Флюс для стекла
Подскажите какие знаете хорошие флюсы для понижения температуры спекания стекла, пользуюсь таким, но хочется узнать есть ли флюсы "агрессивнее" или аналогичные, хочу температуру ещё сильнее понизить
Подскажите какие знаете хорошие флюсы для понижения температуры спекания стекла, пользуюсь таким, но хочется узнать есть ли флюсы "агрессивнее" или аналогичные, хочу температуру ещё сильнее понизить
Фото 1.
Стеклодувное дело, как и многие ремесла, немыслимо без изрядной оснастки. Речь идет о мелких вспомогательных инструментах, не говоря уже о горелках-печах-вытяжках и разовых приспособлениях из подручных, с учетом специфики работ, материалов. Мастера стеклодувы признаются – часто, изобретение и изготовление оснастки – державок, проставок и прочего подобного, занимает времени и сил больше, чем сама работа со стеклом.
Разумеется, в горячей обработке стекла в пламени горелки, есть разные направления – декоративное, приборостроение для химии, приборостроение для физики (проволочные выводы, вакуум, геттер), каждое из которых требует ряд характерных инструментов, но изрядная их часть все же похожа – принципы обработки круглой стеклянной трубки-заготовки более-менее одинаковы. Количество единиц в табельном универсальном комплекте инструментов стеклодува-приборостроителя – ужасающее, нам же, как любопытным и «сочувствующим», домашним экспериментаторам, можно обойтись и более скромным ассортиментом, изготавливая и опробуя каждый поштучно. С радостью и удовольствием.
Один из первейших инструментов обязательно присутствующий на рабочем столе мастера-стеклодува – обкатка, иначе – канавки, колодка, укатка. Некий брусок с термостойкими канавками правильной или заданной специальной формы для принудительного утолщения стекла, местного ступенчатого уменьшения его диаметра. В любой, хоть сколько то сложной, стеклодувной работе используется регулярно и часто, а с нашим ограниченным сортаментом тонкостенных заготовок-трубок и вовсе придется с ним сродниться. Инструмент конструкцией и приемами работы очень похож на подрезку, хотя задачи здесь совершенно иные.
Как и многие стеклодувные инструменты-приспособления для непосредственного контакта с размягченным раскаленным стеклом, практика предлагает недлинный ряд материалов, расположенных по ухудшению свойств – графит, медь и ее сплавы, текстолит с обугленной поверхностью, плотное дерево с обугленной поверхностью. Графит дорог но долговечен, дерево наоборот. Тем не менее, древесина широко распространена, дешева, легко и привычно обрабатывается. Сложнейшие работы выполнялись стеклодувами прошлых эпох, с использованием деревянного инструмента. Заготовка может быть из дуба, ясеня, клена, груши, акации и др. В моих краях, а это средняя полоса России - лесная зона, чрезвычайно распространена береза, обычно используемая для дров при печном отоплении. Это светлое и плотное дерево, однородное, с невыраженной структурой, малостойкое к влаге, колкое.
Фото 2. Моя заготовка – неровный обрезок толстой доски из сухой березы.
Что потребовалось для изготовления.
Набор столярного инструмента.
К делу.
Подходящий обрезок сухой нетонкой строганной березовой доски (Фото 2) подобрал в своем деревянном хламе. В общем случае ее пришлось бы выкроить (без сучков и недопустимых дефектов), отпилить и прострогать. Ориентируясь на имеющийся ассортимент стеклянных заготовок-трубок подобрал ряд свёрл по дереву – крупные, перовой системы, самое тонкое – 10 мм – спиральное с шипом. Выбрал часть деревянной заготовки и разметил с карандашиком и лейкой (Фото 3).
Фото 3. Разметка заготовки-деревяшки. Сучок получился в нижней части основания и помехой не станет. Центры полных отверстий нашёл и наколол шилом.
Фото 4. Отрезал размеченную заготовку на торцевой пиле.
Фото 5. Предварительные отверстия.
Сверло при выходе из заготовки оставляет не слишком ровный край, тем более у березы склонной к сколам. Существует несколько столярных приемов позволяющих иметь ровное просверленное отверстие с обеих сторон. Один из них – сверление с каждой из сторон чуть более чем до половины глубины. Для этого сверлим предварительное направляющее отверстие небольшого диаметра. Спиральным сверлом по дереву. Скол от него небольшой и перекроется сверлением чистовым.
Фото 6. Спиральное сверло по дереву Ø10 мм, для самого маленького отверстия.
Вместо направляющего отверстия использую след от его центрального шипа – чуть не досверлив до конца, при необходимости, прокалываю его шилом и по этой метке, сверлю с обратной стороны.
Фото 7. Перовое сверло сильно разбрасывает опилки – чтобы поменьше мусорить в мастерской. По случаю умеренного мороза сверлил на улице.
Фото 8. Здесь же, на торцевой пиле, разрезал деревяшку по отверстиям на две неравные части. Причем так, чтобы основная, нижняя оказалась с ровным полукругом.
Фото 9. Разметил и «пионерским» выжигателем по дереву сделал надписи – диаметры канавок.
Не столько ради необходимости, сколько для украшения – пояснительные надписи очень к лицу любым приборам и приспособлениям. К тому же, береза хороший материал для выжигания. По готовым надписям прошелся мелкой, размером с зубную, нежесткой корщеткой – для удаления обугленных частей. Цвет линий после этого становятся приглушеннее и ровнее.
Фото 10. Обугливание рабочих поверхностей – на открытом воздухе, портативной газовой горелкой.
Нижнюю часть дерева защитил двумя кусочками оцинкованной стали. Литература рекомендует обжигать деревяшки для горячего стекла так, чтобы толщина угольного слоя была 1…2 мм. Тогда он не горит, не дымит, легко скользит по размягченному стеклу не оставляя следов.
Попробуем применить нашу обкатку – сделать на конце трубки Ø18 мм ступеньку-утоньшение.
Фото 11. Подобрав кусочек трубки длиной около 30 см выровнял его неровный – лопнувший от термоудара, край.
Немного отступив от зазубрин, чтобы трещина не пошла от них, царапнул на трубке ребром алмазного надфиля риску миллиметров в пять и приложил её к накаленной током нихромовой проволоке приспособления. Получив короткую трещину чуть провернул заготовку «ведя» раскол до полного смыкания его концов. Всё, трубка легко и относительно ровно ломается.
Фото 12. Разогрев конца стеклянной трубки в пламени горелки.
Видно характерное оранжевое «содовое свечение» - испарение ионов натрия с поверхности стекла. Верный знак окончания прогрева заготовки, теперь термоудар ему не страшен и можно греть секло с любой скоростью без опаски. Фото для примера.
Работать на горелке со стеклом удобнее всего в полумраке - так лучше видно факел и точнее определяется состояние стекла по его свечению. Разогретое стекло вынутое из пламени светится ровным малиновым светом. Прижимаем его к обугленной части обкатки и прокручиваем сужая.
Фото 13. Охлаждение в вермикулите.
Стекло – материал более чем деликатный, не терпящий резких и значительных смен температуры – термоударов и реагирующий на них растрескиванием. Немедленным или отсроченным – возникающие внутренние напряжения разрывают изнутри. Спасает отца русской демократии отжиг. Полноценный в печи или хотя бы импровизированный – возможно более медленное и плавное охлаждение горячего стекла. Достаточной для некрупных промежуточных работ мерой является окружение горячей заготовки огнеупорным теплоизолятором, например – погружение в жестянку с вермикулитом – слюдоподобным минералом популярным у цветоводов.
Фото 14. Получившееся, далеко не идеальное, сужение – не хватило тепла при разогреве и стекло осталось слишком вязким, не достаточно хорошо обугленная деревянная колодка горела и дымила при работе загрязняя стекло.
Фото 15. Сужение, вид с торца.
Фото 16. Повертев отпиленную часть деревяшки (Фото 8) решил тоже ее использовать в дело снабдив небольшой простой подставкой собранной на столярный ПВА и некрупные гвоздики, из чего-то хвойного подвернувшегося под руку.
P. S. Интересующихся и сочувствующих располагающих литературой (книги, статьи, заметки) 1920-30-х годов касательно изготовления первых радиоламп, прошу поделиться.
Babay Mazay, декабрь, 2022 г.
Фото 1. Рабочая часть самодельного инструмента.
Увы, стеклодувное дело весьма инструментоемкое ремесло. Конечно, их количество зависит от характера и сложности работ, но есть инструменты обязательные, без которых обойтись либо невозможно, либо это существенно осложнит работу и снизит ее качество. Из них – стеклодувная развертка (Рис.2) - ручной инструмент для раскрытия, расширения, формовке фланца из размягченного края трубки. Операция частая, применяется как для «отделочных» работ с горлышками, так и для подготовки краев для следующих операций. Кроме того, развертка используется для изготовления стеклянных кранов, воронок, ножек-опор и прочего подобного.
Рис. 2. Хрестоматийный стол стеклодува [1]. Табельная развертка указана стрелочкой. Обратите внимание на необычную настольную стеклодувную грелку (поз.7) «американской» системы со встречным пламенем.
Рис. 3. Работа плоской разверткой. Стеклянная трубка непрерывно вращается, «операционное поле» находится в мягком пламени. Разверткой полнотелой (см.ниже) орудуют соосно трубке-заготовке.
Для подобной операции (Рис. 3) с размягченным (раскаленным) стеклом рабочая часть инструмента может быть изготовлена из весьма разнообразных материалов – медь, латунь, никель, железо, графит, обожженный (обугленный) текстолит или даже плотное твердое дерево также обугленное в мягком пламени горелки. Применять железо можно, но неудобно – окислы вплавляются в стекло и оставляют рыжие пятна, деревянные развертки работают недолго – обгорают. Дольше работает инструмент текстолитовый, предварительно обожженный. Лучший материал для горячей работы со стеклом – графит (еще лучше – он же изостатический, терморасширенный ?). Он легко скользит по размягченному стеклу (важно!) и почти не разрушается при высокой температуре, но дорог, хрупок, неудобен в обработке. Да, металлические развертки перед работой должны быть смазанными жиром, машинным маслом или воском.
Развертки могут быть как плоскими, так и телами вращения. Широкое распространение получили развертки латунные из нетонкого листа.
Рис. 4. Варианты стеклодувных разверток, где: а – металлические плоские, в том числе и крестовая в сечении; б – деревянные; в – графитовые. [2].
Здесь, некрупную развертку для стеклодувного дела выполнил из медной пластинки. Угол и размеры для формирования расширения имеющихся трубок небольшого диаметра.
Что понадобилось для работы.
Набор некрупного слесарного инструмента, мелочи, ЛКМ.
К делу.
Для главной части инструмента – конуса соприкасающегося со стеклом подобрал заготовку – разбитую сильноточную (100 А) плавкую вставку (Фото 5…7).
Фото 5. Остатки плавкой вставки 100 А.
Фото 6. Медные части 100 А вставки.
Фото 7. Заготовка рабочей части развертки.
Подготовленную (Фото 7) пластинку разметил и отпилил лишнее ручной ножовкой по металлу. Для удобства и лучшей точности из пары некрупных гвоздиков с откушенными шляпками сделал импровизированное стусло (Фото 8).
Фото 8. Пара стальных направляющих из забитых в дощечку кусочков гвоздиков не позволяют ножовочному полотну вольностей.
Фото 9. Готовая рабочая часть развертки.
Медную заготовку опилил некрупным напильником в тисках и загладил рабочие боковые поверхности мелкой наждачной бумагой, дальнейшую шлифовку шкуркой «нулёвкой» и полировку сделал после изготовления ручки. Хорошая гладкая рабочая поверхность лучше скользит и меньше сминает размягченное стекло, не оставляет на стекле следов, задиров. Мягкая медь требует периодического восстановления шлифовки.
Снабдил развертку рукояткой – подобрал нетолстую медную трубочку, отрезал кусочек, разметил и выпилил «лапки» для медной пластины. Отжег, сформовал лапки-держатель, подогнал надфилем. Подобрал нетонкую латунную проволоку и сделал из нее заготовки заклепок. Просверлил отверстия в деталях в сборе, приклепал медную трубку-ручку (Фото 10).
Фото 10. Развертка с медной ручкой.
В это время у меня появился набор клейм по металлу и очень хотелось их опробовать – выбил на одной из нерабочих плоских сторон развертки угол раскрыва.
Перед работой рабочая часть инструмента слегка разогревается в пламени горелки и смазывается пчелиным воском (утапливается в кусок). При контакте с раскаленным стеклом воск сгорает, дым улетает в вытяжку. Первые же испытания показали – навык работы непростой, одолевается далеко не с ходу, обнаружилось и обстоятельство самого утилитарного свойства – медная ручка быстро разогревается от рабочей части и жжет руки.
Первое обстоятельство преодолевается изучением классиков (да вот хоть из раздела Литература) и неустанной практикой, второй - доработкой ручки.
В хламе отрыл готовую деревянную ручку в патриотическом оформлении (Фото 11), сделал державку – вбил в гнездо крупный гвоздь и в тисках отпилил ножовкой шляпку, зажал державку в патрон шуруповерта и напрочь сошкурил это издевательство над зрением и психикой (Фото 12).
Фото 11. Кухонная ручка. Хохлома.
Фото 12. Удаление защитно-декоративного покрытия.
У имеющейся медной ручки-трубки отпилил несколько сантиметров и подобрал стальной стержень (тепло проводит значительно хуже) более-менее плотно помещающийся внутрь. Приклепал его аналогичным образом и вклеил в деревянную ручку эпоксидной смолой с наполнителем. Вклеивать медную трубку в дерево непосредственно не стоит – скорее всего она расплавит клей и соединение будет непрочным. Вариант – использовать достаточно термостойкую замазку-цемент или подобрать вместо медной нетолстую стальную трубку, например, от многих бытовых холодильных агрегатов (теплообменник на задней стенке).
Фото 13. Развертка со стальной переходной деталью в ручке.
Готовый инструмент.
Работа развертки не такая простая, нужен изрядный навык - равномерный разогрев определенной области заготовки, положение инструмента, работа в определенном месте пламени горелки...
Фото 14. Первые экзерсисы. Чертова трубка напрочь сминается. Грущу.
Фото 15. Все еще складки, но уже на что-то похоже.
Фото 16. Развернутый край горлышка на трубке потолще - под пробку. К слову, правильность края сильно зависит и от качества реза заготовки.
P. S. Интересующихся и сочувствующих располагающих литературой (книги, статьи, заметки) 1920-30-х годов касательно изготовления первых радиоламп, прошу поделиться.
Литература.
Стронг Д. Техника физического эксперимента. 1948 г.
Легошин А. Я., Мануйлов Л. А. Стеклодувное дело. Москва, «Высшая школа», 1976 г.
Сорокин В. С. Стеклодувная мастерская. Справочник. 2013 г.
Babay Mazay, ноябрь, 2021 г.
Выспаться, провести генеральную уборку, посмотреть все новые сериалы и позаниматься спортом. Потом расстроиться, что время прошло зря. Есть альтернатива: сесть за руль и махнуть в путешествие. Как минимум, его вы всегда будете вспоминать с улыбкой. Собрали несколько нестандартных маршрутов.
Пыхнем? - спросил углерод.
Пыхнем. - согласился кремний.
Пыхнули. Углерод улетел, а кремний лишь цвет изменил.
Кремний подумал: "Ну, и хрен с ним, углеродом, пойду с натрием пыхну."
Так появилось стекло.
Фото 1. Работа на стеклодувной горелке с отражателем пламени.
Продолжаем снаряжать рабочее место стеклодува в домашней мастерской. На этот раз речь пойдет об огневом оснащении – несложное приспособление для большой настольной горелки позволит более полно использовать ее факел и несколько увеличить температуру разогреваемой заготовки и скорость нагрева, а перебирать пальцами для вращения стеклянной трубки теперь можно допустить пореже. Отражатель представляет собой небольшой кружок асбеста укрепленный на удобной подставке. Установив его за нагреваемой в пламени заготовкой мы возвращаем часть улетающего тепла на стекло, что равноценно использованию второй горелки напротив, хотя и менее мощной.
Интересно, что подобный нагрев встречным пламенем применялся исторически и как основной. Тип такой горелки именовался «американской». Привычная же однопламенная настольная горелка – «пушка» - «немецкой». Специальные ручные горелки со встречным пламенем очень часто применялись для быстрого и равномерного разогрева участка штенгеля – нетолстой трубочки соединяющей электровакуумный прибор с откачным постом - отпайки лампы и нередко при станочной обработке стекла.
Рис. 2 Нагрев заготовки на горелке со встречным пламенем. Д. Стронг. «Техника физического эксперимента». Лениздат 1948 г.
Бешагин С. П. «Огневое оснащение электровакуумного производства». Москва, «Энергия». 1967 г.
Классическая литература по стеклодувному делу рекомендует отражатель - плоский кружок из асбестового картона закрепленный на проволочной рамке. Здесь, мы попробуем изготовить отражатель вогнутой куполообразной формы, чтобы при работе и несколько концентрировать разлетающееся тепло на более-менее компактном участке. Для этого применим другой способ изготовления – мокрая формовка асбеста, тем более, что этот дешевый огнеупор очень удобен и применяется в стеклодувном деле часто – пробки, держатели, проставки, разного рода специальные колпачки для замедления охлаждения и прочая оснастка для контакта с разогретым стеклом. Опять же, заготовками могут быть самые непрезентабельные обрезки асбеста, буквально мусор.
К делу.
Обычно в литературе предлагается конструкция на квадратной дощечке-подставке и судя по винту-стопору, с регулированием по высоте (Рис. 4). Располагая самодельным токарным станком по дереву не сделать подставку точёной – грех. Проволочную рамку в деревянной ножке мы замуруем, а регулировку высоты будем делать подкладывая под всю конструкцию отрезки дощечек.
Рис. 4 Отражатель пламени. Голь М. М. «Руководство по основам стеклодувного дела». Изд. «Химия», 1974 г.
Фото 5. Соберем деревянную подставку отражателя из двух частей – подошвы и стойки. Заготовки для них подобрать проще. На фото – заготовка подошвы, кусок сухой нетонкой березовой доски со слегка скругленными на торцевой пиле краями.
Для установки в станок применим самодельную мини-планшайбу с привинченной технологической деревяшкой. Перед опиливанием квадратной заготовки находим её середину как пересечение диагоналей и циркулем вычерчиваем максимальную окружность, опиливаем углы. Деревяшку на планшайбе обтачиваем и торцуем на станке. Имея центр граненой заготовки, вычерчиваем окружность несколько больше диаметра планшайбы и приклеиваем её термоклеем. Для небольших заготовок его прочности довольно, а более крупные на первоначальном этапе обдирки можно усилить - поджать задним центром.
Фото 6. Оболваниванием и торцуем заготовку используя резец для точения поперек волокон, отрезаем нужную толщину.
Фото 7. Срезанную заготовку переворачиваем - слегка приклеиваем торцованной частью, дном и протачиваем лицевую часть. Шлифуем несколькими номерами наждачки со сменой направления вращения.
Фото 8. Сверлим на станке отверстие для шипа стойки.
Фото 9. Стойку выточил из сухого березового полена «в центрах».
Подобрал в поленнице подходящей толщины без существенных дефектов, обрезал торцы на маятниковой пиле, обтесал топором на чурбачке до более-менее цилиндрического состояния. Центроискателем нашел центры торцов и накернил их. Под задний неподвижный капнул машинного маслица, под ведущий плоский трезубец пропилил ножовкой неглубокий паз для лучшего зацепления. Вместо утилитарной формы вдруг родился этакий шахматный ферзь. Оставим! На дне, контролируя штангенциркулем, проточил шип для сборки с подошвой. Отшлифовал.
Фото 10. Собрал деревянную подставку с капелькой столярного ПВА, на станке просверлил спиральным сверлом по дереву глубокое глухое отверстия для замуровывания проволочной рамки.
Готовую подставку отделал несколькими слоями прозрачного матового лака с промежуточной сушкой и легкой шлифовкой некрупной затертой наждачкой. Лак – финский «Яло» дает очаровательную поверхность напоминающую вощение, опять же, грязными руками не захватается.
Фото 11. Проволочную рамку сделал из свитой вдвое мягкой стальной вязальной проволоки. Сначала на крышке литрового пластикового ведерка от клея. Понял, что пожадничал и скрутил вариант поскромнее на консервной баночке.
Фото 12. В качестве выпуклой формы для рабочей поверхности применил дно баллона от 5л углекислотного огнетушителя.
Фото 13. Ошметки асбестового картона замочил с небольшим избытком воды. Новый непережженный раскисает замечательно быстро, старый похуже.
Фото 14. Слегка перетер размокший асбест в кашицу пальцами до образования однородной массы похожей на мокрую бумажную для папье-маше.
Фото 15. Импровизированную форму обернул нетолстым полиэтиленом и вылепил нижний слой, уложил на него проволочную рамку и залепил её.
Придал слепку более-менее правильную форму и загладил влажную поверхность пальцами. Несколько дней сушил на форме, в теплом месте. Подсохший отражатель досушил в горячем месте печи.
Фото 16. Проволочную ручку заклинил в деревянной подставке двумя некрупными колышками, подобрав предварительно, высоту ковшика-отражателя. Для пробы.
Фото 17. Свободный факел большой настольной «пушки». Работает на парах бензина и воздухе.
Фото 18. Факел горелки ограничен отражателем пламени.
Дистанцию подобрал минимальную, но такую, чтобы удобно было работать в самой горячей части пламени – на кончике яркого «языка». Фокус асбестового отражателя, даже в относительно негорячей части факела, быстро раскаляется до свечения.
Фото 19. Разогрев заготовки – стеклянной трубки Ø18 мм с применением отражателя. Как и предполагалось, происходит ровнее и ощутимо быстрее. Теперь получаются некоторые операции недоступные ранее, другие удаются лучше.
Сформованный асбест отражателя здесь подвергается интенсивному разрушающему воздействию «жесткого» факела, срок его работы, очевидно, ограничен и не слишком длителен, зато он легко ремонтируется или вовсе переделывается с повторным использованием обгоревшего. Отсюда, удобнее не замуровывать проволочную ручку в подставке насмерть. Вульгарное заклинивание двумя щепочками подобранными в дровах показало себя удовлетворительно в работе и легко разбирается. Диаметр ковшика можно сделать на четверть (на треть?) поменьше.
P. S. Интересующихся и сочувствующих располагающих литературой (книги, статьи, заметки) 1920-30-х годов касательно изготовления первых радиоламп, прошу поделиться.
Babay Mazay, январь, 2023 г.
Доброго времени суток. Прошу помощи с матированием стекла.
Задача - найти способ матирования и повреждения стекла для нано-производства в домашних условиях. Желаемый результат повреждения на фото.
Простое макание в 40% плавиковую кислоту желаемого результата не даёт. Просто растворяется стекло, но поверхность остаётся глянцевой, становится немного рельефной, но глянцевой. Паста не подходит, так как нужно обрабатывать много мелких объектов. Вариант с парАми кажется слишком сложным в домашних условиях, а на улице сейчас холодно.
Бусины на фото сначала чем-то обработаны, а потом покрашены или покрыты металлическим напылением в вакууме. Изначально с производства сходят глянцевые и ровные, как чёрные на фото.
P.S. Форум стекольщиков результата не дал, там только пасту рекомендуют :(
Когда вы учились в 5 классе, школьный учитель, почти наверняка, рассказывал вам легенду, о том, как финикийские торговцы изобрели стекло, выложив куски белого вещества вокруг костра на песчаном берегу. Но эта история, не так проста, как может показаться. Она таит в себе загадки даже для современных учёных – историков, лингвистов и химиков. Ответы на эти загадки могут перевернуть наши представления о технологиях Древнего мира.
Финикийцы. Иллюстрация из игры Humankind.
О чём будет пост.
В данном посте мы познакомимся с последними исследованиями археологов и химиков, а также проведём небольшое расследование, открывающее поразительные факты о древних технологиях. Мы отправимся с вами в бронзовый век и совершим путешествие с группой финикийских купцов, побываем в оазисах Египта, на побережье Ливана, в мастерских древнего Шумера, перенесёмся во Францию XVIII века, расшифруем таинственные римские записи и с помощью археологов, историков и лингвистов откроем тайны древних гениев. Мы узнаем, как египетский жрец на тысячелетия опередил французского учёного в создании важнейшей химической технологии; узнаем что делали древние охотники за ископаемыми с костями мифических чудовищ; из чего раньше делали соду; как переводчики перепутали её с селитрой, и как это сделало современные названия химических элементов слегка нелепыми; почему химические заводы были самыми высокими сооружениями в XIX веке; а также почему учебники химии и Википедия умалчивают о первенстве российского академика в изобретении наиболее важного метода промышленной химии, и называют первооткрывателем французского врача?
Гавань финикийского города Библос, кедровую древесину доставляют на берег. Иллюстрация Balage Balogh с сайта Archaeology Illustrated.
Древняя легенда и трудности перевода.
Ученикам 5-х классов обычно рассказывают легенду об изобретении стекла финикийскими моряками. Авторам школьного курса она известна из книги "Естественная история" римского писателя букв стилосом по восковой табличке Плиния Старшего. Давайте посмотрим на оригинальный текст. Нас интересует параграф 191 книги XXXVI, где Плиний пишет:
История, как говорят, такова — судно, груженое nitri, бросило на этом месте якорь; купцы, собираясь приготовить на берегу пищу и не найдя поблизости никаких камней, чтобы поставить на них котелки, использовали для этих целей несколько кусков nitri, принесенных с корабля. Когда nitri подверглась действию огня, перемешавшись с песком побережья, купцы увидели прозрачные натеки некой жидкости, до сих пор неизвестной; таким образом и было изобретено стекло…
Слово nitri в русском переводе Г.М. Севера интерпретируется как "селитра". Аналогично в переводе Вестника древней истории - это селитра. Селитрой называют нитрат калия (KNO3) или натрия (NaNO3); стекло из неё не делают (#comment_220486655). Химику вполне очевидно, что речь в данной легенде шла не о селитре, и везли финикийцы вовсе не её. Да и стекло финикийцы не изобретали, как то утверждают Плиний и учебник истории Древнего мира для 5 класса (кто изобрел стекло и как учёные химики и археологи это поняли, мы узнаем ниже). Тем не менее, история про финикийцев имеет правдивые основания. Они действительно перевозили через море некое белое вещество, которое пользовалось огромным спросом в Древнем мире (и тогда это был не героин). А описанный Плинием торговый путь был крайне важен для технологического развития человечества. Место добычи белого камня nitri имело такую огромную значимость, что дало название многим современным химическим веществам. Что же это за вещество, откуда, куда и зачем возили его финикийцы?
Карта Ближнего Востока эпохи бронзового века. Показано место открытия стекла, описанное Плинием Старшим - устье реки Белос (сегодня Нааман). Источник.
Вади-эн-Натрун. Ливийская пустыня. Египет. Около 1500 год до н.э. (место на карте).
Перенесёмся в Ливийскую пустыню, в долину в 100 км на западе от столицы древнего Египта Мемфиса. Там есть цепочка из 10 озер, расположенных на 23 метра ниже уровня моря. Египтяне ещё до эпохи Нового царства (1550—1069 годы до н. э.) отжали это местность у ливийских племён. Долина была крайне примечательным местом. Древние путешественники находили здесь кости мифических существ. По мнению историка античной науки Адриенны Майор многие кости вывозились и выставлялись в храмах в качестве пруфов, доказывающих правдивость мифов о грифонах, гигантах и монстрах (у неё есть целая книга на эту тему - The First Fossil Hunters, очень захватывающее чтиво).
Берега водоёмов выглядели как Чудское озеро после Ледового побоища. Они были как будто покрыты снегом и льдом с кровавыми подтёками. Хотя вокруг жара, словно кто-то решил приготовить из тебя запеканку на ужин. Настоящий фантастический пейзаж.
Толстая корка белого едкого вещества толщиной до полуметра, покрывающая берега, это вовсе не поваренная соль. Египтяне называли это вещество nṯrj, что означает чистый, божественный. От этого название и происходит слово nitra, которое использовал Плиний, финикийцы и все народы ойкумены. Вещество было настолько важно для египтян, что всю долину назвали в честь него – долина Натрона (Вади-эн-Натрун по-арабски).
Юго-восточный край озера Фазда. Источник.
Египетские жрецы нуждались в этом веществе. Натрон отличался исключительной гигроскопичностью (впитывал воду) - хорошее подспорье для изготовления мумий. А охотники и рыбаки использовали его для сушки рыбы. Но ещё большее значение натрон сыграл в развитии ремесла и новых технологий бронзового века. Белые и красные куски собирали с помощью шестов и лопат и раскладывали для просушки на берегах. Затем натрон в корзинах доставляли на Нил, где его отправляли потребителям. Натрон пользовался огромным спросом у купцов и был очень важным товаром. И именно натрон везли финикийские купцы из рассказа Плиния Старшего. Но для чего он был нужен, куда и зачем его везли - это мы обсудим позже. Для начала выясним, что же представляла из себя эта бесценная субстанция?
Нил, Боковой канал. Иллюстрация Balage Balogh с сайта Archaeology Illustrated.
Химический контекст. Парадокс натрона.
Тут будет немножко сложно. Минерал натрон это декагидрат карбоната натрия (Na2CO3*10H2O). Что-то вроде соды. Минерал, не сложно догадаться, назван в честь озера. И считалось, что озеро было одним из главных источников, таких минералов как натрон (Na2CO3*10H2O) и трона (Na2CO3*NaHCO3*2H2O) или, проще говоря, природной соды. Но недавние исследования химического состава показали, что отложения вокруг содержат очень мало карбоната натрия. Белое вещество в основном состоит из буркеита (Na6CO3*2SO4) и галита (NaCl). Иными словами, "натрон" состоит из натрона меньше чем наполовину. Можно было предположить, что за тысячи лет просто поменялся состав озера. Но проблема в том, что проведённые анализы древнего "натрона", собранного из гробниц, дали аналогичные результаты и показали присутствие сложного состава из карбонатов, сульфатов и хлоридов натрия. Таким образом, как утверждают британские исследователи, финикийцы не могли получать стекло, используя сырьё из Вади-эн-Натрун. Если только египтяне не...
Впрочем об этом потом. Давайте сначала узнаем, куда и зачем могли везти натрон финикийские купцы.
Сара, жена Авраама и служанка торгуются за ткань. Том Ловелл. Напомню, что действие происходит в шумерском городе Уре согласно Библии.
Шумер. Южная Месопотамия. Ранее 2500 года до н.э. (место на карте).
Кроме плодородной почвы и стад овец в Шумере было скудно с ресурсами. Шумер был производственным центром Древнего мира, в который стекалось сырьё и вытекала продукция перерабатывающей промышленности: в первую очередь бронзовые изделия и ткани.
Текстильное производство было одной из наиболее важных отраслей в Месопотамии. Ткани делали из шерсти овец и льна. Но в первую очередь из шерсти овец. Шерсть овец содержит ланолиновые жиры, чтобы ткань можно было покрасить, жир следует удалить. И для этого нужны были щёлочные растворы. В дальнейшем совершенствование этой практики привело к изобретению мыла в 2500 году до н.э. (об этом я расскажу в следующем посте). Но пока мыла не было, приходилось его делать, так сказать, in situ, то есть непосредственно в процессе обработки ткани при взаимодействии щёлочного раствора с жиром. Щёлочной раствор можно было бы приготовить из того самого натрона, но торговля с Египтом ещё не была налажена. Да и Египет едва ли тогда так хорошо контролировал Вади-эн-Натрун. Где же взять натрон? И здесь шумеры сделали революционный скачек эквивалентный неолитической революции, когда добыча еды (присваивающая экономика) сменилась производством еды (производящим сельским хозяйством). Вместо добычи сырья из природы люди стали его производить.
Ур, Шумер, Южная Месопотамия, Великая гавань и Зиккурат. Archaeology Illustrated.
Химический контекст. Зола.
Зола это минеральный остаток после горения древесины, растений и другого топлива. Она состоит из различных компонентов, таких как карбонат кальция, фосфатов, сульфатов. Многие из них нерастворимы в воде. Но значительную часть составляют карбонаты калия (K2CO3) и натрия (Na2CO3). Первое называется поташ, второе сода. Оба вещества гидролизуются в воде, давая щёлочной раствор. В дальнейшем оба вещества стали основой для производства мыла и стекла во всём мире. И мыло, и стекло можно делать как из соды, так и из поташа. Но сода лучше – из поташа получается жидкое мыло, а стекло слишком тугоплавкое и хрупкое.
Проблема в том, что в золе большинства деревьев и трав преобладает именно карбонат калия (поташ). Но в случае некоторых травянистых растений и водорослей зола преимущественно содержит карбонат натрия. Одно из таких растений солянка содоносная (она же барилла) - основной источник кальцинированной соды вплоть до середины XIX века.
Раньше даже считалось, что слово "сода" происходит от арабского названия этого растения. Но в те времена это вещество называлось во всех языках Ближнего Востока словом nitra. Именно от этого слова происходит название элемента "натрий". Состава веществ никто не знал, поэтому в Средние века слово nitre стали использовать и для селитры (нитрат калия или натрия; видимо по принципу того, что это легко растворимые в воде соли), а в XVI веке, когда селитра для производства пороха стала актуальнее соды, слово nitre как обозначение солей азотной кислоты окончательно вытеснило первоначальный смысл Помните странные переводы легенды о финикийских купцах, где стекло делали из селитры? Именно этим объясняется ошибка в русских переводах "Естественной истории" Плиния Старшего, где латинское nitre перевели как селитра. В итоге и "натрий" и "нитрат" восходят к египетскому "божественному" nṯrj. А латинское название азота (nitrogen) можно скорее перевести как “порождающий соду”, что с точки зрения химии звучит немного абсурдно.Шумер, Типичный пейзаж с каналом. Archaeology Illustrated.
Изобретение стекла. Месопотамия или/и Египет, 3000-2500 года до н.э.
Жители Шумера активно торговали шерстью и тканями, меняли их на медную и оловянную руду. Металлургия была второй по важности отраслью местной экономики. Шумер родина бронзы. Руда, из которой выплавляли металл, содержит примеси, такие как кварц и алюмосиликаты. И они очень плохо плавятся. Например, температура плавления кварца 1728 °C. Для древних печей достичь такой температуры было не реально. Нужен флюс. Флюс это добавка, которая способствует плавлению примесей. И угадайте, что использовали в качестве флюса? Древние металлурги к плавильной смеси добавляли ту же самую золу. Выглядело это как на картинке ниже.Основной процесс плавки: A) руда, флюс и древесный уголь смешиваются в плавильной печи и обжигаются; B) При нагревании образуются несмешивающиеся слои расплавленного металла и шлака; C) Летка (отверстие для выпуска металла и шлака) открывается. Металл/шлак, собираются в накопителе; D) Жидкий шлак снимается, а металлу дают остыть. Из книги Chemical Technology in Antiquity.
Таким образом, кроме целевого продукта получался красивый блестящий материал. Иногда он выкатывался отдельными шариками. Они не были прозрачными. Из-за меди они имели красивый синий оттенок. Такие шарики были похожи на полудрагоценные камни – лазурит и бирюзу, которые обожали древние египтяне. Именно такие бусинки находят в Египте и Месопотамии. В частности сетчатые платья служанок фараонов делали из подобного материала (про эти платья я писал отдельный пост).
Именно древние металлурги, как считают современные историки, археологи и химики, изобрели стекло, а вовсе не легендарные финикийские купцы. Есть и альтернативная версия появления стекла, связанная с древним производством керамики и фаянса. Но это другая история, которую я расскажу в следующем посте.
Позднее стекольное производство в Египте достигнет больших масштабов. К эпохе Нового царства (XVI-XI века до н.э.) стеклянные сосуды станут обычной вещью. А в период Античности наступит золотой век стекла. В Александрии будет создан один из наиболее известных шедевров стекольной индустрии древности – кубок Ликурга. Благодаря применению древних нанотехнологий достигался удивительный оптический эффект: кубок имеет зеленый цвет в отражённом свете и красный в проходящем (об этом я писал в одном из прошлых постов). Известно, что для производства стекла использовался карбонат натрия из Вади-эн-Натрун. Помните? Тот, из которого невозможно сделать стекло. Если только египтяне его каким-то образом предварительно не обрабатывали, чтобы превратить хлориды и сульфаты в карбонат натрия.
Бегемот "Уильям". Среднее царство, ок. 1961–1878 годов до н.э. Гробница B3 номарха Сенби II. Сделан из египетского фаянса. Египетский фаянс конечно же не имеет отношения к фаянсу. Египетский фаянс это материал, сделанный из кремнезёма, щелочи (либо зола, либо натрон), извести и придающей голубую окраску примеси меди. В процессе обжига щелочь (действующая как флюс) и известь (действующая как стабилизатор) реагируют с кремнезёмом, образуя глазурь на поверхности. Ядро остаётся рыхлым. Метропόлитен-музей.
“Хлеб насущный” промышленной революции в химии.
Давайте теперь перенесёмся в Европу XVIII века. Англия, Франция и их соседи переживают невиданный рост экономики и производства. Как и 3000 лет до этого сода остаётся незаменимой в текстильной промышленности, при производстве мыла и стекла. Спрос на данное сырьё рос небывалыми темпами, и к XVIII веку потребности превзошли возможности производства соды, сжиганием водорослей и галофитов.
К концу XVIII века десятки тысяч тонн соды, полученной сжиганием водорослей и бариллы, поставлялись из Шотландии и средиземноморского побережья. Чтобы удовлетворить потребности промышленности приходилось сжигать миллионы тонн растений.
В 1775 году французская Академия наук предлагает премию в 2400 ливров (среднегодовая заработная плата в Париже была равна 452 ливра) за разработку способа получения соды из соли. К этому времени многие химики работали над этой проблемой.
Например, российский академик Эрик Лаксман в 1764 году открыл способ получения соды спеканием сульфата натрия (мирабилит) с древесным углем. Способ был успешно опробован на стекольном заводе в городе Тальцинск (около Иркутска) в 1784 году. Но по сложившейся традиции в России это было никому не интересно (настолько, что об этом не упоминает даже Википедия), изобретение никакого развития не получило и было благополучно забыто.
Поэтому первым разработчиком действительно практически значимого в промышленных масштабах процесса считается Николя Леблан - врач герцога Орлеанского. Леблан предложил свой способ в 1787 году.
Вначале морскую соль обрабатывали серной кислотой при температуре 800—900 °С, так что образующийся хлороводород улетал, делая процесс весьма неприятным для тех кому не повезло жить рядом с производством. Поэтому трубы заводов в последствии достигали 140 м в высоту и являлись одними из самых высоких сооружений в мире на тот момент. На следующей стадии смесь сульфата натрия, карбоната кальция (известняк или мел) и древесного угля запекали при температуре около 1000 °C. Уголь восстанавливал сульфат натрия до сульфида, который реагировал с карбонатом кальция. Полученный продукт содержал растворимую соду и нерастворимый сульфид кальция. Поэтому целевой продукт просто вымывали водой и чистили перекристаллизацией.
В 1791 году Леблан получил патент на свой метод, открыл несколько заводов в Сен-Дени, Руане и Лилле, производя в год по 320 тонн кальцинированной соды. В 1794 завод был конфискован французским революционным правительством. Позднее Наполеон попытался вернуть Леблану заводы, но тот, вероятно от радости, застрелился.
По мнению специалистов в области истории технологии Т. Дерри и Т. Уильямса метод Леблана оставался одним из наиболее важных промышленных процессов в течение столетия. Первый завод по производству соды методом Леблана в России открылся в 1864 году. Ровно через 100 лет после того как этот способ изобрел Лаксман… и через 3 года после того как был предложен более современный способ получения соды по методу Сольвье.
Assassin Creed Unity, Леблан вполне бы мог быть героем этой игры. Интересно, кем бы он был, ассасином или тамплиером?
Таинственный отрывок из книги Плиния Старшего.
В "Естественной истории" Плиния Старшего есть фрагмент, которой долго не могли объяснить. Плиний считал, что египтяне смешивали натрон с «известью».
Nitri probatio... adulteratur in Aegypto calce,
Кроме того, похоже, что натрон плавили с серой на угольном огне.
faciunt ex his vasa nec non et frequenter liquatum cum sulpure coquentes, coquentes in carbonibus,
Таким образом, Плиний, кажется, обсуждает обработку натрона в сочетании со словами «известь», «сера», «древесный уголь» и нагревание. Что-то это описание напоминает...
В 2011 году группа британских учёных показала, что описанный Плинием метод позволяет получить хорошее стекло, близкое по составу к римскому стеклу. Возможно, что ранняя версия процесса Леблана применялась для очистки натрона из Вади-Натрун, чтобы сделать его пригодным для использования в стекольном производстве. Это могло произойти более чем за 2000 лет до получения Лебланом своего патента.
Знаменитая картина Карла Брюллова "Последний день Помпеи". Этот день, вероятно, стал последним и для Плиния Старшего, он умер в 79 году во время извержения Везувия отравившись серными испарениями, решив понаблюдать за редким явлением природы вблизи. Это случилось всего через год после издания его монументального труда "Естественная история".
Заключение.
В качестве заключения приведу одну из любимых цитат из Библии, которая была написана примерно в ту же эпоху и в том же регионе, о которых шла речь в посте.
Что было, то и будет; и что делалось, то и будет делаться, и нет ничего нового под солнцем.
Бывает нечто, о чем говорят: "смотри, вот это новое"; но это было уже в веках, бывших прежде нас.
На этом у меня всё.
Благодарю за внимание!
Римские леди наслаждаются прохладительными напитками из стеклянных сосудов. Archaeology Illustrated.
Рекомендуемая литература:
- Chemical Technology in Antiquity, 2015, Seth C. Rasmussen
- Материалы и Ремесленные Производства Древнего Египта,1958, А. Лукас
Прошлые мои посты по истории химии:
- У истоков химии: 5 древних химических превращений, проводившихся еще людьми каменного века
- Биотехнологии каменного века. Алкоголь у истоков человеческой истории
- Боевые нейротоксины на службе первобытных племен. Чем травили врагов за тысячи лет до "Новичка" и Скрипалей?
- Наркотики древности. Что использовали ведьмы, чтобы “улетать” на мётлах
- 5 артефактов древнего мира созданных с применением нанотехнологий
Здравствуйте товарищи! Сегодня 19 ноября, а значит, что свой профессиональный праздник отмечают работники стекольный промышленности! От всей души поздравляю всех коллег, Вы делаете этот мир светлее! И меньше брака на производстве!
Сегодня будет небольшой пост, посвященный производству стекла, которое полюбилось всем хозяюшкам, а именно жаропрочного боросиликатного стекла.
Все началась в 1887 году, года талантливый немецкий химик Отто Шотт впервые синтезировал новый состав стекла, частично заменив щелочные компоненты оксидом бора (B2O3). Получившийся состав имел удивительные свойства: высокие жаропрочность и химическая стойкость. Дело происходило в Йене, поэтому поначалу оно стало известно как Йенское стекло. Но вскоре Шотт открыл собственную фирму и начал выпуск продукции под собственным именем.
Благодаря свойствам получившегося стекла оно быстро нашло свое применение в химической промышленности и медицине. Большая часть химической посуды сделана из боросиликатного стекла. Так вышло, что единственным материалом, который превосходит боросиликатное стекло по свойствам является кварцевое стекло, которое сложно в производстве, а следовательно и дороже.
Время шло и в 1915 году фирма Corning Glass начала выпускать боросиликатное стекло под брендом Pyrex, который уже у всех на слуху. Они - то и известны своей жаропрочной стеклянной посудой.
Жаропрочность боросиликатного стекла объясняется низким значением его термического расширения, поэтому при резком снижении температуры, появляющиеся напряжения не приводят к резкому разрушению. Конечно по сравнению с оконным стеклом, не стоит вашу посуду из духовки кидать в снег. Все это благодаря оксиду бора, но встраивается в структурную сетку и «разрыхляет» ее, что можно заметить по снижению плотности стекол, при увеличении данного компонента, сетка становится менее «подвижной» и резкость расширения и сжатия при нагреве и охлаждении снижается.
Как делают боросиликатное стекло?
Рецепт простой:
Берем сначала укропу,
Потом кошачью… так, не тот рецепт.
Тут все по классике: кварцевый песок, сода, известняк и плюс оксид бора, в количестве до 15 масс.%. С обычными компонентами все понятно, а вот с бором интересно, его не вводят как простой оксид. Для этого используют синтетическое сырье: борную кислоту и буру, но содержание основного компонента в них не велико, 56% и 36% соответственно. Поэтому нужно добавлять достаточно большое количество сырья, заранее все просчитав. Выбирают сырье исходя как из экономических соображений, так и из требований к чистоте, ведь бура содержит значительное количество натрия. По моим наблюдениям, чаще всего используют кислоту, я и сам предпочитаю это сырье.
Также при составлении шихты нужно учитывать то, что бор у нас очень хорошо «улетает», все-таки в процессе разложения образуются газы. Поэтому необходимо учитывать коэффициент уноса.
Следующим этапом у нас идет варка стекла. Печка тут тоже особенная, не забываем, что все у нас «летит» поэтому делаем печь со специальной конструкцией. Сначала нам нужно сократить унос с зеркала стекломассы, поэтому классический вариант с горелками нам не подойдет, и будем использовать электрическую печь, принцип которой основан на электропроводимости стекла в зависимости от температуры. Далее «унос» возможен через загрузочную часть, поэтому делаем ее похожую на узкий колодец, где зеркало стекломассы скрыто значительным слоем шихты, как шубкой.
Стекло, мы сварили, теперь мы его немного остужаем и подаем на выработку, где в зависимости от вида изделия находится определенная установка. Рассматривая линию производства посуды для духовки, мы увидим пресс циклического действия.
Порция стекла подается в металлическую форму (чаще всего чугунную) в которой с помощью подвижного пуансона (у него есть водное охлаждение) формируется изделие. Формы у нас могут быть монолитные и секционные, все зависит от профиля будущего изделия.
1-Форма, 2-Пуансон, 3-Формовое кольцо, 4-Поддон выталкиватель, 5-Стекломасса, 6-Изделие.
После формовки изделию придают огненную полировку, с помощью горелок, а потом оно отправляется на отжиг, для снятия напряжений, в печь туннельного типа с разными температурными зонами. После этого идет отбраковка и изделие готово отправиться на полку магазина в ожидании своей хозяюшки.
Всем спасибо!
P.s. Скоро выйдут большие посты по ситаллу и оптическим стеклам, до новых встреч.)