Микроскопу — в любом случае быть. А [...]]]> Рано или поздно попаданцу понадобится микроскоп, причем я подозреваю, что именно рано.
И тут дело даже не в развитии медицины (хотя первое, что придется двигать — это гигиену, без разницы какую область будет развивать попаданец). Тут дело в том, что микроскоп очень сильно продвинул понимание человеком окружающего мира.

Микроскопу — в любом случае быть.
А самый простой микроскоп построил Антони ван Левенгук в 1665 году, поэтому мы именно его и возьмем за образец….

Хотя оригинальные Левенгуковские микроскопы и лежат в музеях (9 штук), но метод, которым пользовался изобретатель был неизвестен. Ведь основой микроскопов была линза диаметром в районе пол-миллиметра, которую и сейчас отшлифовать — большая проблема. Поэтому триста лет историки считали, что Левенгук имел тайный метод шлифовки, ныне неизвестный (хорошая зацепка для конспирологов, это хоть и не «тайны пирамид», но очень и очень).

Однако, в 1970 году в Новосибирске совершенно случайно нашли метод производства этих линз. И метод крайне простой.
Единственное, что необходимо — это развитое стеклодувное дело, а это — времена Римской Империи. И даже раньше, если попаданец сумеет проварить стекло.

Итак, что необходимо?
Мы должны выплавить кусочек стекла и, пока он не застыл, вытянуть нить.
Потом кончик этой нити опускается в пламя и нить начинает плавиться, а стекло на конце собирается в шарик. Это и есть будущая линза. Ее можно использовать и напрямую, но это неэффективно, ее фокусное расстояние — десятые, а то и сотые доли миллиметра, образец фактически должен касаться поверхности линзы.
Чтобы увеличить фокусное расстояние, необходимо сошлифовать одну сторону линзы, образовав плоско-выпуклую линзу. Фокусное расстояние увеличится до миллиметра или даже двух. Увеличится не только фокусное расстояние, но и поле зрения. Работа по шлифовке — как раз «ювелирная», потому что использует абсолютно те же инструменты и технологии, которые ювелиры использовали для огранки драгоценных камней, с той лишь разницей, что стекло много мягче алмаза и задача поэтому попроще.

Расстояние от линзы до глаза у нас будет 2-3 мм, к этому надо привыкать.

Давайте разберем технологию чуть подробнее.

1. Очень желательна спиртовка или газовая горелка. Тут вся задача — чистое (без копоти) пламя, иначе на поверхности линзы образуется налет, который резко снижает качество микроскопа.

2.Изготавливаем стеклянные палочки, если удастся — из оптического стекла. Нагреваем горелкой середину стеклянной палочки, когда она размягчиться, ее нужно вынуть из пламени и растянуть. Образуется тонкая стеклянная нить длиной 20-40 см. Переломим нить в центре — у нас две заготовки для линз.

3. Поместим нить вертикально сверху в пламя горелки, постепенно опуская с ростом капли стекла. Тут главное — как можно более сферическая форма капли, поэтому и опускаем нить сверху. Для отработки технологии сначала делаем шарики диаметром 1.5 — 2.0 мм, постепенно раз от раза делая их все меньше. Уже первые капли дадут увеличение порядка 50 раз.
Предел такого микроскопа — примерно 400 раз, хотя больше 200 раз строить вряд ли стоит — возникают проблемы с подготовкой препаратов. Самым употребительным будет стеклянный шарик диаметром около полумиллиметра.
Для лучшей сферичности толщина нити должна быть не более трети от диаметра шарика.

4. Хранить заготовки лучше под стеклянным колпаком, чтобы предохранить от пыли.
И помните — прикасаться к линзе нельзя никогда!

5. Берем два тонких медных или латунных листа (толщиной 0.3 — 0.5 мм), соединяем их по краям и просверливаем насквозь сверлом чуть меньшим диаметра линзы. В древние времена с этим могут быть проблемы, но ювелиры имели множество методов обработки тонких листов.

6. Зажимаем шарик между листами ножкой в ту сторону, где должен быть препарат и сошлифовываем вместе с латунной пластинкой.

Дальнейшее — вопрос приготовления и закрепления препарата. Для этого потребуются два тончайших стекла, это отдельная тема, придется продвигать флоат-процесс.
Левенгук вместо этого вытягивал из стекла тончайшие капиллярные трубочки, так что варианты есть. Хотя из-за кривизны поверхности микротрубочек у Левенгука на было четкого изображения.

Вообще можно сделать сам микроскоп подвижным и крепить его на предметном стекле:

Недостаток такого микроскопа — невозможность рассматривать непрозрачные предметы, потому что расстояние между линзой и предметом слишком мало, чтобы достаточно осветить. Поэтому для изучения структуры мартенсита нужно нечто иное.

Ну а напоследок — внимание, бонус!

В Сибири старатели издавна пользовались самодельным «микроскопом» из игральной карты.
В карте прожигали раскаленной иглой тонкое отверстие. На это отверстие наносили каплю воды, которая играла роль линзы. Если вода слишком быстро испаряется — можно попробовать каплю меда или масла.
Метод вполне годится и для каменного века и им гарантировано можно порадовать фараона.

Самая что ни на есть попаданческая технология!
Вам не кажется, что это попахивает революцией в медицине задолго до Гиппократа и Авиценны?

Литература:

Журнал «Наука и жизнь», 1980 №5, стр. 90-92;
Журнал «Наука и жизнь», 1981 №3, стр. 139-141;
Журнал «Наука и жизнь», 1982 №10, стр. 150-151.

Но попаданцу, как всегда, интересует не столько бытовое применение газа, сколько применение на производстве. Горелки Бунзена и Текли — именно такое вот производственное применение горючего газа…

В реальности [...]]]> Попытки ввести газовое освещение начинаются с 1798 года, когда Вильям Мердок установил в своем доме систему освещения на газе, получаемым от сухой перегонки угля. Газовое освещение прижилось.

Но попаданцу, как всегда, интересует не столько бытовое применение газа, сколько применение на производстве.
Горелки Бунзена и Текли — именно такое вот производственное применение горючего газа…

В реальности бунзеновская горелка появилась в 1855 году — и только как инструмент для студентов. Но ее заметили, и до сих пор эта горелка — популярная вещь в любой лаборатории.

Принцип действия прост. Горючий газ под давлением выходит из сопла, создавая разрежении и затягивает воздух, необходимый для горения. Проходя по трубке газ и воздух смешиваются, создавая однородную смесь. Поэтому длина трубки важна, как и ее диаметр.

В горелке бунзена в трубке есть два отверстия одно напротив другого — для засасывания воздуха. Эти отверстия могут прикрываться муфтой, что регулирует поток воздуха.
Горелка Текли более совершенная (и на полвека более позднее изобретение). В ней поток воздуха регулируется диском, который можно поднимать и опускать под конусной трубкой — вплоть до полного перекрытия. Также в горелке Текли есть винт, регулирующий поток горючего газа.

Горелка Текли дает температуру выше, чем Бунзена, но до сих пор в продаже в любом магазине лабораторного оборудования красуется «бунзеновская горелка».

Зачем же они вообще нужны?

Такие горелки дают очень интересный вид пламени. В нем есть температурные зоны от 300 до полторы тысячи градусов. Эти горелки могут гореть как коптящим слабым красным пламенем, так и высокотемпературным голубым. Кроме того — горелки очень практичны, они сами мало нагреваются и используют даже стеклянные бунзеновские горелки!

Однако, есть и недостатки. При избытке воздуха возможен «проскок» пламени — когда пламя проскакивает внутрь и начинает гореть внутри трубки. В таком случае горелку нужно мгновенно погасить и зажечь снова.
Поэтому был изобретен третий вид горелок — горелка Мекера (1909 год). У нее верхняя часть закрыта решеткой, в результате пламя не имеет вид конуса и, соответственно, не имеет таких температурных зон, ее пламя почти однородно по температуре (причем внизу горячее). Но зато — температура эта процентов на 15 выше, чем у Бунзена и Текли. На ней можно достичь 1775 градусов, то есть платина плавится.

Если вы попали в современную лабораторию и видите горелку, вы можете легко отличить их на вид:
Горелка Бунзена имеет ровную трубку по всей длине.
Горелка Текли имеет внизу конус, сужающийся выше.
Горелка Мекера имеет трубку, расширяющуюся кверху.

Соответственно, область применения горелок широка как мало у какого инструмента.
Ее используют:

— Пайка низкотемпературными припоями. Если посмотреть американские фильмы, там миниатюрные портативные горелки используют как паяльники. С точки зрения техники безопасности, это, возможно, даже предпочтительнее в некоторых влажных местах — нет опасности удара электрического тока

— Стеклодувное дело. К сожалению, только для мелких вещей, крупные стеклянные штуки выдувают на специальных горелках, имеющих дополнительные кольца для увеличения объема пламени.

— Плавка и спаивание мелких металлических деталей. Существуют очень миниатюрные горелки, позволяющие расплавить тонкие детали, сделанные из достаточно тугоплавких металлов.

— Стерилизация медицинских инструментов. В полевых условиях портативная горелка может оказаться крайне полезной.

— Использование в химических опытах, когда горелки разогревают небольшие колбы.

Поэтому такие горелки можно увидеть и в химической, и в биологической лаборатории, а иногда даже в радиотехнической.
Собственно, остается один вопрос — а какой газ сжигать в таких горелках?
На самом деле — фактически любой.
Сейчас это либо природный газ (метан), либо сжиженный газ (пропан-бутан), но еще после войны можно было встретить специальные «карбюраторы» для бунзеновских горелок, подающие в них пары бензина. А ведь есть еще и светильный газ (получаемый из угля) и ацетилен, который при подаче кислорода может давать особенно горячее пламя…

В общем — для попаданца в соответствующее время бунзеновская горелка — это «маст хэв» без вариантов.

В таком случае существуют разные методы, позволяющие присоединить стеклянную колбу к металлическому цоколю без нарушения вакуума…

Самым простым решением этой проблемы являются… припои! Да-да, и оловянно-свинцовые в том числе. [...]]]> Для производства радиолампы необходимо, чтобы проводники проходили через стекло.
Однако, часто попаданец — криворукий программер, который со стеклом возиться не желает, а у мастеров это дорого.

В таком случае существуют разные методы, позволяющие присоединить стеклянную колбу к металлическому цоколю без нарушения вакуума…

Самым простым решением этой проблемы являются… припои!
Да-да, и оловянно-свинцовые в том числе. При этом соединяют не только стекло-металл, но и стекло-керамику.
Технология тут такая — сначала нужно подготовить поверхности. Металлическую поверхность необходимо залудить тонким слоем припоя. На этом этапе — хорошо отмыть от флюса, потому что флюс — это то вещество что помешает получить высокий вакуум. Из-за этого канифольные флюсы неприменимы. Пленка полуды должна быть как можно более тонкой. Для этого существуют даже оригинальные методы — например, припой наносят с помощью бормашины.

Для этого сначала «пропитывают» абразивный камень на валу бормашины, прижимая его к припою. За счет трения выделяется теплота, которая плавит припой и он ровным слоем растекается по абразивному камню. Такой «луженый» камень теперь прижимают к металлической поверхности. Опять трение и припой опять плавится — и ровным слоем покрывает металл, причем в местах, где шлифовочный камень снял окисную пленку.

Конечно, последний метод попаданец вряд ли будет применять, это напоминание о том, что в технологиях очень часто есть «обходные» пути.

Далее необходимо металлизировать стекло.
Для этого ее, во-первых, необходимо очень тщательно обезжирить. И после обезжиривания так же тщательно удалить следы обезжиривающих реактивов. На последней стадии отмывки рекомендуют ополоснуть спиртом или ацетоном. Более того — для лучшей адгезии рекомендуют дополнительно очистить поверхность в искровом разряде трансформатора Тесла.
Стекло нагревают до 370^oC, чтобы добиться максимальной адгезии припоя. Сам расплав припоя наносят потиранием куском хлопчатобумажной ткани. Если стекло перегреть, припой не будет сцепляться с поверхностью и нужно подождать, пока остынет. Проверка покрытия — с обратной стороны стекла оно должно выглядеть как идеальное зеркало.

После сборки детали нагревают до начала плавления припоя и сдавливают с небольшим усилием. Сильно давить нельзя — припой выдавиться. Следует помнить, что после застывания оловянно-свинцовые припои расширяются.

Вообще, металлизацию стекла можно сделать десятком разных способов (описанный — самый простой и самый некачественный). Еще можно использовать вакуумное напыление или электрохимическое осаждение. Но это все относится скорее всего к омеднению, что в случае массового производства дает лучше результаты.

Например, как делают омеднение на производстве:
Сначала обмазывают чистый конец стекла углеродосодержащим проводящим покрытием (совсем не обязательно графитом), высушивают его в течении 5 минут и спекают при 500^oC еще 5 мин.
Потом с помощью гальваники наносят слой меди.
Спаивают при помощи оловянно-свинцового (50:50) припоя.

Однако, для попаданца существует еще один способ, который в использовании много проще, но и много дороже.
Это — уплотнение на базе хлористого серебра.
Уплотнения на хлористом серебре могут работать до 300^oC. Это вещество нелетуче, оно не засоряет вакуум.
При 457^oC хлористое серебро плавится, образуя легкоподвижную жидкость, которая легко смачивает стекло, кварц и металлы. Слой хлористого серебра можно получить даже методом окунания деталей в расплав. Хотя стекло смачивается сравнительно плохо, поэтому поверхности стекол приходится сильно разогревать.

Процесс склейки происходит, если нагреть смоченные хлористым серебром детали до 500^oC.
Возможно также, что хлористое серебро закладывают в холодную сборку и нагревают целиком.

Хлористое серебро применяется для склейки не только металлов и стекла, но и слюды и им герметизируют прозрачные окна, сделанные из хлорида натрия (я не опечатался), бромида калия или же хлорида серебра.

Использованная литература:
А. Рот. Вакуумные уплотнения. 1971.
Ф. Розбери. Справочник по вакуумной технике и технологии. 1972.

Это меняет все. Или нет?..

Электронная лампа доступна тогда, когда доступен материал для катодов. Самый простой материал, [...]]]> Стеклодувное дело как таковое было развито еще в древние времена.
Однако, если мы хотим развивать ламповую электронику, требования к стеклу возрастает — в стекло нужно впаивать электроды, стекло должно хорошо держать вакуум и легко переносить многочисленные циклы разогрев-охлаждение.

Это меняет все. Или нет?..

Электронная лампа доступна тогда, когда доступен материал для катодов. Самый простой материал, доступный человечеству для этого — платина. Уже во времена Французской Революции и Наполеона были доступна не только сама платина, но и тонкая проволока из нее, годная для изготовления катода прямого накала.

Вакуум тоже не представлял в тот момент сложности — еще Торичелли получал высокий вакуум, вполне достаточный для электронных ламп. С тех времен ртутно-поршневой насос совершенствовался мало.

То есть все составляющие электронных ламп существовали.
Вопрос только один — а была ли возможность собрать их вместе, чтобы получить устойчиво работающий электровакуумный прибор?

Собственно, к тому периоду стеклодувное дело достигло высокого уровня.
Вот, например, портрет Лавуазье с женой:

На столе явно заметны стеклянные вакуумные приборы с ртутью и впаянными медными вентилями.
Вещи сделанные достаточно тонко, насколько вообще позволяла технология того времени. Вообще, если вакуум в то время был занятием в лабораториях настоящих ученых, то опыты со статическим электричеством в то время были очень модным занятием в домах богачей. И естественно, ремесленники откликнулись на спрос и стали выпускать наборы для опытов, вот по типу этого:

Тут видно, что мастерство стеклодувов было очень высоким, и они могли легко спаивать стекло с металлом.
Однако, лампа — устройство теплонагруженное, да еще имеет впаянные электроды. Что нам могут предложить технологии того времени?

Сначала рассмотрим впаивание со стороны металла.
Вообще список металлов, которые могут спаиваться со стеклом не очень-то и короткий:

Конечно, разные металлы по разному впаиваются.
В производстве радиоламп чаще всего использовались три последние в списке: ковар, константан и феррохром.
Интересен также металл, обозначенный как «платинит». Платинитовая проволока составная, она имеет сердечник из никелевой стали и медную оболочку, вес которой составляет четверть от веса проволоки.

Конечно, хотелось бы использовать такой достаточно дешевый материал как ковар. Он состоит из железа, никеля и кобальта. Вообще, шанс его получить в данную эпоху есть. Никель был открыт в 1751 году, а кобальт — еще в 1735. То есть эти материалы достать можно было. Однако, сам их сплав с железом достаточно сложен. Железо, которое там используется, должно иметь менее 0.01% углерода, а так как сплав тугоплавкий (1450^oC), то это может быть развлечением на пару лет.

Поэтому для первых ламп можно порекомендовать платину для впаиваемых электродов.
Надо сказать, что платина — металл, который спаивается со стеклом с самым лучшим качеством из всех известных. Более того — платина может быть впаяна вообще во все виды стекол, кроме кварцевых, да и то — только потому, что температура размягчения кварцевого стекла выше температуры плавления платины.
Платина — благородный металл, она при разогреве не покрывается пленкой окислов и великолепно смачивается со стеклом.

Впаивание платиновой проволоки до 0.3 мм классифицируется как «крайне простое». Для этого берут стеклянную трубку, на конце которой делают круглое дно, в центре которого оттягивают иголку. Иголку обламывают до образования отверстия, куда пинцетом вставляют проволочку и размягчают стекло в месте впая. Осаждая размягченное стекло, добиваются плотного облегания проволоки стеклом.

Проволоку большего диаметра впаивают чуть сложнее — методом наматывания размягченной стеклянной палочки на платиновую проволоку. Подобным образом сейчас делают бусины ручной работы, только в случае с платиной она отлично прилипает к стеклу.

Но платина — металл дорогой. Поэтому рекомендуют использовать ее как можно меньше, только короткие кусочки в месте спая, а дальше приваривать к платине медный провод.
Это тоже не является проблемой даже в те времена.
Для этого конец медной проволоки расплавляют в узком и сильном пламени стеклодувной горелки до образования небольшого шарика-капли диаметром примерно в полтора раза больше диаметра проволоки. Сразу после получения шарика его соединяют с отрезком раскаленной платины и дают остыть. Не rocket science.

Ну что же, остался последний вопрос — состав стекла, оптимального для электровакуумных приборов.
Вообще, если делать размеры колб электронных ламп достаточно большими, то можно попробовать использовать стекло того времени, оно достаточно развито. По крайней мере свинцовый флинт варили с 1775 года. Но чтобы отмести всю критику, приготовим-ка боросиликатное стекло. Главным его отличием является замена щелочей на борный ангидрид B₂O₃. Это дает поразительный эффект — стекло приобретает малый коэффициент теплового расширения, резко увеличивается прочность и химическая стойкость. Посмотрим на составы боросиликатных стекол:

Нас тут интересует строчка «электровакуумное стекло». Видно, что из всех сложных компонент нам нужен только борный ангидрид. Что с его доступностью во времена Французской революции?

Чистый бор был получен Гей-Люссаком в 1808 году. Но он был получен из… борного ангидрида, который как раз и нужен для стекла!
Вообще природные соединения бора («бура») были известны с раннего средневековья. Она употреблялась для пайки металлов, в основном золота и серебра. В 1702 году Гомберг, прокаливая буру с железным купоросом получил борную кислоту, которую под названием «Успокоительной соли Гомберга» продавали в аптеках. Эта кислота при нагревании обезвоживается до борного ангидрида.

В общем, я не вижу никаких причин, почему нельзя сделать ламповый приемник для Наполеона — при этом используя фактически только те детали, которые уже существовали на тот момент.

Использованная литература:
С.Ф. Веселовский. Стеклодувное дело, 1952.
В.С. Зимин. Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физико-химического эксперимента. 1974.
И.И. Китайгородский. Технология стекла. Том 1. Технология стекломассы. 1939.
Э. Ангерер — Техника физического эксперимента. 1962.

Этот тип насоса использовали в своих работах Сведенборг (в 1772 году), Гейслер и Темплер (в 1858 году). И что самое интересное — такой насос позволяет достичь вакуума порядка [...]]]> Нам кажется, что вакуум научились получать сравнительно недавно и нашим предкам это было недоступно.
Тогда рассмотрим конструкцию ртутно-поршневого насоса, подобно которому пользовался еще Торичелли в 1643 году.

Этот тип насоса использовали в своих работах Сведенборг (в 1772 году), Гейслер и Темплер (в 1858 году). И что самое интересное — такой насос позволяет достичь вакуума порядка 10^-8 атмосферы. Этот тип насоса столетиями использовался учеными и сыграл громадную роль в исследованиях.

Принцип действия ртутно-поршневого насоса прост.

Сосуд с ртутью C, емкость которого должна быть хотя вы вдвое больше емкости А, поднимают наверх до тех пор, пока ртуть не заполнит емкость А, при этом она вытесняет оттуда воздух через капилляр В. Чтобы избежать заливания ртути в трубопровод, используют поплавок Е, всплывающий в ртути и запирающий трубу.

Теперь опустим сосуд С вниз, ртуть вытечет из емкости А и в нее поступит газ из откачиваемого сосуда.
Каждый подъем сосуда С длится около двух минут, столько же — опускание ртути. Работа производится вручную и достаточно трудоемка.
Скорость откачки… Ну, какая-то есть. Для достижения 25 х 10^-6 мм ртутного столба требовалось 300 минут (!).

При этом насос предъявляет требования к чистоте и сухости ртути (он ведь работает с ее поверхностью). Поэтому очень желательно сушить поступающий в насос газ.

По этому принципу строилось очень и очень много конструкций. В конце концов существовали автоматически действующие насосы Теплера, которые могли откачать 5 литров за 13 минут. То есть эта схема насоса при всех своих недостатках имеет очень широкое поле для улучшения параметров.
Можете полюбоваться, как выглядела одна из реальных конструкций простого насоса Теплера (картинка справа).

Недостаток такого насоса — наличие гибкой трубки.
Мало того, что у попаданца однозначно будут проблемы с материалом для нее, но еще и возникают проблемы с долговечностью такой конструкции. Сколько изгибаний выдержит такая трубка? А если она треснет, то сколько ртути прольется?

В 1865 году Шпренгель предложил немного другую конструкцию — не ртутно-поршневой, а ртутно-струйный насос.

Ртуть, собранная в сосуде А по трубке B капает из сопла D в трубку E. Трубка E — капиллярная для ртути, диаметром не более 1 мм и длиной около 80 см. Скорость вытекания ртути из сопла D регулируют так, чтобы ртуть в капилляре E разбивалась на капли. Капли  захватывают газ в образующиеся между ними разрывы.

Чтобы избежать испарения ртути, на ее поверхность наливают небольшое количество воды.

Недостатков у такого насоса много.

Во-первых — низкая производительность. Такой насос откачивает до 20 кубических сантиметров газа в секунду (речь не идет о литрах, как это происходит с другими насосами). Чтоб выкачать вакуум из сосуда в 0.4 литра требуется как минимум 30 минут.
И что самое неприятное — возможности увеличения производительности слабые, разве только поставить несколько таких насосов в параллель.
Поэтому желательно использовать предварительную откачку, для форвакуума подойдет водоструйный насос. Хотя желательно использовать вместо воды масло, это не только снизит давление, достигаемое струйным насосом, но и избавит от паров воды.

Во-вторых — работа с жидкой ртутью, которую необходимо переносить с нижнего сосуда в верхний, хотя тут можно найти альтернативу и поставить простейший ручной насос для ртути.

Но главное, чем подкупает схема Шпренгеля — это простотой конструкции. Не нужно ничего — только стеклодувное дело и ртуть. И высокий вакуум становится достижим!

Тут на ровном месте возникает сразу несколько проблем.

Во-первых, металл должен смачиваться стеклом. [...]]]> Как только гальваника начнет давать постоянный ток, то для ее использовании потребуются различные стеклянные инструменты с пропущенными через стекло электродами. Вроде задача несложная — ведь можно просто взять медный проводник и пока стекло горячее — проткнуть его насквозь.
Можно. Но не получится.

Тут на ровном месте возникает сразу несколько проблем.

Во-первых, металл должен смачиваться стеклом. Хорошо это происходит только в вакууме, что технически близко к невозможному. Поэтому подбираются металлы с оксидными пленками, смачиваемые стеклом.

Во-вторых, коэффициенты теплового расширения стекла должны быть подобраны одинаковые, иначе из-за внутренних напряжений в остывшем стекле все лопнет само по себе. Согласование спаев — реальная головная боль.

В-третьих сам процесс пропаивания, без пузырьков и микроотверстий. Это достигается правильными методами впаивания и просто «набиванием руки».

В-четвертых, отжиг полученного спая. Ведь стекло обязательно нужно отжигать, чтобы оно не было закаленным, иначе — внутренние напряжения и взрыв прибора в руках. Тут мешает то, что и нагреваются и охлаждаются металл и стекло по-разному. Решается несложно — медленное нагревание, долгая выдержка при температуре отжига и очень, очень медленное остывание — вплоть до суток.

Итак, подбираем металл.
Количество металлов, которые хорошо спаиваются и согласованы по термическому расширению, достаточно велико: вольфрам, молибден, платина, иридий…
Не знаю как кого, но меня этот список напрягает. Хотя бы золото в нем было — то еще ничего, но это…

Однако, замена есть. Замена называется «ковар» Ковар — это сплав, в котором 53% железа, 29% никеля и 18% кобальта. Единственное — спаивать ковар с другими металлами сложно. Паять нужно медью в бескислородной атмосфере, но зато пайка получается очень качественной.
Скажу сразу — платина, возможно, будет и получше, но нам-то в любом случае нужно массовое производство.

Итак, электроды сделали. Что дальше?
Дальше — очистка металла, шлифовка и полировка. Чем более гладкая поверхность — тем качественнее спай.
Обезжиривать спиртом.

Впаивать в восстановительной зоне пламени (то есть светящейся, но не самой яркой). Смотреть, чтобы ковар не переокислился (не стал черным) — это брак.
Обычно для спаивания используется метод обматывания, то есть нагревают тонкую стеклянную палочку и обматывают его вокруг электрода. Но это касается одиночного электрода. К счастью, ковар можно сплавлять со стеклом любыми из придуманных методов, что используется для производства радиоламп.
Как потом вплавить полученную конструкцию в тонкостенный сосуд, видно из картинки.

Ковар — сплав не из самых дешевых. Но если нам требуются электроды в стекле, то он самый дешевый из возможных.

Весь секрет можно увидеть в самом названии — «триплекс», то есть «тройной». [...]]]> Если мы получили качественное листовое стекло, то можно попытаться сделать триплекс.
Триплекс — это то стекло, которое ставится в автомобили. Оно много прочнее оконного, а при разрушении рассыпается кубиками без острых краев. И что самое интересное — секрет триплекса не в составе стекла…

Весь секрет можно увидеть в самом названии — «триплекс», то есть «тройной». Триплекс представляет собой два стекла, склеенные прозрачной полимерной пленкой, которая и является третьим слоем. Именно пленка не позволяет образоваться острым осколкам и именно она так распределяет внутренние нагрузки внутри стекла, что рукой разбить закрытое боковое стекло автомобиля может только Шварценеггер, да и то в роли Терминатора. Хотя для трещины достаточно острого камешка.

Так как нас интересуют не столько нерассыпающееся стекло, сколько прочностные характеристики, рассмотрим их ближе. В наше время по этому многослойному принципу делается пуленепробиваемое стекло. Конечно, триплексом его назвать уже нельзя — слоев в нем куда больше трех, стекло закаленное и термоупрочненное, а роль полимерной пленки играет поликарбонат или еще что посовременнее. С другой стороны — нам надо удержать не снаряд 30-мм пушки, а всего лишь арбалетный болт или мушкетную пулю.

Собственно, стекло у нас есть, а чем будем склеивать?
Возможностей достаточно много. Лучше всего — подходит любой прозрачный клей, который дает прочную пленку.
Но даже если мы возьмем прозрачную древесную смолу, то все равно это позволит так распределить усилия при ударе, что стрела не пролетит. Что конкретно использовать — зависит от времени, в котором оказался попаданец и требований к стеклопакету.

В наше время для склеивания триплекса используется ацетат целлюлозы.
Вещество само по себе очень пригождающееся, из него делают кино-фото-пленки, ацетатное волокно, пластмассы, лаки.
Для производства нужно всего несколько компонентов — сама целлюлоза (древесная или из хлопка), уксусная кислота (она в связанном состоянии составляет почти половину массы полученного ацетата), и серная кислота как катализатор.

К сожалению, этот процесс очень капризный. Причин много — тут и сложный состава сырья (которое у нас легко может меняться раз от раза) и то, что в процессе ацетилирования он может идти по нескольким химическим процессам, которые зависят от тонких свойств составов и температуры. То есть результат будет. Но вот какого качества и в каком количестве — никто не подскажет. Даже сейчас для этого используют эмпирические формулы, хотя впервые ацетат целлюлозы был получен в 1869-м году.
Но так как ацетат целлюлозы имеет слишком много применений, его техпроцесс я попытаюсь описать отдельной статьей.

Итак, склеив три-пять стекол даже рыбьим клеем, попаданец получит «стрелонепробиваемое» стекло. Конечно, толщина при этом получится немалая — никак не меньше четырех сантиметров. Да и ждать от него слишком высокой прозрачности не стоит. Однако, свои фунции оно выполнит — стрела в нем увязнет гарантировано.

Конечно, можно поступать так, как описано в статье про плоское зеркало. Но процесс этот без машинной обработки крайне трудоемок. А количество [...]]]> Если мы смогли наладить производство стекла, то возникает вопрос о формовании его в более-менее удобоваримую форму, кроме той, что дает стеклодувное дело. Как-то так получается, что эта форма — плоские листы стекла различной толщины…

Конечно, можно поступать так, как описано в статье про плоское зеркало. Но процесс этот без машинной обработки крайне трудоемок. А количество стекла для разных применений будет немалым.

Для начала, можно использовать метод, которым делали плоские стекла начиная с 13 века. Стекло выдували и плющили пузырь на некоем подобии гончарного круга. При вращении круга стекло под действием центробежной силы растекалось. Диаметр круга достигал полтора метра. Но при этом стекло к краям было куда толще, чем в центре. После остывания стекло нарезалось на требуемые куски. Но получалось стекло очень неравномерным, это видно на фото.

В общем, из достоинств у этого метода только одно — крайняя простота.
Однако, и этот процесс был засекречен. Процесс довели до ума французы в 1320-м году. Англичане же начиная с 1226 делали по-другому — там выдувался большой пузырь в цилиндрическую форму, горячий пузырь разрезался, только оставляя боковые стенки, которые разворачивали в плоский лист. Английское стекло было куда хуже качеством французского.
Со временем англичане усовершенствовали процесс — они выдували пузырь и размахивали им над ямой — пузырь вытягивался и приобретал близкую к цилиндру тонкостенную форму. Потом стекло охлаждалось, нагревалось еще раз и только потом разрезалось.

И так делалось до 19-го века, когда, наконец, смогли отливать стекло непрерывным потоком на вращающийся цилиндр, откуда стеклянная лента забиралось роликами. Но сейчас уже так не делают, сейчас используют флоат-процесс. И, как ни странно, именно его можно ввести попаданцу.

Изобретение это достаточно новое — первая линия для производства стекла флоат-процессом была запущена только в 1959-м году. Конечно, в условиях средневековья полноценное внедрение непрерывного литья будет невозможно, но саму идею можно использовать.

А идея такова — выливать стекло не на твердую металлическую поверхность и не на металлический барабан, а на поверхность расплавленного металла, как правило олова. В современных промышленных установках идет сплошная стеклянная лента, которую потом разрезают автоматы. Мы же можем просто вылить в ванночки требуемой формы.
Весь смысл процесса в том, что поверхность расплавленного олова абсолютно ровная и нижняя поверхность стекла также будет очень ровной, а верняя — почти ровная (неоднородности состава самого стекла помешают).

Итак — главная фишка в том, что стекло температурой около 1500°С выливают на расплавленное олово температурой 240°С. При этом, чтобы стекло оставалось пластичным, ему требуется хотя бы 370°С, то есть стекло можно снимать еще с жидкого олова и отливать следующий лист. То есть ни о каком непрерывном литье речи нет: одна ванночка — одно стекло. Зато сразу можно контролировать размер стекла, обрезков не будет.

Здесь есть несколько тонкостей.
Во-первых — требуется качественно проваренное стекло (а это в районе 2000°С), иначе будут комки.
Во-вторых — при разливе все равно нужно высокая температура, порядка 1500°С (современное стекло холоднее, где-то до 1100°С, но там состав сложнее)
В-третьих — при такой температуре со стеклом и оловом происходят нежелательные химические реакции, поэтому сейчас при флоат-процессе наддувают азотом, чтобы вокруг не было кислорода. Будут ли проблемы в кустарных условиях сказать не могу, нужны эксперименты.
Ну и в четвертых — это отжиг стекла. Наверное, один из важнейших процессов.
Если стекло слишком быстро остывает, оно закаляется и становится очень хрупким. Настолько хрупким, что взрывается само по себе из-за внутренних напряжений. Сейчас есть методы закалять только поверхность, и то, что называется «закаленным стеклом» именно такое, поверхностное.
Именно для того, чтобы избежать закалки в массе и применяют повторное нагревание.
Скорее всего для медленного остывания (отжига) потребуется строить отдельную печь.

Очень большим плюсом флоат-процесса будет то, что одна поверхность листа стекла будет ровной. Ровной настолько, что можно серебрить зеркало. Оно будет уступать зеркалу полированному (возьмите в руки лист оконного стекла и вам станет понятно почему), но все же зеркала небольшого размера из него делать будет очень просто.

Но в любом случае — флоат-процесс очень перспективно даже для Древнего Египта.

Чашка Петри была изобретена только в 1877 году, хотя микробиологические культуры выращивали задолго до нее. Но тогда они выращивались в объеме жидкости. Вода с питательным раствором перемешивалась, [...]]]> Что такое чашка Петри, представляют все. Даже в голливудских фильмах если показывают микробиологическую лабораторию — она там присутствует. Вещь примитивней некуда. Однако, она была придумана далеко не сразу.

Чашка Петри была изобретена только в 1877 году, хотя микробиологические культуры выращивали задолго до нее. Но тогда они выращивались в объеме жидкости. Вода с питательным раствором перемешивалась, непонятны были очаги роста, да и подсчитать количество микроорганизмов тоже было трудно.

Собственно, чашка Петри изобреталась в два этапа. Сначала пришла идея из объема сделать плоскость — то есть 3D превратить 2D. Но толку было немного — вода быстро высыхала, а когда ее было достаточно, то перемешивание не исключалось. Тогда и помог агар-агар, получаемый из водорослей, который уже тогда широко применялся в пищевой промышленности.

Собственно, без агар-агара чашка Петри бесполезна. Проводились опыты и желатином, но он для микроорганизмов оказался совсем некомфортным. На агар-агар наткнулись случайно, когда список загустителей уже закончился. Эффект превзошел все ожидания — в случае с агар-агаром не нужно было рассчитывать количество плавающих в жидкости микроорганизмов. Чтобы определить скорость роста и их количество достаточно было простой линейки!

Чашка Петри оказалась настолько же простой, насколько и эффективной, ее используют почти 150 лет без каких-либо изменений. Если попаданец начнет заниматься медициной до Пастера (а это придется сделать), то без чашки Петри ему не обойтись.

Зеркала были [...]]]> Ну вот, наладил попаданец производство стекла. Возможно даже — стекла оптического. А какой массовый продукт можно выпускать? Конечно же зеркало! Если оконное стекло или стеклянную посуду будут покупать исключительно богатые люди (у бедных есть чем заменить эти предметы), то зеркало заменить нечем. В древности фраза «книга-лучший подарок» была неверна. Зеркало — лучший подарок!

Зеркала были известны давно. Собственно, уже шимпанзе узнают свое отражение. Но в лужу смотреться неудобно, да и солнце в затылок. Поэтому с древности для зеркал полировали различные поверхности, чаще всего металлические. В древнем Египте уже были медные зеркала и бронзовые зеркала. То, что изображение было тусклым и окрашеным — это еще полбеды. Хуже то, что поверхность бронзы быстро окислялась и ее нужно было чистить каждый день, как солдатскую бляху в Советской Армии. Конечно, у фараона было кому его чистить, но каждая чистка — это снятие нескольких микронов толщины и насколько зеркала хватит — неизвестно (хотя древний Египет любил массивные вещи). Поэтому для фараона делали зеркала из серебра. Их тоже нужно было постоянно чистить, но изображение было поярче. Делали зеркала и из железа, на Руси она назывались «булатные».

Но мы имеем стекло — и поэтому будем делать зеркало стеклянным. Задача распадается на две подзадачи — создать ровный стеклянный лист и покрыть его с одной стороны металлическим отражающим слоем.

Итак — сначала стеклянный лист. Нужно сделать очень ровный железный стол с бортиками и вылить на него расплавленное стекло. Но зеркала из такого не получится — будет просто оконное стекло. Дело в том, что поверхность стекла застывает неровно — там куча мелких и не очень выпуклостей и вмятинок. Если сделать из такого стекла зеркало, то отражение будет ужасным. Оно даже не будет напоминать кривое зеркало из «комнаты смеха», размеры неровностей не так велики и нерегулярны. Поэтому зеркало нужно шлифовать. Делали это так — на один стеклянный лист клали другой, между ними насыпали песок и начинали елозить одним по другому. Если зеркало небольшое — работы часов на 30, а большое вообще фиг сделаешь.

Но после шлифовки мы имеем два листа матового стекла — песок не только срезал неровности, но и сделал стеклянную поверхность шероховатой. Нужно полировать. Для полировки нужны пасты подобные современной ГОИ и на конечном этапе — полировка войлоком. Это еще минимум 70 часов. То есть на небольшое зеркало — 100 часов работы. А стекло ведь материал хрупкий, возможен стеклобой, да и качество плавки раз от разу отличается… Вобщем, можно представить, сколько стоило стеклянное зеркало.

Собственно, стеклянный лист для зеркала полируют до сих пор, только механическим способом и поэтому очень быстро. Удастся ли попаданцу ввести в этот процесс механизацию зависит от общего состояния техники и того, насколько попаданец сможет технику развить. Но получение гладкого стекла — самый сложный этап, потому что он многократно усложняется при увеличении площади стеклянного листа.
Тут спасает флоат-процесс, когда стекло отливают на расплавленное олово, поверхность которого по определению ровная. Как для попаданца это критическое ноу-хау.

Теперь второй этап — нанесение зеркальной пленки. Начиная с 16 века для этого использовали амальгамму — сплав олова с ртутью. Я не знаю, как там у кого, но мне не хочется, чтобы у меня в комнате висела такая фигня, покрытая ртутью, пусть даже поверху ртуть замазана краской. Кроме того — такие зеркала были тусклыми.
Поэтому будем делать по-современному — покрывать зеркало серебром. К сожалению, для этого нужно кое-какая химическая промышленность.

Итак, реакция первая, школьная. Реакция так и называется — «серебряное зеркало». В колбу наливают 2-процентный раствор нитрата серебра AgNO₃ и подливают в него раствор аммиака до тех пор, пока образующийся вначале осадок не растворится в его избытке.
Потом берем обезжиренное алкоголем стекло, у него стекле делаются бортики и раствор наливается сверху как в ванночку, Всю эту конструкцию нижней частью опускают в емкость с водой, которую можно подогреть. В раствор очень осторожно (чтобы не выпали хлопья) добавляют формалин. Воду под стеклом подогревают (можно до кипения). Серебро из раствора оседает на стекле пленкой до микрона толщиной. После высыхания серебро нужно покрыть двумя слоями масляной краски, чтобы избежать окисления металлического слоя.

Сейчас на производстве покрывают другим способом. Стекло обрабатывают раствором хлорида олова SnCl₂ после этого стекло обливают опять-таки раствором нитрата серебра AgNO₃, содержащим сахар. Сахар восстанавливает соль серебра до металла а хлорид олова играет роль активатора процесса.
Второй метод предпочтителен, но для производства химикатов к нему нужно иметь две кислоты — соляную и азотную, а для первого процесса достаточно азотной (ну и формалин, естественно).

Вобщем понятно, что зеркало — совсем недешевая вещь, и возможно, что индейцы, радующиеся зеркальцам и стеклянным бусам были не настолько неправы…

Стекло получить, на [...]]]> Стекло — это одно из древнейших технологий, доступных человечеству. Первые стеклянные бусины, найденные в Месопотамии, имеют больше 5.5 тыс лет. И что самое интересное — стеклянное производство в Египте и Месопотамии развивалось параллельно и независимо — из-за разного сырья (и, вероятно, секретности). Нам для промышленности в любом случае придется развивать свое производство…

Стекло получить, на первый взгляд, несложно. Нужно два составляющих — песок и сода. Ну и нагреть их хотя бы до 950°С. Вот начиная с последнего и идут проблемы. Проблемы, сразу скажу, решаемые — даже для Древнего Египта. Стекло, конечно, будет невысокого качества — темное, мутное, с нитями разных плотностей (свилями), с пузырьками и частичками, упавшими в расплав. Это явно не оптическое стекло, но им можно пользоваться.

Итак, запускаем производство. Во-первых, нам нужен качественный песок — белый, мелкий, чистый. Его желательно прокалить для выжига органических примесей. Нужный песок с первого раза вряд ли удастся найти, скорее всего его придется везти издалека. В любом случае — это выяснится только опытным путем.
Соду использовать не будем. Во-первых — месторождений естественной соды очень мало, ее везли из Египта и в ней было большое количество соли, поэтому такое стекло обязательно проваривалось два раза. Мы используем известь — с ней проблем не было. Весь вопрос — в чистоте этой извести, наверняка придется сменить нескольких поставщиков. Песка нужно 70-75%, остальное — известь.

Стекло — аморфный материал, состоящий из большого количества химических соединений, он даже не имеет определенной точки плавления, стекло при повышении температуры постепенно размягчается и в какой-то момент его можно считать жидким. Но чтобы получить действительно жидкость, нужна температура около 2000°С. Современные виды стекол более легкоплавкие, но в то время их получить крайне сложно — из-за невозможности получить некоторые добавки и из-за присутствующих в сырье примесей.

Вообще, главная проблема с качеством стекла — это количество примесей.
Примесь глины делает стекло матово-белым. Примесь железа — бурым (пивные бутылки все видели?). Со стеклом ситуация абсолютно аналогична стали — до сих пор ищут новые рецепты состава стекла.

Одним из важных этапов является отжиг. Стекло нельзя просто так поставить остывать — оно станет закаленным и поэтому очень хрупким, с внутренними напряжениями — и будет разлетаться в пыль от малейшего удара. Сейчас уже умеют закалять стекло, но в те времена не получится, уж слишком точен техпроцесс. Поэтому охлаждают стекло несколько часов и понемножку. Чтобы это не вышло слишком быстро, приходится его подогревать (еще расход топлива).

Конечно, не все так просто. В начале 17 века в Англии (на тот момент самой продвинутой стране по производству стекла — из-за убегающих туда от религиозного преследования мастеров) случился кризис производства. Просто потому, что печи нечем было топить — все доступное топливо закончилось. Ситуация не единичная — в В 1747 г в России Сенат запретил использование стекольных и металлургических заводов вблизи Москвы, чтобы остановить массовую вырубку лесов на топливо.
Но именно тогда началась Техническая Революция, которая подсадила мир на каменный уголь, которым благополучно пользуемся до сих пор в ожидании следующей революции. Каменный уголь кроме недостатков (у него больше сажи и всяких вкраплений, которые могут попасть в стекло), имеет и один существенный плюс — температура варки стекла выросла. Поэтому если вы уже захотели запускать массированное производство — сначала нужно добыть уголь.

Просьба попаданцу помнить, что стекло, из-за отсутствия пластмасс в древности, является стратегическим материалом. Очень много из него делалось для промышленности и военного дела. Именно поэтому больше всего топлива потребляло производства железа и стекла. Поэтому конкуренты будут. И переманивать мастеров будут. И воровать технологии — в особенности.