Стекло — это одно из древнейших технологий, доступных человечеству. Первые стеклянные бусины, найденные в Месопотамии, имеют больше 5.5 тыс лет. И что самое интересное — стеклянное производство в Египте и Месопотамии развивалось параллельно и независимо — из-за разного сырья (и, вероятно, секретности). Нам для промышленности в любом случае придется развивать свое производство…
Стекло получить, на первый взгляд, несложно. Нужно два составляющих — песок и сода. Ну и нагреть их хотя бы до 950°С. Вот начиная с последнего и идут проблемы. Проблемы, сразу скажу, решаемые — даже для Древнего Египта. Стекло, конечно, будет невысокого качества — темное, мутное, с нитями разных плотностей (свилями), с пузырьками и частичками, упавшими в расплав. Это явно не оптическое стекло, но им можно пользоваться.
Итак, запускаем производство. Во-первых, нам нужен качественный песок — белый, мелкий, чистый. Его желательно прокалить для выжига органических примесей. Нужный песок с первого раза вряд ли удастся найти, скорее всего его придется везти издалека. В любом случае — это выяснится только опытным путем.
Соду использовать не будем. Во-первых — месторождений естественной соды очень мало, ее везли из Египта и в ней было большое количество соли, поэтому такое стекло обязательно проваривалось два раза. Мы используем известь — с ней проблем не было. Весь вопрос — в чистоте этой извести, наверняка придется сменить нескольких поставщиков. Песка нужно 70-75%, остальное — известь.
Стекло — аморфный материал, состоящий из большого количества химических соединений, он даже не имеет определенной точки плавления, стекло при повышении температуры постепенно размягчается и в какой-то момент его можно считать жидким. Но чтобы получить действительно жидкость, нужна температура около 2000°С. Современные виды стекол более легкоплавкие, но в то время их получить крайне сложно — из-за невозможности получить некоторые добавки и из-за присутствующих в сырье примесей.
Вообще, главная проблема с качеством стекла — это количество примесей.
Примесь глины делает стекло матово-белым. Примесь железа — бурым (пивные бутылки все видели?). Со стеклом ситуация абсолютно аналогична стали — до сих пор ищут новые рецепты состава стекла.
Одним из важных этапов является отжиг. Стекло нельзя просто так поставить остывать — оно станет закаленным и поэтому очень хрупким, с внутренними напряжениями — и будет разлетаться в пыль от малейшего удара. Сейчас уже умеют закалять стекло, но в те времена не получится, уж слишком точен техпроцесс. Поэтому охлаждают стекло несколько часов и понемножку. Чтобы это не вышло слишком быстро, приходится его подогревать (еще расход топлива).
Конечно, не все так просто. В начале 17 века в Англии (на тот момент самой продвинутой стране по производству стекла — из-за убегающих туда от религиозного преследования мастеров) случился кризис производства. Просто потому, что печи нечем было топить — все доступное топливо закончилось. Ситуация не единичная — в В 1747 г в России Сенат запретил использование стекольных и металлургических заводов вблизи Москвы, чтобы остановить массовую вырубку лесов на топливо.
Но именно тогда началась Техническая Революция, которая подсадила мир на каменный уголь, которым благополучно пользуемся до сих пор в ожидании следующей революции. Каменный уголь кроме недостатков (у него больше сажи и всяких вкраплений, которые могут попасть в стекло), имеет и один существенный плюс — температура варки стекла выросла. Поэтому если вы уже захотели запускать массированное производство — сначала нужно добыть уголь.
Просьба попаданцу помнить, что стекло, из-за отсутствия пластмасс в древности, является стратегическим материалом. Очень много из него делалось для промышленности и военного дела. Именно поэтому больше всего топлива потребляло производства железа и стекла. Поэтому конкуренты будут. И переманивать мастеров будут. И воровать технологии — в особенности.
Статья мне понравилась, но есть пара вопросов:
1) Как объяснить, что такое известь? Более интересно будет, если написать ещё одну статью с отсылками на картинки со словами: вот так определить известь, вот так — железо, вот так — каменный уголь. Более забавно, когда пишут химическую формулу (в близлежащих статьях про стекло есть). Ребят, у попаданца в большинстве случаев народ вокруг не будет знать, что такое химия. Да и названия половины веществ могут отличаться.
2) Температура горения дерева 800—1000 по цельсию, что есть нижняя планка. Я вижу явный пробел в том, как добиться от дерева температуры больше 950. Конструкция банальной печи может быть полезна для общего развития.
Известь получали обжигом известняка или мела (негашеную).
Вообще в древние времена любили пережигать любой минерал и смотреть что получается. Иногда получался металл (с железом не прокатило). Это настолько древний процесс, что его и в Вавилоне знали.
А химических формул я избегаю как могу — но не везде возможно. А формулы пишутся для попаданца, и знает ли вокруг народ химию — это задача попаданца народ обучить.
А про минералы — да, возможно и стоит. Вот только его настолько много всего разного, что запомнить более-менее может только человек, который постоянно с этим работает. Да и по фото не все возможно узнать. Поэтому вряд ли стоит давать больше пары минералов.
И про конструкции печей — да, возможно следует.
Но пишу то, что сейчас текущее, в черновиках больше трех десятков статей. 🙁
Да я понимаю. Просто дал повод к размышлению.
Всё равно считаю, что статья про минералы будет очень полезной. Просто стоит либо дать ссылки, либо написать, что из простого можно определить на глаз, а потом и проверить подручными средствами. Думаю, что для 90% попаданцев будет более, чем полезно. Так, мой кругозор на эти степи не распространяется, потому ни о каких гальванических элементах, да и стекле, для меня речи и идти не может. А надеяться, что у местного населения названия/понятия/знания будут те же, что и в современном мире — это грустно.
Вкачестве примера:
попаданец из россии попал в китай. Попробуй объяснить на пальцах, что такое глина, тем паче известь.
Ситуация даже со старорусским будет очень похожа, пусть и чуть легче.
>Известь получали обжигом известняка или мела (негашеную).
Вообще в древние времена любили пережигать любой минерал и смотреть что получается. Иногда получался металл (с железом не прокатило). Это настолько древний процесс, что его и в Вавилоне знали.
А из известняка хотели получить кальций? Кстати, а чего сразу известняк не заказывать? Или природный мел? Прокаливать можно в соседней печи. Вот с содой беда, для её искусственного получения нужны щёлочь и угольная кислота. А зачем нужна известь? Сейчас и чистый кварц переплавляют. Зачем легировать его кальцием? И зачем там была нужна сода?
Вот не судьба сначала прочесть каменты, а потом уж писать? Чуть ниже русским по белому:
для просветления изучать
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%B2%D1%82%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0
>для просветления изучать
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%B2%D1%82%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0
То есть для снижения температуры размягчения. Ол комплит. Есть стёкла с температурой размягчения не 900 градусов, а всего 300. Когда можно начинать варить их, как и из чего?
>А про минералы — да, возможно и стоит. Вот только его настолько много всего разного, что запомнить более-менее может только человек, который постоянно с этим работает. Да и по фото не все возможно узнать. Поэтому вряд ли стоит давать больше пары минералов.
Да просто попадать надо вдвоём: один технолог-любитель, другой геолог-любитель. Почему оба любители? Очень просто. Если геолог будет профессионалом, то фотографии с сайта ему не нужны, а любителя здесь и подготовите. И если технолог будет профессионалом, то ему не нужны тексты с сайта, он и так знает свою технологию, а любителя здесь и подготовите. Ну и можно же заранее фотоальбом распечатать со всеми минералами, а на после попадалова показать местным, кто нибудь минерал узнает, найдётся даже тот, кто с этим работает.
Соду методом Леблана вполне получить можно. Т.к. натриевое стекло имеет температуры плавление значительно ниже остальных.
Из Вики:
Различаются три главных вида стекла:
Содово-известковое стекло (1Na2O : 1CaO : 6SiO2)
Калийно-известковое стекло (1K2O : 1CaO : 6SiO2)
Калийно-свинцовое стекло (1K2O : 1PbO : 6SiO2)
В, общем, о таком ноу-хао автора, как _чисто_ известковое стекло даже Вики не слышала. IMHO
Видимо описался. Чисто кварцевое, силициум типа горный хрусталь. Температура плавления конечно и технологичность смущают, но… силициум присутствует во всех рецептах, а остальные добавки для уменьшения температуры плавления.
как насчёт получения ударопрочного стекла?
В смысле закалка или триплекс?
какой из них полегче? (наверное закалка)
Оба нифига не просты. Разве что технолог по ним попадёт 🙂
В триплексе три слоя, из них стеклянных только два, а один — мягкий полимер. Как то это для попаданца не в средние века, будь он хоть трижды технологом. Вот попаданец из 22-го века в 20-й может и такое склеить, ничего сверхсложного в этом нет. А в средние века просто не из чего.
Если хочется организовать более-менее массовое производство, то стоит задуматься о замене соды глауберовой солью, которая как встречается достаточно часто в естественном виде, так и может быть отходом получения соляной или азотной кислоты. При этом необходимо добавлять в шихту уголь или опилки. Известь тоже обычно специально не нужно пооучать, достаточно вводить сам известняк или мел.
Ну а для бутылок или посуды стекло можно варить, просто переплавляя минералы типа гранита или полевого шпата, или легкоплавкой глины, с добавкой извести. При большом содержании алюминия может потребоваться несколько более высокая температура.
Боросиликатное стекло
С момента изобретения стекла и до конца XIX в стекло делали всего из нескольких компонентов — оксидов кремния, натрия, калия, кальция и несколько позже свинца. Кроме того, стекло часто содержало оксиды железа, попадающие из грязного сырья или добавляемые намеренно для окрашивания, и оксид алюминия из стенок стекловаренного горшка.
Лишь в 80-х годах XIX в Отто Шотт (в сотрудничестве с Эрнстом Аббе и Карлом Цейсом) начал систематическое исследование влияния различных элементов на свойства стекла.
Шотт обнаружил, что добавление в стекло бора (в виде борной кислоты или буры) оказывает сильное влияние на свойства стекла, понижая коэффициент термического расширения, увеличивая прочность и стойкость стекла, и сильно изменяя оптические свойства.
Борный ангидрид B2O3, наряду с SiO2 и P2O5, является стеклообразующим, но само по себе блрное стекло химически не устойчиво. Однако оксид бора хорошо сочетается с оксидом кремния, понижая его температуру плавления и снижая вязкость расплава; при этом плоские фрагменты [BO3] встраиваются в сетку тетраэдрических [SiO4]. В присутствии же щелочей бор даёт тетраэдрические бораты [BO4], что приводит к упрочнению сетки при сохранении относительно низкой температуры плавления.
Первое коммерчески успешное стекло с добавлением бора — это йенское нормальное стекло (от обычного содово-известкового стекла отличалось добавкой 2% окиси бора, а также заменой половины оксида кальция на оксид цинка), которое позволило делать термометры, сохраняющие точнось нулевой точки в течение долгого времени. В 1887 г Шотт разработал стекло с ещё более высоким содержанием оксида бора, 12-13%, и уменьшенным содержанием щелочей; также стекло содержало 2.5% оксида алюминия. Это стекло отличалось очень низким КЛТР, 3.3х10-6/градус, и за счёт этого имело отличную стойкость к перепадам температуры. А за счёт низкого содержания щелочей и высокого содержания SiO2 (~80%) такое стекло имело отличную химическую стойкость, и нашло широкое применение для изготовления лабораторной посуды, стекол газовых ламп и фонарей, а позже и жаропрочных кухонных форм и кастрюль и т.д. Сейчас эта марка стекла обычно называется Boro 3.3 и выпускается под различными названиями — Duran, Pyrex, Simax и др.
В области оптических свойств — а это было основной причиной исследований Шотта и Аббе — бор также оказался незаменим. У классических оптических стёкол дисперсия была однозначно связана с показателем преломления, поэтому для ахроматического объектива можно было добиться схождения только двух каких либо длин волн https://www.popadancev.net/prostoe-opticheskoe-steklo/#comment-166183 . Добавление же больших количеств бора позволяет получить аномальную частичную дисперсию и делать апохроматические системы линз с поактически полностью исправленным вторичным спектром.
В сочетании с барием бор позволяет создавать стекла с высоким показателем преломления и низкой дисперсией, что позволяет делать линзы меньшей кривизны и уменьшать всё остальные аберрации и массу линз.
Кроме того, бор стабилизирует и повышает стойкость специальных стёкол, например, лантановых.
Небольшие же добавки бора полезны практически в любых стеклах — для уменьшения температуры плавления, повышения стойкости к расстекловыванию и улучшения окрашиваемости.
Учитывая пользу бора в стекловарении (а также производстве эмалей и глазурей), конечно, стоило бы внедрить боросиликатные стекла раньше, тем более, для этого не было никаких преград.
Природную буру Na2B4O7x10H2O, или тинкал, добывали с глубокой древности на соляных озёрах Тибета, в Иране и Индии, и использовали в медицине и как флюс для пайки золота. Буру знали даже в Древнем Египте и в Месопотамии, хотя это было достаточно дорогое вещество, приводимое купцами с Востока.
В 1777 г аптекарь Франц Хефер обнаружил борную кислоту в парах тосканских фумарол (саффиони), а с 1818 г там организовали производство борной кислоты, для чего над фумаролами делали искуственное озеро (лагуну), улавливающее вулканические пары. Затем насыщенную солями воду, содержащую около 0.5% борной кислоты, выпаривали, используя то же тепло вулканических газов — это, вероятно, было первым примером промышленного использования геотермальной энергии.
В 1861 г в Турции обнаружили богатейшие залежи колеманита — борнокислого кальция Ca2B6O11. Из него начали производить буру, обрабатывая измельченную руду раствором соды. А несколько позже огромные месторождения буры (вернее, минерала кернита с 4 молекулами воды) обнаружили в Неваде и в Калифорнии, в знаменитой Долине Смерти. Кернит из Долины Смерти отличался высокой чистотой, и его добывали там в огромных количествах, перевозя знаменитыми упряжками из 20 мулов. Путь в 265 км по раскалённой до 50 градусов жары пустыне занимал 10 дней; одна упряжка привозила почти 30 тонн буры. Через 6 лет проложили железную дорогу, и упряжки мулов потеряли свою актуальность, но само название «20 мулов» превратилось в известный бренд, под которым продавали буру для стирки белья (для умягчения воды), и продают даже сейчас.
В наши дни именно месторождения Турции и Калифорнии обеспечивают практически всё мировое производство соединений бора.
Очевидно, добавить буру в стекло можно было и в Древнем Египте, а в Римской Империи борная кислота и бура были буквально под ногами — как в нынешней Тоскании, так и в Малой Азии, недалеко от побережья Мраморного моря.
Конечно, для выплавки настоящего стекла Boro 3.3 потребовалось бы значительное усовершенствования печей и огнеупоров, но результат того стоил бы. А в области оптики борные стекла были бы еще более полезны.