Лесное стекло
Лесное стекло ( по-немецки Waldglas ) — это позднесредневековое стекло , производимое в северо-западной и центральной Европе примерно в 1000–1700 годах нашей эры с использованием древесной золы и песка в качестве основного сырья и изготавливаемое на фабриках, известных как теплицы в лесных районах. [1] Он характеризуется разнообразием зеленовато-желтых цветов, более ранние изделия часто имели грубый дизайн и низкое качество и использовались в основном для повседневной посуды и все чаще для церковных витражей . Его состав и производство резко контрастируют с римским и доримским производством стекла, сосредоточенным в Средиземноморье, и с современным византийским и исламским производством стекла на востоке.
История
[ редактировать ]Во время правления Рима сырье и методы производства в Северной Европе были такими же, как и римские традиции, с использованием минерального натрона . В течение нескольких столетий после падения Западной Римской империи , около 450 г. н. э., переработка римского стекла составляла основную часть местной промышленности, а навыки изготовления стекла снизились. Когда Каролингская империя расширилась на северо-запад Европы примерно в 800 году нашей эры, ее спрос на стекло увеличился, но поставки традиционного сырья были дорогостоящими и нерегулярными. Имперское желание превзойти качество продукции приходящей в упадок Византийской империи и сложной Исламской империи привело к экспериментам с новым сырьем и разработке новой технологии изготовления стекла. [1] [2]
Археологически многочисленные средневековые теплицы были найдены в Западной и Центральной Европе, особенно в горах Германии. Из-за более позднего повторного использования строительного материала большинство из них плохо сохранились, но есть свидетельства того, что и изготовление стекла, и обработка часто выполнялись на одном и том же месте. [3]
Производство стекла
[ редактировать ]Важно различать производство стекла из сырья и обработку стекла, которая представляет собой производство готовых изделий путем плавления кусков необработанного стекла или стеклобоя , которые могли быть изготовлены где-либо еще, или путем переработки старого стекла. Стекло состоит из четырех основных компонентов:
- Первый – обеспечить сеть атомов, образующих матрицу стекла. [4] Это кремнезем (SiO 2 ), который в древности добавляли в виде дробленого кварца , [5] и с римских времен в виде песка.
- Щелочной . флюс – для снижения температуры плавления кремнезема, что позволяет достичь этого при использовании доступных в настоящее время рабочих температур В древние времена зола богатых натрием растений, растущих в засушливых районах восточного Средиземноморья, давала соду (Na 2 CO 3 ) в качестве флюса. минеральный натрон Во времена Римской империи использовался , природная смесь щелочных солей натрия , добываемая в районе Вади-эль-Натрун в Египте. Постримские исламские производители стекла вернулись к использованию богатой натрием растительной золы. [6] в то время как в Северной Европе был разработан метод использования древесной золы для получения поташа (K 2 CO 3 ) в качестве флюса. Оксид кальция (известь, CaO) также может выступать в роли флюса. [4]
- Стабилизатор – предотвращает растворение стекла в воде и повышает коррозионную стойкость. Наиболее эффективным является известь (CaO), но оксид алюминия (Al 2 O 3 ) и магнезия (MgO) могут добиться определенного эффекта. [4] Эти минералы уже могут присутствовать в песке в различных количествах.
- Краситель или глушитель . Они могут естественным образом присутствовать в стекле из-за примесей в сырье или могут быть намеренно добавлены в расплавленное стекло в виде минералов или шлака в процессах металлообработки. Наиболее важный вклад вносят железо , медь , кобальт , марганец , олово , сурьма и свинец . Непрозрачность может быть вызвана пузырьками в стекле или включением непрозрачных веществ, таких как олово и сурьма. Полученный цвет и непрозрачность данной композиции также можно контролировать с помощью температуры и окислительно-восстановительных условий внутри печи. [6] [7]
Химия
[ редактировать ]В постримские времена политические проблемы в районе Вади-эль-Натрун нарушили поставки натрона, поэтому пришлось разрабатывать альтернативы. [8] Восточные производители стекла вернулись к использованию растительной золы, богатой натрием, и какое-то время снабжали Южную Европу, используя существующие римские торговые пути. [1] Венецианские стеклодувы , унаследовавшие римские навыки стеклоделия, монополизировали торговлю растительной золой и запретили мастерам работать за пределами города. [7] Остальная часть Европы, к северу от Альп, должна была найти другой способ производства стекла. Формирователи и стабилизаторы стекла встречаются во всех регионах в виде песка или кварца, а также извести различных форм. Северные европейцы экспериментировали с золой деревьев, папоротников и папоротников-орляков в качестве источника щелочного потока. [9] На пике своего развития римская стекольная промышленность производила высококачественное, тонкое, бесцветное и прозрачное стекло постоянного состава. [1] Более ранние сохранившиеся сосуды из лесного стекла характеризуются большим разнообразием составов и более низким качеством, часто имеют зеленоватый или коричневатый цвет, толстостенные, с включениями и пузырьками в ткани. Это говорит о том, что использование древесной золы было не просто сменой сырья, но потребовало совершенно новой технологии с сопутствующими проблемами развития.
В то время как римское и более раннее стекло (состава Si/Na/Ca) отличалось заметной однородностью на обширной территории и на протяжении столетий, [5] средневековое стекло (состава Si/K/Ca) характеризуется разнообразием составов. В некоторой степени это можно объяснить, рассмотрев, как температура плавления стекла зависит от относительных пропорций его компонентов, которые для простоты сведены к трем. [5] На практике стекло содержит гораздо больше компонентов, усложняющих систему. Изучение таких тройных систем вместе с анализом микроэлементов полезно археологам для установления происхождения стекла.
Считается, что в досредневековые времена партию сырья нагревали до температуры, при которой оно частично плавилось, нерасплавленные части удаляли, отмывали от нереактивных компонентов и добавляли в следующую партию. [5] Из-за сильного влияния составов Si/Na/Ca на температуру плавления полученное стекло имело довольно однородный состав независимо от рецептуры используемого сырья. [5] На температуры плавления стекол Si/K/Ca не так сильно влияет состав, в результате чего получаются стекла более разнообразного состава, поэтому самоограничивающиеся свойства системы Na, которые позволяли традиционному частичному методу производить последовательные составы, перестал применяться, и пришлось разработать новый способ контроля последовательности. [5] Широкое разнообразие композиций, а также исторические сведения о стеклоделии, [10] [11] предполагают, что новый метод включал плавление всей партии сырья с удалением нереактивных компонентов в виде накипи. [5]
Примерно с 1400 года нашей эры, стремясь конкурировать с качеством венецианского стекла, было обнаружено, что оксид кальция (CaO), добавленный в качестве флюса в песчано-калийную смесь в виде ракушек, известняка или мрамора, давал более прозрачное стекло. за счет уменьшения количества необходимого поташа и сопутствующих ему красителей. [2] [12]
Сравнительные составы
[ редактировать ]| Египетский пятнадцатый век до нашей эры | Роман первый век нашей эры | Европейский тринадцатый век нашей эры | Сирийский четырнадцатый век нашей эры | Современный | |
|---|---|---|---|---|---|
| Кремнезем, SiO 2 | 65 | 68 | 53 | 70 | 73 |
| Сода №2 О | 20 | 16 | 3 | 12 | 16 |
| Поташ, К 2 О | 2 | 0.5 | 17 | 2 | 0.5 |
| Известь, СаО | 4 | 8 | 12 | 10 | 5 |
| Магнезия, MgO | 4 | 0.5 | 7 | 3 | 3 |
| Пакетные материалы | Растительная зола кварц | пищевая сода песок | древесная зола песок/кварц | Растительная зола песок/кварц | синтетический компоненты |
Типичные составы некоторых исторических и старинных стаканов - компоненты даны в весовых процентах; Помимо перечисленных, древние стекла также содержали до одного процента оксида железа и до трех процентов оксида алюминия, а также любые красители и замутнители. [7]
Контроль цвета
[ редактировать ]Экспериментируя с новой технологией, лесным производителям стекла было трудно достичь высоких стандартов прозрачности и цвета, присущих римским методам, главным образом из-за большой изменчивости элементов, контролирующих цвет в сырье. Европейский песок и почва, как правило, содержат больше железа и марганца. Железо придает стеклу сине-зеленый оттенок в обычных условиях печи, но также может придавать желтый цвет. Марганец имеет свой собственный фиолетовый цвет, который может сбалансировать цвет железа и сделать стекло бесцветным. [13] Например, стекло, изготовленное из древесины бука, выращенного на скудной, богатой известью почве (например, Кляйнлуцель , Юра), имеет высокое содержание марганца и, следовательно, почти бесцветно, в то время как стекло в богатых глиной районах (например, Корт-Чалве, Юра) имеет оливково-зеленый цвет. [12] Таким образом, можно было получить различные цвета, а эксперименты позволили производителям стекла перейти от ранних мутных зелено-желто-коричневых цветов к прозрачному и бесцветному стеклу. Местные условия позволили некоторым районам производить более тонкое стекло на более раннем этапе. В Чехии в конце 16 века обесцвечивающие свойства марганца использовались для изготовления прозрачного стекла, пригодного для гравировки . [1] Количество углерода, оставшегося в древесной золе, также может повлиять на цвет стекла, изменяя атмосферу в печи. [12] стекло в Йоркском соборе на 90% имеет натуральный цвет, без добавления красителей. Было доказано, что [14]
Другие чистые цвета были получены путем преднамеренного добавления оксидов металлов, часто являющихся побочными продуктами местной металлообработки; оксид меди для придания зеленого или бирюзового цвета, кобальт для насыщенного синего цвета. Красный было особенно сложно получить, используя частицы меди в тщательно контролируемых окислительно- восстановительных условиях. [4] Имеется мало свидетельств использования глушителей на основе сурьмы или олова. [13] или использование свинца для изменения других цветов.
Эксплуатация теплицы
[ редактировать ]Есть только два исторических описания европейского стеклоделия в средневековье. В 1120 году Теофил Пресвитер , писавший в Германии, дал подробные рецепты и инструкции, а в 1530 году Георгий Агрикола написал о современном производстве стекла. [10] [11] Другая полезная информация поступает из археологических находок, экспериментальных и теоретических реконструкций.
Поиск и сбор сырья
[ редактировать ]Песок, вероятно, был собран в руслах рек, где он был относительно чистым и имел более однородный размер частиц. [15] Рубка, транспортировка, сушка и хранение древесины как для получения золы, так и в качестве топлива для печей были трудоемкими и требовали высокой организации. [15] [16] [17]
Приготовление золы
[ редактировать ]Теофил рекомендует использовать бревна бука , [10] анализ показал, что он имеет высокую долю CaO при выращивании на известковой почве. [17] Какая бы древесина ни использовалась, количество содержащегося в ней поташа и CaO, а также других компонентов, которые могут повлиять на цвет и непрозрачность, значительно варьируется в зависимости от возраста и части дерева, химического состава почвы, климата, времени года, когда дерево было высажено. резка и сухость древесины при обжиге - факторы, на которые стеклодув не имел особого контроля. [12] Эта изменчивость объясняет проблемы, с которыми столкнулись производители стекла, пытаясь производить стекло стабильного качества. Необходимо подготовить и смешать большое количество золы, чтобы обеспечить однородность, необходимую для получения предсказуемого состава стекла. [12] Типичный выход золы из бука составляет всего около 1%, поэтому использование рецепта Теофила, состоящего из двух частей песка на одну часть золы, означает, что для производства одного килограмма стекла потребуется 63 кг древесины бука. [17] Подсчитано, что, включая топливо, на килограмм стекла потребуется 150–200 кг древесины. [15]
Фриттинг
[ редактировать ]Затем подготовленную золу и песок вместе нагревали, но не плавили, при относительно низкой температуре (приблизительно до 900 °C или 1650 °F) в процессе, известном как фриттинг . Теофил указывает «на протяжении дня и ночи». [10] [17] Этот процесс, который можно было отслеживать по изменению цвета при повышении температуры, вызывал уменьшение объема перед загрузкой тиглей для финальной стадии плавления, тем самым сводя к минимуму количество раз, которое необходимо будет открывать печь, а также консолидируя легкая порошкообразная зола, которая может разлетаться в печи, вызывая загрязнение. [17]
плавление
[ редактировать ]Завершающим этапом было плавление фриттированного материала в тиглях в закрытой печи с получением расплавленного стекла. Печь должна была работать при как можно более высокой температуре, поскольку быстрое плавление и необходимость меньшего количества флюса улучшали качество стекла. Переход от натрона к поташу потребовал увеличения температуры плавления примерно с 200 °C до примерно 1350 °C, что вызвало необходимость фундаментального изменения технологии печей и разработки высокотемпературной керамики . [5] При такой более высокой температуре обычная глина вступит в химическую реакцию со стеклом. [18]
Работающий
[ редактировать ]После плавления стекло выдувалось в сосуды или цилиндры, которые затем открывались в листы для оконного стекла . Заключительный этап — отжиг готового стекла, чтобы избежать повреждений из-за усадочных напряжений. [1]
Конструкция печи
[ редактировать ]
Помимо описаний Теофила и Агриколы, единственное изображение ранней лесной теплицы происходит из Богемии примерно в 1380 году ( «Мандевильская миниатюра »). [3] Здесь изображена печь, в которой все высокотемпературные процессы изготовления стекла выполнялись в одной конструкции, содержащей несколько печей, переменную температуру которых можно было контролировать в необходимой степени постоянным вниманием. Сырье смешивается в яме неподалеку и разливается по лоткам для обжига в одной из печей, оптимальная температура до 1100°C. Фритту плавят при высокой температуре до 1400 °С в тиглях во второй печи, а по готовности стекло выдувают на предметы. Их помещают в печь для отжига для охлаждения. Вся конструкция заключена в деревянное здание, и вполне вероятно, что древесину хранили и сушили над печью. [15] [16] Остатки аналогичного сооружения конца 15 века были найдены в Айхсфельде в Германии. [3] Еще одна конструкция, найденная археологами 17 века, — это «печь-бабочка». Эти печи делались из камня, а тигли — из привозной высокоогнеупорной глины . [15] По стилю они отличаются от исламских печей Востока и Южной Европы, от стиля «улья», в котором камера отжига находится над основной печью, а не на одном уровне. [1]
Цикл обжига печи будет оптимизирован с точки зрения расхода топлива, производительности и рабочей силы, а по мере совершенствования технологии более крупные теплицы будут работать практически непрерывно. [15] [16] Подсчитано, что большая теплица обычно может использовать 67 тонн древесины в неделю, работая 40 недель в году. [15]
Расположение теплиц
[ редактировать ]
Огромное количество древесины, необходимое для производства стекла таким способом, требовало, чтобы теплицы располагались в лесных районах и чтобы лесные массивы тщательно обрабатывались путем вырубки и вырубки, чтобы максимально использовать древесные ресурсы и оптимизировать размер используемых кусков древесины. [15] [16] Тем не менее, периодически теплице приходилось переезжать, поскольку лесной массив истощался. Стекольной промышленности пришлось конкурировать за поставки древесины с другими отраслями, такими как горнодобывающая промышленность и внутренний спрос. В Англии XVI века было введено эмбарго на использование древесины в качестве топлива для производства стекла. [19] Теплицы часто располагались в лесах, принадлежавших церкви. Одним из основных применений лесного стекла было изготовление церковных витражей .
См. также
[ редактировать ]- Каменное сердце (немецкая сказка) - стекольный завод в Шварцвальде является ключевым элементом этой немецкой народной сказки.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г Тейт, Х., 1991.
- ^ Jump up to: а б Ведеполь 2000
- ^ Jump up to: а б с Сейбель 2000
- ^ Jump up to: а б с д Поллард и Херон, 1996 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Ререн 2000
- ^ Jump up to: а б Шальм и др. 1994 г.
- ^ Jump up to: а б с Фристоун 1991 г.
- ^ Шортленд и др. 2006 г.
- ^ Ведеполь, 2005 г.
- ^ Jump up to: а б с д Сочинение Феофила в начале XII века нашей эры.
- ^ Jump up to: а б Агрикола, писавший в середине 16 века.
- ^ Jump up to: а б с д и Стерн и Гербер, 2004 г.
- ^ Jump up to: а б Фристоун 1992 г.
- ^ Ньютон 1978
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Кейбл 1998 г.
- ^ Jump up to: а б с д Кроссли 1998 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Смедли и др. 1998 год
- ^ Мы были в 2006 году.
- ^ Хаммерсл 1973
Библиография
[ редактировать ]- Агрикола, G. 1556, De Re Metallica, Книга XII, Базель, (перевод Х.К. и Л.Х. Гувера), переиздание в Дувре, 1950 г.
- Кабель М., 1998, Эксплуатация дровяных стекловаренных печей. В: П. Маккрей и Д. Кингери (ред.), Предыстория и история технологии изготовления стекла, 315–330.
- Кроссли, Д., 1998, Английский производитель стекла и его поиски сырья в 16 и 17 веках. В: П. Маккрей и Д. Кингери (ред.), Предыстория и история технологии изготовления стекла, 167–179.
- Эрамо, Г., 2006, Стекольные тигли Деррьера-Сайроша (1699-1714 гг., Коннектикут Берн, Швейцария): петрологический подход. Журнал археологической науки 33, 440–452.
- Фристоун И., 1992, Теофил и состав средневекового стекла. В: П. Вандивер и др. (ред.), Проблемы материалов в искусстве и археологии III, 739–745.
- Хаммерсли, Г., 1973, Угольная металлургическая промышленность и ее топливо. Обзор экономической истории, серия 2,26,593–613.
- Ньютон, Р.Г., 1978, Красители, используемые средневековыми мастерами по стеклу. Технология стекла 19, 59–60.
- Поллард А.М. и Херон К., 1996, Археологическая химия. Королевское химическое общество.
- Ререн, Т., 2000, Обоснование составов базового стекла Старого Света. Журнал археологической науки 27, 1225–1234 гг.
- Шальм О., Каллюве Д., Воутерс Х., Янссенс К., Верхаге Ф. и Питерс М., 2004, Химический состав и разрушение стекла, раскопанного в рыбацком городке Раверсейде 15-16 веков. (Бельгия), Spectrochimica Acta Part B 59, 1647–1656.
- Сейбел Ф., 2000, Миниатюра Мандевиля: правильно или ошибочно? В: Анналы 14-го конгресса Международной ассоциации истории стекла, 2000, 208–209.
- Шортленд А., Шахнер Л., Фристоун И. и Тайт М., 2006, Натрон как поток в ранней индустрии стекловидных материалов: источники, начало и причины упадка. Журнал археологической науки 33, 521–530.
- Смедли, Дж., Джексон, К.М., и Бут, Калифорния, 1998, Назад к истокам: сырье, рецепты стекла и методы изготовления стекла Теофила. В: П. Маккрей и Д. Кингери (ред.), Предыстория и история технологии изготовления стекла, 145–165.
- Стерн В.Б. и Гербер Ю., 2004. Калийно-кальциевое стекло: новые данные и эксперименты. Археометрия 46, 137–156.
- Тейт, Х., 1991. Пять тысяч лет стекла. Издательство Британского музея, Лондон.
- Феофил, О различных искусствах. Отредактировано и переведено (1963) Дж. Хоторном и CSSmith (Dover Publications, Нью-Йорк).
- Ведеполь, К.Х., 2000, Изменение состава средневековых типов стекла, происходящее в раскопанных фрагментах из Германии. В: Annales du 14e Congres de l'Association pour l'histoire du Verre, 1998, 253–257.
- Ведеполь, К.Х., 2005. Изменение состава средневековых типов стекла, происходящее в раскопанных фрагментах из Германии. В: Annales du 16e Congres de l'Association pour l'histoire du Verre, 2003, 203–206.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
