Dodaj tę stronę do książki
Pokaż książkę (0 stron)
Proponowane strony
Szkło − według amerykańskiej normy ASTM-162 (1983) szkło zdefiniowane jest jako nieorganiczny materiał, który został schłodzony do stanu stałego bez krystalizacji.
Spis treści |
W literaturze można spotkać wiele definicji szkła, czy stanu szklistego. Najbardziej popularne jest definiowanie tego stanu w oparciu o budowę wewnętrzną, mianowicie, że nie posiada ona uporządkowania dalekiego zasięgu. Sposób rozmieszczenia podstawowych elementów sieci przestrzennej szkła przypomina rozmieszczenie molekuł w cieczy, lub nawet gazie.
Molekuły te nie posiadają możliwości przemieszczania się ani możliwości ruchu, albo możliwość ta jest ekstremalnie mała z powodu bardzo dużej lepkości. Z punktu widzenia termodynamiki, szkło jest materiałem nietrwałym – stan energetyczny sieci amorficznej jest wyższy od jej krystalicznego odpowiednika. Z tego względu, każde szkło wykazuje dążność do krystalizacji, jednak nie dochodzi do niej nawet po bardzo długim czasie, z powodu lepkości. Wartość lepkości w warunkach normalnych jest taka sama jak dla krystalicznych ciał stałych. Wiele szkieł po prostu nie skrystalizuje nigdy, nawet w skali czasu istnienia Wszechświata.
Twierdzenie, że szkło jest cieczą lub przechłodzoną cieczą jest nieścisłe, bowiem ze względu na właściwości reologiczne, szkło jest ciałem stałym. Określenie ciecz przechłodzona oznacza tylko tyle, że dana substancja poniżej temperatury krystalizacji znajduje się w stanie ciekłym ze wszystkimi tego konsekwencjami, tj. nadal jest płynna, a jej molekuły mogą się między sobą przemieszczać – innymi słowy jej lepkość jest nadal mała. W przypadku szkła, zarówno klasycznego z więźbą krzemionkową, jak i zeszklonych metali, mamy do czynienia z substancją, która poza wszelką wątpliwością jest w stanie stałym. Znanych jest wiele materiałów krystalicznych, które „płyną” o wiele bardziej intensywnie niż szkła i nie odbiera im się miana ciał stałych. Czasem jako argument, że szkło w istocie płynie, podaje się fakt nierównomiernej grubości szyb np. w oknach starych kościołów. Tymczasem wyjaśnienie jest bardziej prozaiczne: szkło tworzone dawną metodą nie miało wszędzie równej grubości. Twórcy witraży zwykle przycinali jego fragmenty tak, aby grubsza - stabilniejsza - część znalazła się u dołu.
Szkła tradycyjne – tj. takie, które w sposób naturalny przechodzą ze stopu do stanu szklistego, posiadają w swojej budowie uporządkowanie bliskiego zasięgu – jest to jedna z przyczyn dużego wzrostu lepkości stopu w miarę zmniejszania się temperatury. Zjawisko to w efekcie prowadzi do tego, że materiał zastyga „zamrażając" w sobie strukturę cieczy. Innymi słowy opory wewnętrzne są tak duże, że uniemożliwiają krystalizację. Żeby do niej doszło stop musi przebywać w warunkach, w których z termodynamicznego punktu widzenia krystalizacja jest możliwa i dodatkowo kiedy lepkość stopu jest na tyle mała, aby ruchy molekuł były możliwe. Zdolność do krystalizacji (wzrostu kryształów) maleje tutaj wraz ze spadkiem temperatury. W przypadku metali, aby uzyskać stan szklisty, konieczne jest bardzo szybkie chłodzenie (mowa tu o „szybkościach” studzenia rzędu ok. 106 K/s), które uniemożliwi utworzenie krystalicznej struktury.
Surowcem do produkcji tradycyjnego szkła jest piasek kwarcowy oraz dodatki, najczęściej: węglan sodu (Na2CO3) i węglan wapnia (CaCO3), topniki: tlenek boru (B2O3) i tlenek ołowiu(II) (PbO) oraz pigmenty, którymi są zazwyczaj tlenki metali przejściowych, kadmu, manganu i inne. Surowce są mieszane, topione w piecu w temperaturze 1200–1300 °C (dzięki dodaniu węglanu sodu), po czym formowane w wyroby przed pełnym skrzepnięciem. Naturalne szkło, jak obsydian, wykorzystywano jako broń w Ameryce. Produkcja szkła znana była już ponad pięć tysięcy lat temu. W I w. p.n.e. znano metodę wytwarzania przedmiotów przez wydmuchiwanie, w XIX w. wynaleziono metodę odlewania. Po dodaniu do masy szklanej odpowiednich tlenków metali można otrzymać szkło barwne. Przykłady:
Szkło znane jest ludzkości od niepamiętnych czasów. Kultury żyjące w pobliżu wulkanów miały dostęp do szkła występującego naturalnie w rozmaitych rodzajach i zabarwieniach[1].
Archeolodzy ustalili, że zaczęto je produkować najpierw w Mezopotamii, a najstarsze ślady jego użytkowania pochodzą sprzed 3,5 tys. lat. Według klasycznej historii mineralogii rzymskiego historyka Pliniusza Starszego, to feniccy kupcy przypadkowo wytopili szkło w ognisku przy transporcie kamienia około 5000 p.n.e.[1]
Thilo Rehren z University College of London i Edgar Pusch z Pelizaeus-Museum w Hildesheim opisali w czasopiśmie Science odkrycie w północnym Egipcie pozostałości fabryki szkła z roku 1250 p.n.e.[potrzebne źródło]
Technika wytwarzania cienkich, płaskich szyb okiennych została udoskonalona w XIV wieku we francuskiej Normandii. Pojedyncze szyby okienne, zwane gomółkami szklanymi, rzemieślnicy wytwarzali poprzez wydmuchiwanie.
Stopione szkło przeznaczone na jedną szybkę wydmuchiwało się w dużą bańkę za pomocą piszczeli szklarskiej. Następnie bańkę się spłaszczało i przyczepiało do końcówki żelaznego pręta, o nazwie przylepiak, który robotnik obracał najszybciej, jak potrafił. Spłaszczona bańka szkła rozkładała się jak wachlarz i tworzyła koło o średnicy od 1 do 2 m. Z okrągłych, płaskich tafli szkła, odpowiednio przyciętych, wyrabiano małe okienka, przeznaczone głównie dla kościołów. "Wole oko" w środku koła było najmniej przezroczyste, ale wykorzystywano i te fragmenty, ponieważ szyby były bardzo kosztowne. Wytrawny szklarz był w stanie wykonać tą metodą ok. tuzina szyb dziennie i dlatego w średniowieczu szklane okna były drogim luksusem.
Znaną była również technika polegająca na wydmuchiwaniu podłużnej bańki w kształcie walca (tzw. cholewy). Następnie odcinano końce, a powstały cylinder rozcinano wzdłużnie. Po rozprostowaniu otrzymywano niewielką taflę szkła okiennego[2].
Nowoczesne metody prasowania szkła fabrycznie udoskonalono i wdrożono do stosunkowo niedrogiego masowego wytwarzania przemysłowego w Stanach Zjednoczonych w XIX wieku.
W początku XX w wynaleziono metody ciągłej produkcji tafli szklanych. W 1913 roku belgijski technolog Emile Fourcault opatentował tę metodę (metoda Fourcault'a) produkcji szkła w postaci pionowej cienkiej wstęgi wyciąganej z wanny, a w 1916 roku amerykański inżynier Gregorius wynalazł bezdyszowy sposób ciągnienia szkła płaskiego, znany jako metoda Pittsburgh. Do połowy XX w. szkło ciągnione było masowo wykorzystywane do szklenia okien oraz drzwi i nadal jest najtańszą metodą wytwarzania szkła płaskiego. Główną wadą szkła ciągnionego jest jego falistość – zniekształcenie powierzchni łagodnymi wgłębieniami i wypukłościami – a co za tym idzie zniekształcenie oglądanego przez szybę obrazu. Z tego względu obecnie produkcja szkła okiennego tą metodą została prawie całkowicie zaniechana.
Przełomem w produkcji szkła płaskiego było wynalezienie w roku 1952 przez Sir Alastaira Pilkingtona metody float (zwanej też procesem Pilkingtona). Szkło produkowane tą metodą jest prawie idealnie płaskie, nie posiada zniekształceń i wad optycznych. Płaskość tafli szklanej uzyskiwana jest w procesie ciągłym poprzez rozpływanie się stopionego szkła po powierzchni płynnej cyny. W roku 2009 rynek producentów szkła płaskiego tą metodą był zdominowany przez cztery firmy Asahi Glass, NSG/Pilkington, Saint-Gobain i Guardian Industries.
Właściwości szkła są uzależnione od sposobu wytopu oraz w ograniczonym zakresie od składu chemicznego.
Szczególnym zastosowaniem szkła jest produkcja tzw. włókna szklanego. Powstaje ono przez przeciskanie stopionej masy szklanej przez otwory o b. małej średnicy. W zależności od średnicy i składu włókno takie ma dwa główne zastosowania:
Tradycyjnie szkło stanowi medium dla artystów. Na weneckiej wyspie Murano nadal utrzymywana jest od XIII wieku tradycja precyzyjnego i kolorowego hutnictwa i dmuchanego szkła weneckiego. Nadal jest to światowe centrum dla artystów i amatorów szkła. Znajduje się tam Museo Vetrario, czyli Szklane Muzeum, ze szkłem wytwarzanym lokalnie, a także archeologicznymi znaleziskami z Egiptu i Libanu – kultury Fenicji, której to kupcy, według rzymskiego historyka Pliniusz Starszego, podobno przypadkowo stworzyli szkło w ognisku około 5000 p.n.e.[1]
Niewątpliwie najwięcej różnorodnego szkła artystycznego wyrabia się obecnie w Stanach Zjednoczonych. Amerykańskie, indywidualne hutnictwo szkła artystycznego pochodzi jeszcze z czasów kolonialnych, kiedy to wytapiano przedmioty gospodarstwa domowego z charakterystycznego zielonkawego szkła ze specjalnie promowanymi w nim zastygniętymi bąbelkami powietrza – dla ozdoby. Obecnie w USA pracuje wielu indywidualnych artystów, a sztuka w szkle jest nauczana i praktykowana na uniwersytetach, w tym w nurcie postmodernizmu. Wielu drobnych twórców wyrabia rzeźby i naczynia, szklane kwiaty, figury, ostatnio w asyście komputerów. Tradycyjnie są to wyroby naczyń w pełnych, jaskrawych lub zaciemnionych barwach z hut w Appalachach[3].
W latach 20. XX wieku głównym miejscem rozkwitu ceramiki, osobliwych szkliw i szkła w amerykańskim stylu art déco było Cincinnati, szczególnie pracownia Rockwood Pottery. Wyroby Rockwood Pottery były nagradzane na licznych wystawach w Europie. Po krachu giełdy te tradycje poszły do lamusa, lecz ostatnio są ponownie kontynuowane[4].
Osobno Harvey Littleton zapoczątkował nowy kierunek sztuki w szkle dmuchanym, wykonanym w małych, gabinetowych warunkach zamiast w hutach szkła. Nauczał pokolenia nowych dmuchaczy i artystów na University of Wisconsin-Madison.
Studentem Littletona był Dale Chihuly z Tacoma. Jego instalacje zarówno w ogrodach botanicznych na zewnątrz lub te wkomponowane w rośliny i pnie, jak i wężopodobne żyrandole zawieszone na stalowych linach pod wielkimi kopułami, składają się często z setek elementów wykonanych w tzw. szkle spiralnym, wzorowanym na weneckim, przybiera fantastyczne pseudonaturalne kształty. Chihuly opanował cale zagadnienie fabrykatu sztuki jako komercyjnego przedsięwzięcia – spisywanie jego warsztatu, książek i katalogów przypisanych jego autorstwu oraz wystaw muzealnych, to operacja wymagająca całego sztabu ludzi, A jego tournée muzealne przemieszczają się z pleneru do muzeum i z powrotem,niby jak teatr wędrowny, tyle, ze inscenizacje instalacji ulegają radykalnym zmianom i przystosowaniom[5].
Poza Stanami Zjednoczonymi artyści abstrakcyjni i komercyjni w szkle dmuchanym są szczególnie aktywni w Wenecji (i generalnie we Włoszech), Wielkiej Brytanii, Irlandii, Finlandii, Holandii, Szwecji, Danii i Japonii. Tradycje hiszpańskie w szkle ozdobnym są także kultywowane w Ameryce Południowej i Środkowej, w tym szczególnie idiosynkratycznie w Meksyku. Natomiast Brazylijska artystka Kim Poor (żona gitarzysty Genesis, Steve'a Hacketta) jest ceniona za oryginalną technikę kładzenia szkła z rozpylonym, intensywnym pigmentem na stali[6]. Jej dzieła są szeroko znane z okładek płyt wykonanych przez nią dla męża[7].
W Polsce, Czechosłowacji i Niemczech tradycyjnie od wieków popularne były: malarstwo na szkle, wyrób witraży kościelnych oraz cięte stołowe szkło ołowiowe (tzw. kryształy), uzyskane wpierw dmuchaniem szkła. Podobną tradycję mają Irlandczycy w postaci Waterford Crystal, wytwarzanym od XVIII wieku, głównie skupowanym w Stanach Zjednoczonych. Słynna świetlista noworoczna opadająca kula – Times Square Ball z Nowego Jorku jest tradycyjnie wytwarzana kawałek po kawałku w Waterford[8].
Tradycyjne bombki na choinkę są niemieckim wynalazkiem dmuchanego szkła artystycznego na miniaturową skalę. Jak sama tradycja choinki, rozprzestrzeniły się one globalnie.
