Цветное стекло в металле

Обновлено: 04.10.2024

Ниже приведено простое руководство по настройке основных реалистичных стеклянных или металлических материалов.
Информацию о типах стекла см. в разделе: Типы стекла.

Вы также можете:

Использовать материалы из нашей библиотеки материалов Corona в качестве основы для создания собственных материалов. Это гарантирует, что материалы всегда будут настроены правильно. Совет: просто перетащите материал из библиотеки материалов Corona в редактор материалов грифеля.
Загрузите бесплатные высококачественные наборы материалов из раздела ресурсов на нашем сайте.

Металлы

Для металлических материалов следует отключить диффузную составляющую, установив либо цвет диффузии на чисто черный, либо уровень диффузии на 0.
Уровень отражения должен быть установлен на 1.
IOR Френеля должен быть установлен на высокое значение, в данном случае 32.

Хром с пятнами/отпечатками пальцев

Дополнительные детали, такие как пятна или отпечатки пальцев, можно добавить, подключив текстуру к слоту блеска отражения материала.

Золото, медь и другие цветные металлы

Цвет металлов должен контролироваться цветом их отражения. Цвет рассеивания не следует использовать, так как в случае с металлами он всегда должен быть установлен на чисто черный (или уровень рассеивания 0).

Более грубые металлы всегда будут выглядеть ярче. В данном случае блеск отражения был снижен до 0,7. Опять же, цвет или количество диффузии не следует трогать.

Кроме того, реалистичность шероховатого металла можно повысить, добавив структуру на его поверхность. В этом случае в слот диффузии была вставлена простая карта шума.

Металлы с пониженным значением IOR Френеля будут выглядеть темнее. Уровень диффузии или отражения не следует изменять. В этом экстремальном примере IOR Френеля был снижен до 3,0.

Стекло

Для стеклянных материалов, как и для металлических, уровень диффузии всегда должен быть установлен на 0, или цвет диффузии должен быть чисто черным.
Уровни отражения и преломления должны быть установлены на 1.
IOR для отражения и преломления следует оставить по умолчанию 1,52, или немного подкорректировать, если это необходимо. При более высоких значениях стекло будет казаться "тяжелее" и более отражающим; значение 1,33 можно использовать для водного материала.

Твердое стекло с каустикой

Каустика может быть включена для материалов из твердого стекла, однако это всегда замедляет рендеринг и вносит много нежелательного шума. Рекомендуется всегда отключать каустику, если только она не является абсолютно необходимой.

Цветное стекло - абсорбция

Абсорбция может быть использована для управления цветом стеклянного материала. Поглощение - это объемный эффект, поэтому тонкие части объекта будут казаться более прозрачными, а толстые - более цветными.

Цветное стекло - преломление цвета

Преломление также может использоваться для окрашивания стекла, однако оно влияет только на поверхность объекта, а не на его объем. Цвет будет одинаковым для всего объекта, независимо от его толщины.

Режим тонкого стекла следует использовать для плоских стеклянных плоскостей, которые не имеют толщины и не преломляют свет. К ним относятся лампочки, мыльные пузыри и т.д. Его также можно использовать для оконного стекла, чтобы повысить производительность рендеринга.

Перевод статьи осуществлен образовательным проектом CGBandit c официального сайта coronarenderer.

Красители

Красители служат для окрашивания стекла в тот или иной цвет. Обычно в качестве красителей используют соединения металлов.

По механизму их действия различают молекулярные и коллоидные красители. К молекулярным относятся те красители, которые, будучи введены в стекломассу, растворяются в ней. Окраска таких стекол не изменяется при повторной тепловой обработке. К этой группе красителей относятся главным образом окислы тяжелых металлов — марганца, кобальта, никеля, хрома, железа урана. К коллоидным относятся те красители, которые при введении их в стекломассу равномерно распределяются в ней в виде мельчайших коллоидных частиц. Сюда относятся соединения золота, меди, селена, серебра.

Молекулярные красители. Соединения марганца в виде окиси марганца Mn₂O₃ или перекиси марганца MnO₂ придают стеклу различные оттенки фиолетового цвета. В качестве исходного сырья для введения в стекломассу этих окислов используют пиролюзит МnO₂ и марганцово-калиевую соль KMnO₄.

В процессе варки перекись марганца разлагается на окись марганца и кислород: 4MnO₂ = 2Mn₂O₃+O₂. Закись марганца MnО — бесцветный окисел в стекле, поэтому при использовании соединений марганца для получения цветных стекол нельзя допускать их перехода в MnO.

Соединения кобальта придают стеклу синий цвет. Чаще всего используют закись кобальта — сильный и стойкий краситель. Его вводят в стекломассу в очень малых количествах.

Соединения хрома окрашивают стекло в зеленый цвет и в желто-зеленый цвет. В качестве красителей используют оксид хрома Cr₂O₃, хромокалиевую соль K₂Cr₂O₇ (которая легче растворяется в стекломассе по сравнению с оксидом хрома), хромонатриевую соль Na₂Cr₂O₇·2H₂O. Содержание Cr₂O₃ составляет 0,25 . 1,2 % от массы шихты. В производстве стеклянной тары (зеленые бутылки) в состав шихты вводят феррохромовые шлаки. Применение комплексного мелкодисперсного красителя, содержащего Cr₂O₃, SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, позволяет исключить использование пиритных огарков и экономить сырьевые материалы (песок, доломит, нефелин). Травянисто-зеленый цвет стекла получают при одновременном использовании оксида хрома (0,5 %), оксида меди (2 %) и окислительных условиях варки стекломассы. Соотношение. CuO:Cr₂O₃ = 3÷4. Предпочтительнее использовать соли хрома, так как они более интенсивно окрашивают стекломассу и при варке лучше растворяются в стекле (более технологичны).

Соединения никеля придают стеклу красно-фиолетовую окраску. В производстве стекла используют закись никеля NiO, окись никеля Ni₂O₃ и гидрат закиси никеля Ni(OH)₂. Окрашивание соединениями никеля хорошо воспроизводимо и не зависит от условий варки стекла.

Соединения железа окрашивают стекло в различные цвета: закись железа FeO — в сине-зеленый; окись железа F₂O₃ — в желтый или коричневый, а в смеси с углем и серой — в оранжевый; смесь закиси и окиси железа Fe₃O₄(FeO·Fe₂O₃) — в зеленый. Обычно в стекломассе оксиды железа присутствуют не в отдельности, а в виде смеси, которая и окрашивает стекло в зеленый цвет. Для ввода оксидов железа в стекло на заводах применяют пиритные огарки - отходы сернокислого производства, а также крокус - порошок красно-бурого цвета.

Из соединений меди в качестве молекулярного красителя используется только окись меди CuО, который окрашивает стекло в зеленовато-голубой цвет. Соединения меди в зависимости от концентрации, состава стекла и условий окрашивания придают стеклу синий, голубой, зеленый и красный цвета. Оксид меди CuO окрашивает стекло в голубой, слегка зеленоватый цвет. Чисто голубой цвет стекла получают при введении CuO в количестве 1 . 2 %, с увеличением содержания оксида меди окраска стекла переходит в зеленую.

Соединения урана придают стеклу желто-зеленый цвет. В качестве красителя используют закись урана UO₂, трехокись урана UO₃ и натриевую соль урановой кислоты Na₂UO₇·3H₂O. Для стекла, окрашенного ураном, характерна флуоресценция, вызванная ультрафиолетовым излучением. При выпуске изделий из интенсивно окрашенных стекол в жёлтый и оранжевый цвета соединения урана применяют совместно с сернистым кадмием. Несмотря на то что препараты урана достаточно чисты, их применение в стекольном производстве ограничивается из-за высокой стоимости.

Соединения кадмия придают стеклу ярко-желтый цвет. Обычно при варке калиевокальциевых стекол применяют сернистый кадмий CdS - порошок желтого или оранжевого цвета. При варке свинцовых стекол нельзя применять в качестве красителя CdS в связи с тем, что возможно образование PbS, окрашивающего стекло в черный цвет. Вводят CdS в стекло в конце варки стекломассы, так как при высокой температуре и продолжительном времени сернистый кадмий переходит в оксид кадмия, который не вызывает окраски стекла.

Оксиды редкоземельных элементов за последние годы также начали применять в качестве красителей при производстве изделий из стекла. Окислы редкоземельных элементов, используемые в производстве сортовых стекол: окись церия СеO₂ (окрашивает стекло в золотисто-желтый цвет); Совместное применение диоксида церия с диоксидом титана придает стеклу чистую золотисто-желтую окраску (вводят оксид церия в стекло через концентраты редкоземельных элементов, которые снижают себестоимость изделий), окись празеодима Pr₂O₃; (придает стеклу зелено-золотистый цвет); окись неодима Nd₂O₃ (пурпурно-красный цвет), оксид эрбия Er₂O₃ — красивый розовый цвет. Оксиды редкоземельных элементов являются слабыми красителями, однако стекла, окрашенные ими, характеризуются высокой прозрачностью, чистотой цвета, оригинальными оттенками, что способствовало их широкому применению в производстве сортовой посуды.

Коллоидные красители

Коллоидные красители вызывают образование в массе стекла взвешенных коллоидально-дисперсных частиц металлов или их соединений. Цвет стекла зависит от природы и концентрации коллоидных красителей, состава стекла и размеров взвешенных частиц. Получение окраски стекла возможно лишь путем вторичного нагревания изделий, при котором частицы увеличиваются до нужных размеров. Термообработку изделий проводят при определенном температурном и временном режимах и называют «наводкой».

Коллоидными красителями являются соединения золота, серебра, сурьмы, закисная медь, селен и др.

Соединения селена окрашивают стекло в красный и розовый цвет. Обычно используют металлический селен и селенистокислый натрий Na₂SeO₃. Интенсивность окраски стекол в основном зависит от количества содержащегося
в них селена, а так как селен при варке склонён выгорать, то и цвет стекол часто меняется. Красные стекла, окрашенные селеном, называют селеновым рубином.

Соединения золота, придают стеклу цвет от нежно-розового до темно-красного (золотой рубин). Соединения золота окрашивают стекло в красные цвета - от розового до пурпурного (золотой рубин). Особенно чистые цвета получаются после наводки стекол с содержанием РbО от 25 до 50 %. В качестве красителя используют 10 %-ный (по массе) водный раствор хлорного золота AuCl₃, содержащее 4,96% чистого золота. Розовую окраску стекла получают уже при введении 0,01% металлического золота, а для получения золотого рубина необходимо ввести 0,02% золота. Стекло, окрашенное золотом, относится к наиболее красивым и благородным и применяется при производстве высокохудожественных изделий.

Соединения серебра (0,05-0,1%) придают стеклу золотисто-желтый цвет. В качестве красителей обычно применяют 10 %-ный (по массе) раствор нитрата серебра AgNO₃. После вторичного нагрева образуется в массе стекла металлическое серебро. Растворимость серебра в стекле низкая и поэтому требуется длительное выдерживание при высоких температурах. Улучшение окраски стекла достигается при добавлении диоксида олова SnO₂. В отдельных случаях изделия из стекла окрашивают только с поверхности (так называемые серебряные протравы) с помощью специальной пасты из смеси глины, охры и хлорида серебра AgCl c75,25%Ag.

Соединение меди Cu₂O обладает большой красящей способностью и образует в стекле коллоидный раствор частиц металлической меди, которые в интервале температур 580 . 700 С после наводки придают стеклу темно-красный цвет (медный рубин). Медь является одним из древних красителей стекла и ее растворимость значительно выше золота и серебра. Вводят Cu₂O в количестве 1 . 3 % от массы шихты в виде порошка коричневого цвета. Кроме того, при варке медного рубина следует вводить в качестве восстановителей в состав шихты виннокаменную соль калия KHC₄H₄O₆ и закись олова SnO. Обычно для варки медного рубина используют натриевые стекла. При содержании меди в стекле 0,8 . 1,8 % по массе получают интенсивное окрашивание хрустальных стекол, которые используют для выработки накладных стекол с толщиной окрашенного слоя в несколько десятых долей миллиметра.

Элементарный селен Se при использовании вместе с солями кадмия и серой окрашивает стекло в ярко-красный цвет (селеновый рубин). Для этого вводят (по массе) 0,3 . 0,8 % Se, 1 . 1,45 % карбоната CdCO₃ и 0,5 . 1 % S (по массе сверх основного состава стекла). При варке селенорубиновых стекол выбирают составы, содержащие 4 . 18 % оксида цинка, который способствует получению более интенсивной окраски стекла. Потеря селена вследствие улетучивания достигает 70 . 80 % вводимого количества.

Соединения сурьмы Sb₂O₃ и Sb₂O₅ вводят в состав стекла для получения сурьмяного рубина, который по степени окрашивания занимает промежуточное положение между селеновым и медным рубинами. Наилучший результат получают при одновременном введении серы и угля. Используют при варке рубина также и сернистые соединения сурьмы, например Sb₂S₃ — порошок черного цвета. Сурьмяный рубин имеет более интенсивный цветовой оттенок и поэтому его целесообразно использовать при выработке накладных хрустальных стекол.

Цветное стекло

Особое место среди художественного стекла занимает цветное стекло. Драгоценные камни и разные породы, как мрамор, малахит, гранит, яшма, отличаются своей окраской. Стекло же может иметь любую окраску, и эта окраска будет присуща ему, потому что оно уже варится в задуманном цвете. В нашей стране, как нигде в мире, тонко разработана самая совершенная палитра цветного стекла. И для стекла каждый цвет в любом оттенке является органически присущим ему, «своим» собственным цветом.

Любого цвета стекло может быть прозрачным и, пропуская свет, будет окрашивать своим цветом все окружающее. Стекло может создавать радужное переливание с золотыми отблесками и, делаясь менее прозрачным, превращаться в опаловое полупрозрачное стекло. В любом цвете стекло может также делаться и непрозрачным, но сохранить яркость цвета или, наоборот, придать ему блеклость, туманность. Можно также получить цветное стекло, переливающееся от светлого к темному тону в одном куске равномерно, или пятнами, или полосами, или мраморным рисунком. Можно вкраплять в стекло металлические блестки или сделать кусок стекла многоцветным, с пятнами других цветов.

Для отделок пользуются не только прозрачными цветными стеклами, но и непрозрачными, заглушёнными. Степень заглушения бывает разная — от едва заметной мути до непрозрачной белой, как молоко, массы. Слабо заглушенные стекла называются опаловыми. Без подкраски, в отраженном свете в них заметна легкая синева, а в проходящем свете — желтизна. Сквозь них можно смотреть, как сквозь тюль или газ.

Цвет стекла всегда зависит от условий освещения. При свете ламп фиолетовое стекло кажется почти коричневым, красное и оранжевое делается более ярким. Урановые стекла переливаются всеми оттенками зеленого и желтого цветов с золотистым сверканием при боковом освещении, а в темноте, под действием невидимых ультрафиолетовых лучей, они также переливаются разными красками.

В стеклянных изделиях цвет бывает сплошным и накладным, когда на основной массе белого стекла делается тонкий слой цветного стекла. Может быть и многослойное накладное стекло, с которого в нужных местах снимают различные участки наложенных цветных слоев. Например, для получения какого-либо пейзажа делают трехслойное стекло, сложенное из прозрачного красного, желтого и синего стекла.

Если ни один слой не снимается, получается коричневый цвет. Снимая то один, то два слоя, то сверху, то снизу, художник получает шесть разных цветов, из которых можно создать целую картину.

Таким образом была изготовлена юбилейная ваза в метр высотой — дар Ленинграда белорусскому народу (1949 год). Ваза состояла из трехслойного — бесцветного, молочного и красного — стекла.

К 150-летию со дня смерти русского полководца А. В. Суворова была сделана ваза в 1,5 метра высотой, также из трехслойного — синего, молочно-белого и бесцветного — стекла. Гранили вазу круглым колесом, причем рисунок наносили на синем стекле с молочно-белой подкладкой. Получается прозрачный рисунок с тонким белым кантиком по всему периметру. Портрет Суворова и эмблемы получены методом глубокого травления.

Художественные изделия из накладного многослойного стекла делают следующим образом.

Получив из бесцветной массы пузырь нужной величины и формы, стеклодув опускает его в расплавленную цветную стекломассу. Таким образом получается сосуд из двухслойного стекла.

Мастера-шлифовальщики по чертежам выводят на форме сложные узоры, обнажая бесцветный слой.

Большое количество цветного стекла в последнее время идет на мозаики. Здесь применяют не только прозрачные и заглушенные смальты, но и так называемую «кантарель». Это прозрачная смальта на непрозрачном фоне.

Витражи в наше время, когда делаются большие листовые стекла, изготовляют матовой гравировкой, или травлением по многослойному цветному стеклу, или набором мелких цветных кусочков между двух прозрачных листов.

К витражному изображению относится также совершенно новый вид так называемой «сияющей мозаики». Цвета сияющей мозаики — это цвета мыльных пузырей или нефтяных пятен на воде, но отличаются они особой яркостью — сиянием. Эти цвета получаются при рассматривании бесцветных прозрачных минералов: листочков слюды, талька, гипса, а также целлофана, зажатых между двумя пленками стекла специального состава.

Чтобы получить сияющую мозаику, кладут на бесцветный лист стекла пленку особого состава, к которой приклеивают различной толщины листочки слюды, талька, гипса, волокон асбеста или целлофана. При этом выкладывают таким образом нужный мозаичный рисунок. Этот рисунок покрывается второй пленкой и сверху вторым листом бесцветного стекла.

Каждый кусочек из этих бесцветных минералов между пленками дает какой-нибудь один сияющий цвет, в зависимости от толщины листочка.

Цветное стекло употребляется и в архитектуре — для украшения внутренних стен здания и наружного его вида. Впервые цветное стекло с этой целью было применено известным русским архитектором Растрелли в XVIII веке для украшения комнат Большого дворца в городе Пушкине.

Большие пластины цветного стекла были положены на мятую цветную фольгу, отчего получалась иллюзия каких-то неизвестных каменных пород. Архитектор Камерон в комнатах Екатерины II ввел внутрь цветных стеклянных колонок серебряную парчу.

Советская архитектура вводит, как украшение, рельефные цветные карнизы из стекла.

Если карниз должен быть золотой, его делают из желтого прозрачного стекла на окрашенном бронзовой краской фоне.

Центральное здание величайшего в мире дворца науки — Московского университета имени Ломоносова на Ленинских горах — увенчано золотым шпилем. Этот шпиль кажется выложенным листовым золотом. На самом же деле он сделан из стекла. Окрашенное углеродом золотисто-желтое стекло с обратной стороны покрыто алюминием методом пульверизации. Укрепленные на металле, эти куски стекла создают полную иллюзию золотого покрытия.

Инженеры создали твёрдое и упругое металлическое стекло

Полученное при помощи просвечивающего электронного микроскопа изображение разных уровней кристаллизованности аморфного металла

Инженеры из Университета Южной Калифорнии получили новый вид металлического стекла, отличающийся повышенной упругостью. Материал сочетает в себе, кажется, несочетаемые свойства – твёрдость, прочность и эластичность. Материал, получивший технологическое название SAM2X5-630, обладает наивысшей ударной прочностью из всех известных металлических стёкол.

Металлические стёкла, или аморфные металлы — класс металлических твердых тел с аморфной структурой. В отличие от металлов с их кристаллической структурой, таковая у аморфных металлов аналогична атомной структуре переохлаждённых расплавов.

Слева прыгает шарик из нового металлического стекла, справа – из обычной стали

Материал способен выдерживать сильные удары, при этом он не крошится и не ломается, а возвращает первоначальную форму. Потенциал его применения практически безграничен – начиная от свёрл и бронежилетов и заканчивая имплантатами для укрепления костей и защитой космических спутников.

Обычно аморфные металлы получают нагреванием до 630 °C, а затем очень быстрым (порядка градуса в секунду) охлаждением. Материал SAM2X5-630 был получен нагреванием порошкообразного состава на основе железа (Fe_49.7Cr_17.7Mn_1.9Mo_7.4W_1.6B_15.2C_3.8Si_2.4).

Уникальные свойства металла происходят из удачной находки сочетания температуры нагревания и скорости охлаждения – именно такие условия, которые испытал полученный состав, приводят к образованию локальных очагов слабо выраженной кристаллической структуры. Другие условия нагрева или охлаждения приводят к получению полностью аморфных металлов со случайным расположением атомов.

«У него почти нет внутренней структуры, и в этом он похож на стекло, но при этом встречаются регионы с кристаллизацией,- говорит Вероника Эльясон [Veronica Eliasson], ассистент-профессор из Инженерной школы им.Витерби при университете, и ведущий автор работы. – Мы пока понятия не имеем, почему небольшое количество кристаллизировавшихся участков в металлических стёклах приводят к таким сильным различиям в реакциях на удар».

Динамический предел упругости Гюгонио (максимальное воздействие, которое материал выдерживает без необратимой деформации), был определён для SAM2X5-630 в районе 12 ГПа. У нержавеющей стали этот показатель равен 0,2 ГПа, у карбида вольфрама (используемого для создания твёрдых инструментов и сердечников бронебойных пуль) – 4,5 ГПа, у алмазов – до 60 ГПа.

Изучение аморфных металлов началось в 1960 году в Калифорнийском технологическом институте – группой учёных было получено первое металлическое стекло Au₇₅Si₂₅. С тех пор было получено множество подобных материалов с интересными свойствами, однако пока область их практического применения нельзя назвать широкой из-за их высокой стоимости.

Например, полученный недавно в Японии Ti₄₀Cu₃₆Pd₁₄Zr₁₀ — неканцерогенный, в три раза прочнее титана, мало изнашивается, при трении не образует порошок, а по модулю продольной упругости практически совпадает с человеческими костями – в потенциале его можно будет использовать как прекрасную искусственную замену суставов.

Читайте также: