صنعت شيشه

شيشه جزو مايعات است …
شيشه مايعي است سفت تمام مايعات جز هليوم که مايعي است بسيار روان مقداري نارواني دارند شيشه معمولي در ده اي اتاق آنقدر ناروان است که جريان آن را تنها با آزمايشات بسيار دقيق مي توان اندازه گرفت خواص مشهور شيشه نتيجه همين ساختمان مايعي آن است همه مي دانند که نارواني مايعات با

کاهش دما افزايش مي يابد اما بيشتر مايعات در دمايي که به نارواني شيشه مي رسند به حالت مايع نمي مانند. مايعات بسته به نوع مواد نشان هر کدام در دماي خاصي منجمد مي شوند به عبارت ديگر تغييراتي مشخص و ناپيوسته از مايع به جامد را طي مي کنند. خاصي منجمد مي شوند به عبارت ديگر تغييراتي مشخص و ناپيوسته از مايع به جامد را طي مي کنند . در سمت مانند زماني که آب يخ مي بندد اما شيشه را که سرد کنيم دستخوش چنين تغييراتي نمي شود بلکه بيش از پيش ناروان مي گردند تا به سفتي يک جسم جامد معمولي برسد. شيشه مايعي است که آنقدر سرد شده که منجمد نمي شود.
جامدات و مايعات:

اغلب جامدات از همچون ساختمان بطوري منظمي برخوردارند اما شيشه چنين نيست ساختمان دروني شيشه از بي نظمي برخوردار است که معمولاً در مايعات معمولي مشاهده مي شود شيشه در دماهايي که به اندازه کافي بالا باشد به سهولت آب جاري مي شود اما شيشه در دماي اتاق به سفتي يخ و ظاهراً مانند آن جامد است شيشه را هنگامي که سرد مي کنيم فقط بيش از بيش ناروان مي شود تا به ماده اي سفت و عملاً جامد تبديل مي گردد طوري که مي توان در زندگي روزمره از آن استفاده کرد شيشه معمولي از آن جا که دماي آن را از نقطه اي که جسم مي تواند متبلور شود (و گاهي هم مي شود) بسيار پايين تر آروده اند، مايعي است (جزو تافته) به اين معني که دماي آن را از نقطه انجماد تئوريکي اين پائين تر آورده اند در صورتي که خواص و ساختمان دروني خود در حالت مايع را همچنان حفظ کرده است.

* موادي که شيشه از آنها درست مي شود
دي اکسيد سيليکون (sio2) ماده اصلي بخش عظيمي از شيشه هاي معمولي است دي اکسيد سيليکون در طبيعت به صورت بلور خالص مانند کوارتز و کريستوبالت و به صورت ترکيباتي از تعداد کثيري از سيليکاتهاي معدني به وفور وجود دارند شن و ماسه درصد بالايي از دي اکسيد سيليکون دارند. نقطه ذوب بلورهاي خالص دي اکسيد سيليکون در حدود ۱۷۰۰ درجه سانتي گراد است بنابراين شيشه هايي از جنس sio2 خالص تقريباً از دماي c1700 به پايين به زير

نقطه انجماد مي رسند فرمول sio2 طبيعت دي اکسيد سيليکون را آنچنان که بايد و شايد نشان نمي دهد هر اتم سيليکون در حقيقت با ۴ اتم اکسيژن پيوند دارد و هر اتم اکسيژن ميان دو اتم سيليکون مشترک است از شيشه هايي که از جنس sio2 خالصند و به کوارتز گداخته يا سيليسي گداخته مشهورند در موارد حساسي استفاده مي شود اما دماي نرم شدن اين نوع شيشه آنقدر بالاست که در موارد معمولي نمي توان از آن استفاده کرد. Sio2 مايع در دماي لازم براي ذوب لانه هاي کوارتز (يعني c1700) کاملاً ناروان است و پيش از آنکه به زير نقطه انجماد و دماي c1300 برسد نارواني آن به موز ۱۰۱۲ پواز مي رسد و جسم در اين حالت آنقدر سفت است که نمي توان آن را بوسيله باد کردن يا قالبگيري شکل داد اما افزودن پاره اي از اکسيدهاي فلزي مانند سوادا (Na2) و آهک (cao)

نارواني sio2 (و دمايي را که براي ذوب مواد تشکيل دهنده آن لازم است) به سطحي پايين مي آورد که عملاً ميشود از آن استفاده کرد. در کارخانه موقعي روي شيشه کار مي کنند که نارواني آن به ميان ۱۰۳ تا ۱۰۶ پواز رسيده باشد و حوارت لازم براي شيشه هاي تجاري با ترکيب سودا با آهک و سيليس فقط ۶۰۰ الي ۷۰۰ درجه سانتي گراد است علاوه بر سيليکون تعدادي از عناصر وجود دارند که اکسيدها- سولفيدها- تلوريد ها و سليندهايشان، شيشه هاي غير آلي را مي سازند براي مثال مي توان از بورون، ژرمانيم- فسفر – واناديمه- آرستيک و زير کونيم نامه بود بعد از اينها نوبت مي رسد به اصطلاح واسطه ها از قبيل تيتانيو

م- روي- قلع- آلومينيوم- توريمه- برليوم- و کادميوم . از اکسيد اينها به تنهايي شيشه در سمت نمي شود بلکه اين اکسيدها با يکي از مواد اصلي شبکه شيشه اي پيوند برقرار مي کنند هم مواد اصلي سازنده شيشه و هم واسطه ها پيوند هاي قطبي پديد مي آورند و باعث محکم شدن ساختمان شيشه مي شوند از قبيل na2o و cao بلکه معمولاً نارواني شيشه را پايين مي آورند همچنين ويژگي هاي مطلوب شيشه اصلي از نظر شيميايي اپتيتکي و اقصتادي را

تشديد مي کنند. به ترتيب که از مواد اصلي سازنده شيشه به طرف واسطه ها و سپس تعديل کننده ها مي رويم استحکام پيوندها به طور منظم کاهش مي يابد.
لا اقل يک شيشه تک عنصري (شيشه اي که از يک عنصر تشکيل شده نه از يک جنس مرکب) را مي شناسيم، گوگرد مايع را چنانچه خيلي سرد کنيم در دماي اتاق به صورت شيشه اي لاستيکي و قابل کشش در خواهد آمد اما اين شيشه فقط تا يک حد متوسطي از ثبات برخوردار است و نسبتاً زود از حالت شيشه اي خارج مي شود.

خواص شيشه
خواص مکانيکي :
پيوند سيليکون- اکسيژن پيوندي است بسيار محکم و بنابراين شيشه بايد ماده محکمي باشد و در اساسي چنين هم هست رشته هاي نازک شيشه اي که تازه درست شده باشد وزني بيش از هفتاد هزار کيلوگرم بر سانتي متر مربع را تحمل مي کند اين رقم ۵ برابر مقاومت بهترين فولاد و مهمتر اينکه در برابر مقاومت تئوريک فولاد است اما وجود معايب و نواقعي تأثير عمده اي بر استحکام عملي مواد دارند چنين معايبي به ويژه معايب سطح جسم که باعث ترک برداشتن آن مي شوند استحکام واقعي شيشه معمولي را به کمتر از ۰٫۰۱ استحکام تئوريک آن که از روي قدرت پيوندهاي اتمي محاسبه شده مي رساند. دسته کم سه راه براي افزايش استحکام سودمند شيشه وجود دارد اول بر طرف کردن نواقص سطح شيشه که باعث ترک خوردگي آن مي شود دوم جلوگيري از اعمال نيروهاي کششي در سطح شيشه سوم جلوگيري از گسترش ترک خوردگي .

از همه اين روشها استفاده مي شود جلوگيري از گسترش ترکهاي ريز در سطح شيشه کار مقرون به صرفه اي نيست و در عوض شيشه را با لايه سفتي از ماده اي ديگر روکش مي کنند اين روکش شيشه را از آسيبهاي شيميايي و مکانيکي دور نگه مي دارد. ترک خوردگيهاي مزاحم از معايب سطح جسم ناشي مي شوند چنانچه سطح شيشه تحت فشار کششي قرار گيرد اين ترک خوردگيها به داخل شيشه سوايت مي کند. دومين طريقه براي استحکام بخشيدن به شيشه که به آن اشاره کرديم .

جلوگيي از قرار گرفتن سطح آن در معرض نيروي کششي است اگرچه اين روش يک کمي با معجزه شبيه است لااقل دو راه براي انجام آن وجود دارد و آن، سفت کردن حرارتي و شيميايي جسم است در طريقه سفت کردن حرارتي جسم را تا بالاتر از دماي تحول حرارت مي دهند و سپس سطح آن را به طور ناگهاني سرد مي کنند به اين ترتيب انقبافي آرايشي سطح شيشه متوقف مي شود اما داخل آن که هنوز سرد نشده به انقباض آراريشي خود ادامه مي دهد موقعي که جسم را سرد مي کنند. داخل آن هميشه در حال کشش و سطح آن در حال فشردگي خواهد بود طريقه سفت کردن شيميايي به اين ترتيب است که جسم داغ شيشه اي را در مجاورت نمکي که يونهاي درشت فلزي اش را با يونهاي ريزتر سطح شيشه مبادله کند.
قرار مي دهند بنابراين موقعي که شيشه را سرد مي کنند سطح آن نمي تواند به اندازه داخل آن انقباض پيدا کند شيشه سفت شده را پيش از آنکه ترک بردارد بايد آنقدر خم کرد که بر نيروي فشردگي سطح غلبه شود و سطح جسم مورد کشش قرار گيرد مقاومت اين نوع شيشه ها در برابر ضربه چهارالي ده برابر شيشه هاي سفت نشده است.
شفافيت :
براي خواننده جاي تعجب نيست که شفافيت شيشه از ساختمان اصلي آن به مثابه يک جسم مايع ناشي مي شود شفافيت، خاصيت عمومي مايعات است در صورتي که در ميان جامدات، شفافيت به ندرت يافت مي شود اما هر مايعي و در واقع هر شيشه اي شفاف نيست و ما بايد در اينجا نشان دهيم که شيشه شفاف با مايعات غير شفاف متفاوت است.
اما شيشه طول موجهاي ويژه اي از نور را جذب مي کند به همين دليل است که شيشه معمولي در واقع نسبت به طول موجهاي مادون قرمز و ماوراء بنفش واقع در دو سر طيف غير شفاف است شيشه هاي معمولي فاقد سيستم هاي انرژي اي که پذيرايي انرژيهاي گوناگون فوتونهاي نور مرئي باشند هستند هر چند که اين شيشه ها هم پرتوهاي مادون قرمز و هم پرتوهاي ماوراء بنفش را واقعاً جذب مي کنند اين که شيشه معمولي نور را جذب نمي کند نه به دليل خاصيت ذاتي آن بلکه به سبب انتخاب دقيق مواد براي توليد شيشه است وجود مقادير بسيار ناچيزي از پاره اي ناخالصيها در شيشه باعث رنگي يا مات شدن آن مي شود اکسيد آهن که به وجود آورنده رنگهاي سبز و قوه اي تيره است بيش از هر ناخالصي اي دردسر ايجاد مي کند البته موقعي که مي خواهند شيشه مخصوصاً رنگي باشد عمداً مقداري از ناخالصي هاي مناسب را به آن مي افزايند.
سپس شيشه معمولي نور را منعکس نمي نمايد همان گونه که نور مرئي را جذب نمي کند. شيشه سيليسي خالص ۵/۹۹ درصد sio2 دارد. از اين شيشه عمدتاً به خاطر کم بودن مقدار انبساط حرارتي آن و در حرارتهاي بالا و موقعي هم که بسيار خالص باشد بخاطر شفاف بودنش نسبت به قسمت عظيمي از طول موجهاي طيف الکترومغناطيسي و امواج صوتي استفاده مي شود شيشه سيلسي مقاومت خوبي از لحاظ شيميايي الکتريکي دارد. و عايقي است بسيار مقاوم.
شيشه سيليس ۹۶ درصد :
اجزاي اصلي اين شيشه عبارتند از ۹۶ درصد sio2 و ۳ درصد B2O3 اين نوع شيشه ويژگيهاي حرارتي خوبي دارد و هم از لحاظ کاربرد آن در دماهاي بالا و هم از نظر پايين بودن ضريب انبساط هيچ شيشه اي به پاي آن نمي رسد به غير از سيليس خاهي .