекла; так, например, для получения синего цвета путем использования соединений кобальта, достаточно и тонкого окрашенного слоя, а для получения рубинового оттенка его толщина должна быть увеличена.
Технология получения стекла, окрашенного в массе.
Процесс получения стекла сплошной окраски достаточно прост, и схож с производством простого оконного стекла, имеющего некоторые особенности. В процессе плавления массы сырьевого полуфабриката, в неё добавляется краситель или красители, придающие нужный цвет и оттенок.
Особенности получения цветного стекла состоят в точном следовании температурному и газовому режимам. При производстве стекол необходимо точно знать и учитывать индивидуальные особенности каждого красителя, так как некоторые из них могут улетучиваться при достижении определенной температуры. Следует также иметь в виду повышенную склонность цветного стекла к кристаллизации и неравномерное его остывание, что может привести к деформации листа.
Источник
Производство цветного стекла
Цветные стекла используются, в первую очередь, в создании витражей. Кроме того, их применяют в дизайне интерьеров, в строительстве, в производстве светильников и декоративных стеклянных конструкций, а также для производства посуды, украшений, мелких декоративных изделий, для изготовления медицинского, фото и видеооборудования и других изделий.
Стекло было изобретено в Месопотамии или Древнем Египте – самые древние стеклянные изделия, найденные учеными, датируются 2750 г. до н.э. Плоское стекло и окрашенные в различные цвета изделия из стекла появились намного позже. Окрашивание стекла было известно древним шумерам, в Египте периода Нового Царства из разноцветного стекла изготавливались сосуды. Для окраски в смесь соды и песка при выплавке стекла добавляли различные примеси. Первое письменное описание способов производства цветного стекла датируется 650 г. до н.э.
Виды окрашенного стекла
Цветное стекло различается по характеру окрашивания: можно выделить глушеное стекло с матовой окраской, напоминающей молоко, и прозрачное. Также производят мраморное цветное стекло, в котором сочетаются глушеные и прозрачные участки одного или разных цветов.
Технологии производства цветного стекла
Сегодня для придания стеклу того или иного цвета используется несколько разных технологий. Самой старой и распространенной является окрашивание стекольного сырья во время выплавки. Заключается способ в добавлении красящих веществ в расплавленную массу стекла. При использовании этой технологии главной особенностью является изменение температуры плавления в зависимости от применяемой добавки, а также влияние некоторых красителей на процесс застывания стекла.
Еще один способ окраски заключается в сплавке прозрачного слоя стекла с окрашенным слоем из з цветного стекла или из пленки, состоящей из красящего вещества (оксида металла). Такой способ сложнее технологически, потому что требует тщательного подбора плотности и жесткости обоих слоев – иначе один из них может быстро растрескаться. Зато при нанесении окрашенной пленки расход красителя намного ниже, чем при окраске стекла в массе.
Красители для производства цветного стекла
Чтобы получить разные оттенки цветного стекла при выплавке или нанесении пленки применяют красители, содержащие соли и оксиды металлов. Например, чтобы получить зеленое стекло, используют соединения хрома.
Красный цвет придают стеклу оксиды меди и коллоидное золото. Соединения кобальта позволяют получить синее стекло, а марганца – фиолетовое. Соли кадмия используются для получения желтого цвета.
Использование различных добавок в разной концентрации, изменение толщины цветного слоя двухслойного стекла позволяет получить цвета разной степени насыщенности, а также производить глушеное или прозрачное стекло.
Различные соединения, использующиеся в качестве красителей, влияют не только на цвет стекла, но и придают ему те или иные свойства. Так, если заменить соду карбонатом калия, можно получить более тугоплавкое стекло – такое применяют при изготовлении химической посуды. Если при этом еще ввести окись свинца в смесь для выплавки стекла, то получается хрусталь – его характерной особенностью является способность сильно преломлять свет. Хрусталь используется в изготовлении декоративных интерьерных изделий, посуды, украшений, а также в оптике.
Источник
Производство цветного стекла
1.1.2 Производство цветного стекла
Прозрачность является одним из важнейших свойств стекла. Однако в ряде случаев стеклу специально придают непрозрачность и цвет. Цветное стекло производится нескольких типов: с цветным покрытием, окрашенное в массе, накладное.
1) Стекло с цветным покрытием (листовое)
При электрохимическом способе окрашивания, на стекло нагретое до 600-700°С при помощи пульверизатора наносят раствор пленкообразующей соли. При этом между солью и водяным паром на поверхности стекла протекают реакции обменного разложения. В результате появляются окислы металлов и газа, которые оседают на стекле и образуют токую (до 1мкм) прозрачную цветную пленку. Описанный выше процесс является сугубо промышленным, а вот оклейка бесцветного стекла различными цветными пленками ( металлическими, оксидно-металлическими, полимерными и т.д.) может производиться как в условиях производства, так и на месте по соответствующим инструкциям. В любом случае соединение пленки со стеклом происходит на молекулярном уровне, благодаря диффузии в материал стекла молекул клеевой основы пленки и последующей полимеризации. В зависимости от толщины и состава пленок получают цветные стекла с особыми свойствами. Так например, голубые и синие — солнцезащитные и теплоотражающие, желтые и оранжевые — поглощающие ультрафиолетовые лучи, «под бронзу» — отражающие свет.
Область применения: остекление помещений, изготовление витражей, декоративное остекление, устройство перегородок. [14]
2) Стекло, окрашенное в массе.
Окрашенное по всей толщине стекло (окрашенное в массе), получается при введении красителей в стекломассу, бывает тянутым или прокатным. Тянутое стекло получают из охлажденной до определенной температуры расплава стекломассы на машинах вертикального или горизонтального вытягивания. При прокатном способе лента стекла формуется путем проката между двумя металлическими валами, охлаждаемыми водой. Прокатное стекло имеет «кованую» (шероховатую) поверхность.
Это процесс «глушения», в результате которого стекло становится непрозрачным; вещества, способствующие помутнению стекла, называют глушителями. Глушение происходит вследствие распределения по всей массе стекла мельчайших кристаллических частиц. Они представляют не растворившийся частицы глушителя или частицы, выделившиеся из жидкой массы при охлаждении стекла. Эти частицы обычно прозрачны, но их показатель преломления отличается от показателя преломления стекла. Поэтому падающий на них луч отклоняется от прямолинейного направления и стекло перестает быть прозрачным. В далеком прошлом в качестве глушителей стекла использовали костяную муку, содержащую фосфат кальция Ca3(PO4)2, а также оксиды олова SnO, мышьяка As2O3 и сурьмы Sb2O3. В настоящее время для этой цели применяют криолит Na3[AlF6], плавиковый шпат CaF2 и другие фторидные соединения.
Сильно заглушенное стекло (белого цвета) называют молочным. Для его изготовления чаще всего используют криолит. Молочное стекло используют главным образом для изготовления осветительной арматуры.
Следует также отметить, что окрашенное стекло иногда предохраняет содержимое бутылок от нежелательного фотохимического воздействия. Поэтому окраску бутылочного стекла иногда специально усиливают. [10]
Окраску стекла осуществляют введением в него оксидов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов. Так, золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином соответственно. Серебро в коллоидном состоянии окрашивает стекло в желтый цвет. Хорошим красителем является селен. В коллоидном состоянии он окрашивает стекло в розовый цвет, а в виде соединения CdS·3CdSe – в красный. Такое стекло называют селеновым рубином. При окраске оксидами металлов цвет стекла зависит от его состава и от количества оксида-красителя. Например, оксид кобальта (II) в малых количествах дает голубое стекло, а в больших – фиолетово-синее с красноватым оттенком. Оксид меди (II) в натрий-кальциевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом – зеленый. Оксид марганца (П) в натрий-кальциевом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а в калиево-цинковом – сине-фиолетовую. Оксид свинца (II) усиливает цвет стекла и придает цвету яркие оттенки.
Сложность процесса варки цветных стекол обусловлена большой индивидуальностью и специфичностью их свойств и необходимостью создания благоприятных условий для их крашения или глушения. Некоторые окрашенные стекла (сульфидные, селеновый и медный рубины, глушенные фтором, и др.) хорошо варятся при восстановительных и нейтральных условиях газовой среды в печи, другие (окрашенные соединениями марганца, хрома, меди, металлическим селеном), наоборот, нуждаются в окислительных условиях.
Ряд красителей и глушителей при высокой температуре улетучивается (сульфиды, фтор) или восстанавливается до низшей валентности (оксиды марганца и хрома), что вызывает изменение характера или степени окраски и глушения стекол. Стекла, глушенные (особенно фосфатами) и окрашенные коллоидными красителями (медный рубин), имеют повышенную склонность к кристаллизации, поэтому их следует варить и вырабатывать при высокой температуре. Своеобразный характер выработочных свойств цветных стекол, обусловленный их малой теплопрозрачностью, также ограничивает в известной мере возможность широкого применения существующих механизированных методов для выработки цветного листового стекла.
Варку цветных и глушенных стекол производят в непрерывно действующих ванных печах небольшой производительности (5—15 т/сут) с разделенным или неразделенным бассейном малой глубины (300-700 мм), которые, однако, обеспечивают сравнительно повышенные для данного случая удельные съемы стекломассы с 1 м2 бассейна печи (500-800 кг/сут).
Цветные прозрачные стекла варят при 1450—1480 °С, а глушенные фтором — при 1300—1350 °С. Для варки цветных и глушенных стекол особенно эффективны малые стекловаренные печи прямого нагрева.
Способом вертикального лодочного вытягивания на машинах ВВС вырабатывают накладное или окрашенное в массе тонкое листовое стекло толщиной не более 4 мм. В производстве цветного стекла используют значительно менее мощные установки — на одну или две машины ВВС с меньшей против обычного шириной ленты стекла; скорость вытягивания ленты такого стекла намного меньше, чем у оконного. Окрашенные в массе стекла имеют мало меняющийся основной состав, % по массе: Si02 65—72; А1203
3,5; Na20 12—16; K20 1-4, к которому добавляют обычно от 0,1 до 0,5 % различных красителей — Se, CdS, С(1СОз (красные, оранжевые, розовые стекла), СиО, Сг20з, СоО (зеленые, голубые, синие), Мп203 (фиолетовое), уголь (желтое). Для окрашенных в массе стекол в их состав вводят меньшие количества красителей и глушителей, чем в случае соответствующих цветных накладных стекол.
Способом прокатки вырабатывают окрашенное в массе непрозрачное утолщенное листовое стекло, называемое марблитом.
Громадное количество видов изделий из стекла предусматривает и многообразие технических решений в части формования и выработки стекломассы. Строительное, строительно-архитектурное, светотехническое стекло получают способами вертикального и горизонтального вытягивания, периодическим и непрерывным прокатом, отливкой, прессованием и другими способами. Тарное и сортовое стекло вырабатывается стеклоформующими и вакуумными машинами, ручным и механизированным выдуванием и прессованием. Медицинское, оптическое, кварцевое, электродное, пеностекло, стеклянное волокно и другие виды изделий вырабатываются различными способами в зависимости от их формы, размера и условий эксплуатации. [8]
Источник
