Главным компонентом того стекла, с которым человек встречается чаще всего и с которым работает художник, является оксид кремния, или кремнезем. Данное химическое соединение, как правило, в сочетании с другими образует целый ряд природных и искусственных минералов, называемых силикатами.
Твердое вещество, атомы которого образуют геометрически правильную упорядоченную пространственную структуру, называют кристаллическим (находящимся в кристаллическом состоянии). Этому состоянию можно противопоставить так называемое стекловидное состояние, когда те же самые атомы расположены в пространстве неупорядоченно, хаотически.
Стекловидное состояние характерно не только для силикатного стекла. В этом состоянии находятся, например, янтарь, органическое стекло (полиметилметакрилат) и другие вещества. Могут остекловаться также сера, некоторые металлы и сплавы.
Таким образом, охлаждаясь, жидкое расплавленное вещество переходят либо в кристаллическое, либо в стеклообразное состояние. Свойства кристаллического вещества зависят от конфигурации кристаллов и в различных направлениях неодинаковы. Иначе говоря, кристаллы анизотропны. Стекловидное вещество, напротив, изотропно, т.е. его свойства (если только не касаться микроструктуры такого вещества) во всех направлениях одинаковы.
Кристаллы характеризуются строго фиксированной температурой плавления, выше которой кристаллическое вещество в процессе плавления не нагревается, несмотря на непрекращающийся подвод теплоты. Это объясняется тем, что при нагревании кристаллов до плавления правильная кристаллическая структура разрушается. При этом вся подводимая теплота расходуется не на нагрев, а на разрушение кристаллической структуры. При быстром охлаждении некоторые вещества, например кремнезем
При нагревании твердое стекло превращается сначала в пластичную массу, а затем - в густую жидкость. Стекло в двух последних состояниях называют стекломассой, которая, остывая, вновь становится твердым стеклом. Однако в отличие от кристаллических веществ, например от многих металлов и их сплавов, стекло не имеет определенной температуры плавления. Поэтому правильнее говорить о размягчении нагреваемого стекла, а не о его расплавлении. Простейшим стеклом является оксид кремния в стеклообразном состоянии, т.е. так называемое кварцевое стекло. Его получают при быстром охлаждении расплавленного кварца. Кварцевое стекло обладает рядом ценных качеств: высокой механической прочностью, химической устойчивостью, термостойкостью, оптической прозрачностью. Но получение кварцевого стекла довольно затруднено, так как кварц (оксид кремния, или кремнезем) плавится при температуре выше 1700 С. В конце концов остальные компоненты обычного стекла добавляют главным образом для того, чтобы понизить температуру плавления кварцевого стекла, сохранив по возможности его ценные свойства.
В состав сложных стекол, помимо кремнезема, также входят оксиды натрия, калия, кальция, свинца и др. Каждый оксид, входящий в состав стекла, придает ему определенные свойства. Практически в состав современных стекол вводят 5… 10 и более оксидов, так как к стеклам предъявляются самые разнообразные требования. Например, художественное стекло должно быть чистым, прозрачным, иметь высокий показатель светопреломления, а также задуманную художником окраску. Получение требуемых свойств стекла достигается главным образом изменением в его составе процентного содержания различных оксидов. Имеются таблицы для расчета свойств стекла в зависимости от природы и количества содержащегося в этих стеклах оксидов Роль отдельных оксидов в художественных стеклах и способы введения этих оксидов в стекло описаны ниже.
В данной книге сведения о физико-механических свойствах стекла опущены, так как соответствующие данные можно легко найти в справочной литературе (см., например: Саркисов П. Д. и др. «Технический анализ и контроль производства стекла и изделий из него». М., 1976).
