Wytwarzanie szkła to bardzo starożytny proces, z archeologicznymi dowodami na wytwarzanie szkła sprzed 2500 lat p.n.e. Niegdyś rzadka i ceniona sztuka, produkcja szkła stała się powszechnym przemysłem. Produkty szklane są używane komercyjnie i w domu jako pojemniki, izolatory, włókna wzmacniające, soczewki i sztuka dekoracyjna. Chociaż materiały użyte do ich wykonania mogą się różnić, ogólny proces wytwarzania szkła jest taki sam i jest opisany poniżej.
Kroki
Metoda 1 z 2: Korzystanie z pieca lub pieca
Krok 1. Zdobądź piasek kwarcowy
Nazywany również piaskiem kwarcowym, piasek kwarcowy jest głównym składnikiem produkcji szkła. Szkło bez zanieczyszczeń żelazem jest poszukiwane dla przezroczystych kawałków szkła, ponieważ żelazo powoduje, że szkło wydaje się zielonkawe, gdy jest obecne.
- W przypadku pracy z bardzo drobnoziarnistym piaskiem krzemionkowym należy nosić maskę na twarz. Wdychany może podrażniać gardło i płuca.
- Piasek krzemionkowy jest dostępny w sklepach internetowych. Jest dość tani - małe ilości nie powinny kosztować więcej niż 20 dolarów. Jeśli chcesz działać na skalę przemysłową, wyspecjalizowani detaliści mogą oferować konkurencyjne stawki przy dużych zamówieniach – czasami niższe niż 100 USD za tonę.
- Jeśli nie można znaleźć piasku wystarczająco wolnego od zanieczyszczeń żelazowych, ich efekt barwienia można przeciwdziałać dodając niewielkie ilości dwutlenku manganu. Lub, jeśli chcesz zielonkawego szkła, zostaw żelazko!
Krok 2. Dodaj węglan sodu i tlenek wapnia do piasku
Węglan sodu (potocznie nazywany sodą do prania) obniża temperaturę niezbędną do komercyjnego wytwarzania szkła. Jednak umożliwia przenikanie wody przez szkło, więc tlenek wapnia lub wapno dodaje się, aby zanegować tę właściwość. Można również dodać tlenki magnezu i/lub aluminium w celu zwiększenia trwałości szkła. Generalnie te dodatki zajmują nie więcej niż 26 do 30 procent mieszanki szklanej.
Krok 3. Dodaj inne chemikalia, w zależności od przeznaczenia szkła
Najczęściej stosowanym dodatkiem do szkła dekoracyjnego jest tlenek ołowiu, który nadaje szkle kryształowemu blask, a także miękkość ułatwiającą cięcie, a także obniża temperaturę topnienia. Soczewki okularowe mogą zawierać tlenek lantanu ze względu na jego właściwości refrakcyjne, podczas gdy żelazo pomaga szkłu pochłaniać ciepło.
Kryształ ołowiowy może zawierać do 33 procent tlenku ołowiu; jednak im więcej tlenku ołowiu, tym więcej umiejętności jest wymaganych do kształtowania stopionego szkła, dlatego wielu producentów kryształów ołowiowych wybiera mniejszą zawartość ołowiu
Krok 4. Dodaj chemikalia, aby uzyskać pożądany kolor w szkle, jeśli taki istnieje
Jak wspomniano powyżej, zanieczyszczenia żelazem w piasku kwarcowym powodują, że wykonane z niego szkło wydaje się zielonkawe, dlatego dodawany jest tlenek żelaza, aby zwiększyć zielonkawy odcień, podobnie jak tlenek miedzi. Związki siarki dają odcień żółtawy, bursztynowy, brązowawy lub nawet czarniawy, w zależności od ilości węgla lub żelaza dodawanych do mieszaniny.
Krok 5. Umieść mieszaninę w dobrym żaroodpornym tyglu lub uchwycie
Pojemnik powinien być w stanie wytrzymać ekstremalnie wysokie temperatury panujące w piecu – w zależności od dodatków, mieszanka szklana może topić się w zakresie temperatur od 1500 do 2500 stopni Celsjusza. Twój pojemnik powinien być również łatwo uchwycony za pomocą metalowych haczyków i drążków.
Krok 6. Rozpuść mieszaninę w płyn
W przypadku komercyjnego szkła krzemionkowego odbywa się to w piecu opalanym gazem, podczas gdy szkła specjalne można wytwarzać za pomocą elektrycznego topielnika, pieca garnkowego lub pieca.
Piasek kwarcowy bez dodatków staje się szkłem w temperaturze 2300 stopni Celsjusza (4172 stopni Fahrenheita). Dodanie węglanu sodu (sody) obniża temperaturę potrzebną do wytworzenia szkła do 1500 stopni Celsjusza (2732 stopni Fahrenheita)
Krok 7. Homogenizuj i usuń bąbelki z roztopionego szkła
Oznacza to mieszanie mieszaniny do uzyskania jednolitej grubości i dodawanie chemikaliów, takich jak siarczan sodu, chlorek sodu lub tlenek antymonu.
Krok 8. Ukształtuj stopione szkło
Kształtowanie szkła można wykonać na kilka sposobów:
- Stopione szkło można wlać do formy i ostudzić. Metodę tę stosowali Egipcjanie i tak też dziś powstaje wiele soczewek.
- Na końcu pustej rurki można zebrać dużą ilość stopionego szkła, które jest następnie wdmuchiwane podczas obracania rurki. Szkło jest kształtowane przez powietrze wchodzące do rury, grawitację ciągnącą stopione szkło i wszelkie narzędzia używane przez dmuchawę szkła do obróbki stopionego szkła.
- Stopione szkło można wlać do kąpieli ze stopionej cyny w celu podparcia i wypiaskować azotem pod ciśnieniem w celu ukształtowania i wypolerowania. Szkło wytwarzane tą metodą nazywa się szkłem float i tak od lat pięćdziesiątych wykonuje się tafle szkła.
Krok 9. Powoli schłodzić szkło w piecu
Proces ten nazywa się wyżarzaniem i usuwa wszelkie naprężenia, które mogły powstać w szkle podczas chłodzenia. Szkło, które nie zostało wyżarzone jest znacznie słabsze. Po zakończeniu tego procesu szkło można następnie powlekać, laminować lub w inny sposób obrabiać, aby poprawić jego wytrzymałość i trwałość.
- Dokładna temperatura wyżarzania może się różnić w zależności od dokładnego składu szkła od zaledwie 750 stopni Fahrenheita do nawet 1000 stopni Fahrenheita. Szybkość, z jaką szkło musi stygnąć, również może się zmieniać – generalnie większe kawałki szkła muszą stygnąć wolniej niż mniejsze kawałki. Przed rozpoczęciem należy zbadać właściwe metody wyżarzania.
- Pokrewnym procesem jest hartowanie, w którym ukształtowane i polerowane szkło umieszcza się w piecu nagrzanym do co najmniej 600 stopni Celsjusza (1 112 stopni Fahrenheita), a następnie szybko schładza („hartuje”) za pomocą podmuchów powietrza pod wysokim ciśnieniem. Szkło odprężone rozpada się na odłamki przy 6000 funtów na cal kwadratowy (psi), podczas gdy szkło hartowane rozpada się na małe kawałki przy nie mniej niż 10 000 psi i zwykle przy około 24 000 psi.
Metoda 2 z 2: Korzystanie z grilla na węgiel drzewny
Krok 1. Przygotuj prowizoryczny piec z grilla na węgiel drzewny
Ta metoda wykorzystuje ciepło generowane przez duży pożar węgla drzewnego do stopienia piasku krzemionkowego w szkło. Użyte materiały są stosunkowo tanie i powszechne - teoretycznie wystarczy krótka wycieczka do sklepu z narzędziami, aby być gotowym na wykonanie własnego szkła. Użyj dużego grilla na węgiel drzewny - dobrze sprawdzają się modele "kopułkowe" o standardowych rozmiarach. Użyj najgrubszego i najsolidniejszego dostępnego grilla. Większość grilli węglowych będzie miała otwór wentylacyjny na dole - otwórz ten otwór wentylacyjny.
- Nawet przy ekstremalnie wysokich temperaturach osiąganych w tej metodzie, stopienie piasku krzemionkowego w grillu może być trudne. Dodaj niewielką ilość (około 1/3 do 1/4 objętości piasku) sody do prania, wapna i/lub boraksu do piasku przed rozpoczęciem. Dodatki te obniżają temperaturę topnienia piasku.
- Jeśli masz zamiar wysadzić szklankę, miej pod ręką długą, pustą, metalową rurkę. Jeśli zamierzasz wlać go do formy, przygotuj wcześniej formę. Chcesz formy, która nie spali się ani nie stopi pod wpływem ciepła roztopionego szkła - grafit działa dobrze.
Krok 2. Poznaj niebezpieczeństwa tej metody
Ta metoda spowoduje, że konwencjonalny grill przekroczy jego normalne limity temperatury – jest tak gorący, że możliwe jest nawet stopienie samego grilla. Ta metoda może spowodować poważne obrażenia lub śmierć jeśli próbuje się to lekkomyślnie. Postępuj ostrożnie. Miej pod ręką dużą ilość brudu lub piasku lub gaśnicę przystosowaną do wysokich temperatur, aby w razie potrzeby stłumić ogień.
Krok 3. Podejmij wszelkie możliwe środki ostrożności, aby chronić siebie i swoją własność przed wysoką temperaturą
Wypróbuj tę metodę na zabrudzonej lub piaszczystej powierzchni na zewnątrz z dużą ilością miejsca. Wykonanie tego na gołej powierzchni betonowej, niepokrytej piaskiem lub brudem, może spowodować wybuchowe odpryskiwanie betonu w przypadku upuszczenia na niego gorącego stopionego szkła. Nie używaj żadnego niezastąpionego sprzętu. Odsuń się grilla podczas podgrzewania szkła. Powinieneś także nosić jak najwięcej odzieży ochronnej, w tym:
- Wytrzymałe rękawice kuchenne lub rękawice z jednym palcem
- Maska spawacza
- Wytrzymały fartuch
- Odzież żaroodporna
Krok 4. Zdobądź odkurzacz sklepowy z długim wężem
Używając taśmy klejącej lub innej metody, ustaw wąż pod kątem tak, aby wdmuchiwał bezpośrednio do dolnego otworu wentylacyjnego, nie dotykając korpusu grilla. Możesz przymocować wąż do jednej z nóg lub kółek grilla. Trzymaj główny odkurzacz jak najdalej od grilla.
- Upewnij się, że wąż jest zabezpieczony i nie będzie się przesuwał - jeśli poluzuje się podczas robienia szklanki, powinieneś nie podejdź do grilla, jeśli jest bardzo gorący.
- Włącz próżnię, aby sprawdzić położenie węża. Dokładny wąż będzie wdmuchiwany bezpośrednio do otworu wentylacyjnego.
Krok 5. Wyłóż wnętrze grilla węglem drzewnym
Użyj więcej węgla drzewnego niż do grillowania mięsa. Pomyślne rezultaty osiągnięto dzięki napełnieniu grilla prawie po brzegi. Umieść żeliwny garnek lub tygiel z piaskiem na środku grilla, otoczony węglem drzewnym.
Węgiel drzewny (lub „bryłowy”) pali się goręcej i szybciej niż brykiet, co czyni go lepszym wyborem, jeśli jest dostępny
Krok 6. Rozpal węgiel
Zapoznaj się z opakowaniem węgla drzewnego, aby dowiedzieć się, czy Twój węgiel drzewny może być rozpalony bezpośrednio, czy też wymaga podpałki. Pozwól płomieniom równomiernie się rozprzestrzenić.
Krok 7. Poczekaj, aż węgiel się rozgrzeje
Kiedy węgle są szarawe i emanują pomarańczowym blaskiem, są gotowe. Powinieneś czuć ciepło po prostu stojąc w pobliżu grilla.
Krok 8. Włącz odkurzacz sklepowy, aby wprowadzić powietrze do węgla drzewnego
Węgiel drzewny podawany z powietrza od dołu może palić się bardzo gorąco (do 2000 stopni Fahrenheita). Uwaga - mogą wystąpić duże płomienie.
Jeśli nadal nie jesteś w stanie osiągnąć wystarczająco wysokiej temperatury, poeksperymentuj z założeniem pokrywy podczas wprowadzania powietrza przez otwór wentylacyjny
Krok 9. Kiedy twoje szkło się roztopi, bardzo ostrożnie użyj metalowych narzędzi, aby je usunąć i ukształtować
Ze względu na niską temperaturę metody grilla, stopione szkło może być sztywniejsze i trudniejsze w obróbce niż szkło z pieca. Ukształtuj go za pomocą tuby, formy lub innych narzędzi, tak jak zwykle.
Porady
- Niektóre piaski plażowe mogą być używane zamiast czystego piasku krzemionkowego, chociaż powstałe szkło może być nieprzezroczyste, przebarwione lub gorszej jakości. Użyj najbielszego, najdrobniejszego i najbardziej jednolitego piasku, jaki jest dostępny.
- Jeśli twój piasek lub dodatki są gruboziarniste, sproszkuj je za pomocą moździerza z tłuczkiem lub młynka mechanicznego. Drobniejsze cząstki topią się szybciej.
-
Zmielone kawałki starego szkła można dodać do piasku przed stopieniem w celu przetworzenia go na nowe szkło. Stare szkło, czyli „stłuczkę” należy najpierw sprawdzić pod kątem zanieczyszczeń, które osłabiłyby wykonane z niej nowe szkło – poszukaj bąbelków.
Podczas szlifowania szkła noś maskę na twarz, aby zapobiec przypadkowemu wdychaniu
- Użyj wysokotemperaturowej lampy lutowniczej do łączenia lub cięcia małych kawałków, prętów lub pasm.
Ostrzeżenia
- Zawsze zachować ostrożność w pobliżu źródeł ciepła. Nigdy nie próbuj robić szkła wokół dzieci lub zwierząt.
-
Gaszenie bardzo gorących pożarów wodą może je pogorszyć. Na przykład ogień, który pali się w temperaturze 2000 stopni Celsjusza, jest wystarczająco gorący, aby rozszczepić wodę (H2O) na składowe atomy wodoru i tlenu, uwalniając ogromną ilość energii cieplnej. W przypadku bardzo gorących pożarów najlepiej mieć pod ręką duże wiadro brudu lub piasku.
Gaśnice klasy D zawierają chlorek sodu (sól kuchenna) i służą do tłumienia pożarów metali
