کیمیا1387
14th April 2010, 11:20 PM
مقدمه:
انسان حتی پیش از اینکه خود شیشه (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B4%DB%8C%D8%B4%D9%87+%D9%88+%D8 %A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9+%D8%A2%D9%86) بسازد، شیشه‌های طبیعی نظیر فولگوریت و کوارتز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D9%88%D8%A7%D8%B1%D8%AA%D8%B 2) را کشف نموده و از آنها در موارد گوناگون استفاده کرده است. کسی از نخستین شیشه‌گر چیزی نمی‌داند. تاریخ ساختن نخستین شیشه نیز معلوم نیست. بنابر یک داستان قدیمی ، فینیقی‌ها برحسب تصادف ، نخستین شیشه را ساخته‌اند. داستان ، روایت بر مسافران یک کشتی دارد که در سوریه لنگر انداخته بودند. آنها برای درست کردن اجاق ، چون سنگی نیافته بودند، از قطعه‌هایی از بار کشتی که پودر رختشویی بود، استفاده کرده بودند. هنگام پختن غذا ناگهان مشاهده کرده‌اند که در اثر حرارت اجاق ، قطعه‌های سود با شنهای دور خود ترکیب شده و به شیشه تبدیل شده‌اند. البته ما دلیلی بر درستی یا نادرستی این داستان نداریم. اکنون در موزه بریتانیا ، قدیمیترین ظرف شیشه‌ای را می‌توان دید که 70 سال پیش از میلاد در رم ساخته و پرداخته شده است. بعدها در سده‌های 11 و 12 میلادی ، مسلمانان در تکمیل هنر شیشه‌گری کوشیده‌اند.
در سده سیزدهم میلادی ، اروپائیان ، شیشه رنگی را ساختند و از آن ، جهت تزئین کلیساها استفاده کردند. اما در آن زمان ، یک وسیله شیشه‌ای ، حاصل مدتها تلاش و کوشش یک هنرمند بود و این کار دستی قیمت سرسام‌آوری داشت. تنها از اوایل سده نوزدهم است که ماشین شیشه‌سازی به روش فشردن ماده مذاب آن اختراع شد و وسایل گوناگون و ارزان‌قیمت شیشه‌ای متداول گردید.
نزدیك به 4000 سال قبل از میلاد مسیح، شیشه بیشتر به صورت دانه‌های تزئینی در خاورمیانه مورد استفاده قرار می‌گرفت. 1550 سال قبل از میلاد مسیح، ظرف‌های شیشه‌ای رنگی جهت پخت و پز و نوشیدن استفاده می‌شدند. همراه با انقلاب صنعتی، ساخت شیشه در مقیاس بزرگ شروع شد كه اوج آن ظرف‌های شیشه در قرن20 بوده ولی امروزه قیمت آن ارزانتر و مصرف آن بیشتر است و برای بسته‌بندی، تولید مواد و استفاده در پنجره و كاربردهای متنوع دیگری استفاده میشود.
شیشه سازی در ایران سابقه ای بسیار طولانی داره که به حدود بیش از ۲ هزار سال پیش از میلاد مسیح میرسد . کشف یک ظرف شیشه ای زرد رنگ صدفی با زینتی شبیه خطوط شکسته موج دار که در یکی از قبرستان های لرستان پیدا شده . یا گردن بند شیشه ای حاوی دانه های ابی رنگ متعلق به ۲۲۵۰ سال پیش از میلاد . که در کاوشهای باستان شناسی لرستان . شوش . حسنلو . به دست امده است . نشان میدهد که این صنعت در ایران سابقه ای طولانی دارد .
در نهایت یک نظریه و فرضیه از هرتسفلد . باستان شناس و ایران شناس معروف مبنی بر احتمال استفاده از شیشه و در حقیقت ( پنجره ) در شاهکار باستانی و تاریخی ایران یعنی تخت جمشید . همه را در بهت و حیرت فرو برد . مطلبی که بعدها باز هم از طرف گیرشمن فرانسوی تکرار شد .
کشف بطری های شیشه ای گردن دراز که دهانه ان با نقره مسدود شده بود و قالب های ساخت وسایل شیشه ای در نیشابور نشان میدهد . صنعت شیشه گری . اوایل رواج اسلام . پیشرفت قابل توجه ای داشته و به تدریج با رونق این صنعت در ایتالیا و به ویژه ونیز . راه زوال در پیش گرفت . که تا قرون هفدهم میلادی ادامه داشت و بعد از ان . دوباره صنعت شیشه سازی رونق گرفت و به دلیل مهارت خاص ایرانیان در رنگ امیزی شیشه . پیشرفت قابل ملاحظه ای داشت . غفلت و بی لیاقتی دولتمردان ان زمان باعث شد . ایران دوباره رنگ و بوی گلدان ها و ابریق های شیشه ای را از یاد ببرد .
امروزه نيز شيشه براي مصارف گونا گون از جمله پنجره سازي،ظروف و .... كاربرد وسيعي دارد .در اين مقاله مطالب گوناگوني در مورد شيشه و ساخت و انواع آن مي خوانيم.
دید کلی :
شیشه از نظر ساختمان مولکولی در حالت جامد آرایش مولکولی نامنظم دارد. در درجه حرارت‌های بالا ، شیشه مثل هر مایع دیگری رفتار می‌کند. اما با کاهش دما ، گرانروی آن بطور غیر عادی افزایش می‌یابد و باعث میشود مولکول‌ها (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%88%D9%84%DA%A9%D9%88%D9%8 4) نتوانند در آرایشی که لازمه کریستال شدن است، قرار گیرند. به این ترتیب شیشه از نظر ساختمان مولکولی مانند مایعات نامنظم است، ولی این ساختمان غیر منظم ، دیگر متحرک نیست.
شیشه جسمی سخت است که سختی آن در حدود 8 میباشد و همه اجسام بجز الماسه‌ها (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%B3) را خط می‌اندازد. وزن مخصوص شیشه 2.5 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و بسیار تُرد و شکننده است. شیشه در مقابل تمام مواد شیمیایی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%88%D8%A7%D8%AF+%D8%B4%DB% 8C%D9%85%DB%8C%D8%A7%DB%8C%DB%8C) حتی اسیدهای قوی و بازها مقاومت کرده و تحت تاثیر خورندگی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AE%D9%88%D8%B1%D8%AF%DA%AF%DB%8 C+%D9%81%D9%84%D8%B2%D8%A7%D8%AA) واقع نمیشود، به همین علت ظرف آزمایشگاهی را از شیشه می‌سازند. فقط اسید فلوئوریدریک (HF) بر آن اثر داشته و شیشه را در خود حل می‌نماید.
تاریخچه :
شیشه گری ، یکی از قدیمیترین حرفه‌هایی است که بشر بدان اشتغال داشته است. مصری‌ها سازنده اولین اشیای شیشه‌ای بوده‌اند که ظروف بدست آمده از حفاریهای مصر قدمت 5000 ساله دارد. رومیان نیز در فن شیشه گری مهارت داشته‌اند و در این صنعت از سایرین پیشرفته‌تر بودند. رونق شیشه سازی در نخستین ادوار تاریخ اسلامی صورت گرفته است، زیرا هنری بود که در مساجد و زیارتگاه‌ها و تزئینات مذهبی جلوه خاصی داشته و مورد استفاده قرار می‌گرفت.
در ایران نیز ساختن شیشه قدمت چند هزار ساله دارد. و نخستین واحد ماشینی تولید شیشه ساختمانی در ایران در سال 1340 شروع بکار کرد.
اجزای اصلی تشکیل دهنده شیشه :
با نگاه به جدول عناصر (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AC%D8%AF%D9%88%D9%84+%D8%AA%D9% 86%D8%A7%D9%88%D8%A8%DB%8C) ، کمتر عنصری را می‌توان یافت که از آن شیشه بدست نیاید، ولی سه ماده کربنات دو سود ، سنگ آهک و سیلیس ، مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه می‌باشند. مواد شیشه ساز مورد تایید موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران عبارتند از سیلیس (SiO2) ، دی‌اکسید بور (B2O3) ، پنتا اکسید فسفر (P2O5) که از هر کدام بتنهایی می‌توان شیشه تهیه نمود.
گدازآورها :
کربنات سدیم (Na2CO3) ، کربنات پتاسیم (K2CO3) و خرده شیشه ، سیلیکات سدیم و پتاسیم (Na2SiO3 , K2SiO3) که حاصل ترکیب سیلیس با گدازآورها می‌باشند، در آب حل میشوند و از شفافیت شیشه به تدریج کم میکنند. به همین علت است که اغلب شیشه‌های مصرف شده در گلخانه پس از چند سال کدر میشوند و نور (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%86%D9%88%D8%B1) از آنها بخوبی عبور نمی‌نماید.
تثبیت کننده‌ها:
براي مخلوط شدن بهتر مواد اصلي و ذوب کننده و همچنين جلوگيري از حل شدن شيشه در مواد مختلف از اين مواد استفاده مي کنند. کربنات کلسيم از رايج ترين مواد تثبيت کننده است و.برای آنکه مقاومت شیشه را در مقابل آب و هوا ثابت کنیم، باید اکسیدهای دو ظرفیتی باریم ، سرب (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B3%D8%B1%D8%A8) ، کلسیم (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D9%84%D8%B3%DB%8C%D9%85) ، منیزیم (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%86%DB%8C%D8%B2%DB%8C%D9%8 5) و روی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B1%D9%88%DB%8C) به مخلوط اضافه کنیم که به این عناصر ، ثابت کننده می‌گویند.
عناصر سفيد کننده :
براي خنثي کردن يک رنگ در خمير شيشه از رنگ ديگر استفاده مي کنند؛ مثلاً براي خنثي کردن قرمز از سبز استفاده مي کنند.
تصفیه کننده‌ها :
موجب کاستن حباب هوای موجود در شیشه میشوند و بر دو نوعند:
1. فیزیکی: سولفات سدیم (Na2SO4) ، کلرات سدیم (NaClO3). با ایجاد حباب‌های بزرگ حباب‌های کوچک را جذب و از شیشه مذاب خارج میکنند.
2. شیمیایی: املاح آرسنیک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D8%B1%D8%B3%D9%86%DB%8C%DA%A 9) و آنتیموان (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AA%DB%8C%D9%85%D9%8 8%D8%A7%D9%86) ترکیباتی ایجاد میکنند که حباب‌های کوچک داخل شیشه را از بین می‌برند.
تا اینجا به موادی اشاره کردیم که عدم وجودشان ، در مواد اولیه باعث از بین رفتن مرغوبیت کالا می‌شد. حال به چند ماده دیگر که به نوعی در تولید شیشه سهیم هستند، اشاره می‌کنیم.
افزودنیها :
1. استفاده از بوراکس به جای اکسید و کربنات سدیم (گدازآور) که در اثر حرارت به Na2O و B2O3 تجزیه میشود و در واقع بجای هر دو ماده عمل می‌کند.
2. استفاده از نیترات سدیم NaNo3برای از بین بردن رنگ سبز شیشه (ناشی از اکسید آهن که همراه مواد دیگر وارد کوره میشود.
3. استفاده از اکسید منگنز که باعث مقاومت بیشتر در مقابل عوامل جوی و شفاف‌تر شدن شیشه میشود.
4. استفاده از اکسید سرب PH3O4 , PbO به جای CaO برای ساختن شیشه‌های مرغوب بلور و کریستال که باعث درخشندگی شیشه میشوند.
5. برای ساختن کریستال مرغوب از اکسید نقره استفاده میکنند.
6. استفاده از فلدسپار که باعث مقاومت بهتر در مقابل مواد شیمیایی میشود.
7. برای اینکه شیشه در برابر اسید فلوئوریدریک هم مقاوم باشد، ترکیباتی از فسفات به آن می‌افزایند.
8. استفاده از خرده شیشه که به ذوب مواد سرعت بیشتری میدهد.
9. استفاده از اکسید فلزات برای تهیه شیشه‌های رنگی.
10. اکسید سزیم برای جذب اشعه زیر قرمز و اکسید بر برای ازدیاد مقاومت حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دو نمونه از عناصر تشکیل دهنده که عمومیت بیشتری دارند، در زیر ذکر میگردد.
· ترکیبات(1): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 74 تا 80 درصد و بقیه شامل پراکسید سدیم (NaO2) تا 15 درصد و اکسید کلسیم 7 تا 12 درصد اکسید منیزیم 2 تا 4 درصد و 2 درصد هم عناصر دیگر مانند Fe2O3 - MnO - Al2O3 - TiP2 - SiO3.
· ترکیبات (2): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 73 درصد ، اکسید سدیم 15 درصد ، اکسید کلسیم 5.55 درصد ، اکسید منیزیم 3.6 درصد ، اکسید آلومینیوم 1.5 درصد ، اکسید بور (B2O3) و اکسید پتاسیم( K2O) هر کدام 0.4 درصد ، اکسید آهن (Fe2O3) و اکسید سیلیسیم 6 ظرفیتی SiO3 هر کدام 0.3 درصد.
علاوه بر مواد فوق همیشه مقداری خرده شیشه نیز با این مواد وارد کوره میگردد.
- وسايلي که در کارگاه شيشه گري مورد استفاده قرار مي گيرد :
1. بوري (ميله دم) :
لوله توخالي و فولادي به طول 120 تا 150 سانتي متر و قطر 5/1 تا 2 سانتي متر است که براي برداشتن شيشه مذاب از داخل کوره به کار مي رود
2. . سنگ کار :
از جنس سنگ يا فلز بري گرم کردن مواد روي ميله دم استفاده مي شود.
3. قاشق چوبي :
به صورت ملاته گير که هميشه خيس است و نقش قالب را دارد.
4. دستگاه آب :
حوضچه فلزي مکعب مستطيل که داراي آب است
روشهاي ساخت شيشه :
· روش فوتي
· روش فوتي قالبي
· روش پرسي
روش توليد شيشه رنگي :
براي رنگي کردن شيشه، در خمير آن از اکسيدهاي فلزي به ترتيب زير استفاده مي کنند:
1. اکسيد آهن :
رنگ سبز روشن و تيره به دست مي آيد. همچنين با افزودن اکسيد کبالت به آن، آبي خيلي کمرنگ به وجود مي آيد.
2. اکسيد کرم :
رنگ سبز، زرد يا آبي سبز خواهد داد.
3.
اکسيد مس :
معمولاً رنگ سبز يا آبي سبز خواهد داد. در بعضي حالات نيز رنگ قرمز ايجاد مي کند.
روش آب گز کردن:
شيء شيشه اي ساخته شده را بعد از انبري کردن، در مقابل حرارت کوره قرار مي دهند تا کاملاً گداخته شود. سپس آن را وارد آب کرده، به سرعت خارج مي کنند. به اين ترتيب ترکهاي ريزي در بدنه پديد مي آيد سپس آن را در کوره حرارت مي دهند تا ترکها به هم جوش بخورد. بعد از آن به تمام کردن ساخت ظرف ادامه مي دهند.
قديمي ترين کار تکميلي و تزئين بر روي شيشه :
تراش شيشه است. در حال حاضر نيز تراش شيشه در کارگاههاي شيشه گري معمول است. براي تراش، شيشه را با ضخامت زياد و گاه دو پوست و سه پوست مي سازند و از چرخهاي سيليسي 20 تا 30 سانتيمتري تراشهاي مختلف استفاده مي کنند.
نقاشي روي شيشه :
اين کار به دو صورت سرد و گرم اجرا مي شود. براي نقاشي سرد از رنگهاي روغني بر روي شيشه هاي مات، شفاف يا رنگي استفاده مي کنند. در نقاشي گرم از لعابهاي رنگي شيشه اي با نقطه ذوب پائين استفاده مي کنند. پودر اين رنگها به طور عام وارداتي هستند. آنها را با تربانتين مخلوط کرده، با قلم مو روي شيشه نقاشي مي کنند. سپس کار نقاشي شده را به گرمخانه برده، حرارت مي دهند تا رنگ روي شيشه تثبيت شود.
انواع شیشه و کاربرد آنها :
شیشه به اشکال مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. در ساخت لوازم تزیینی مانند گل ، تابلو و غیره در ساختن ظروف آزمایشگاهی و یا ظروف آشپزخانه مانند لیوان ، بطری و غیره و بالاخره در ساختن شیشه‌های مسطح که در دو نوع ساده و مشجر عرضه میگردد و مصارف مختلفی دارد که عمده ترین کاربرد آن به عنوان در و پنجره در کارهای ساختمانی است که به شکلهای مختلف اعم از شیشه‌های شفاف ، نیمه شفاف و رنگی ، جاذب حرارت ، ایمنی ، دوجداره ، سکوریت و... وجود دارد.
همچنین در آینه سازی ، صنایع نشکن ، صنایع یخچال سازی ، میزهای شیشه‌ای ، انواع شیشه رومیزی و تیغه کاری ساختمان کاربرد دارد.
شیشه ضد آتش (پیرکس) :
همراه مواد اولیه این شیشه‌ها در مقابل حرارت ، مقاومت زیادی دارند، مقدار زیادی اکسید بوریک بکار می‌رود و سیلیس آنها از انواع شیشه‌های معمولی بیشتر است. معمولا از آنها به عنوان ظروف آزمایشگاه و آشپزخانه و یا در جلوی بخاری‌های دیواری و اجاقها استفاده می‌نماید.
شیشه مسطح :
این نوع شیشه را با اضافه نمودن توری فلزی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D9%84%D8%B2) در میان شیشه می‌سازند و بیشتر برای درهای ورودی ، کارگاهها ، موتورخانه‌ها ، آسانسورها و هر جایی که خطر شکستن و فروریختن شیشه وجود دارد، استفاده می‌نمایند.
شیشه دوجداره (مضاعف):
این نوع شیشه‌ها ، از دو لایه ساده و گاهی رنگی که به موازات یکدیگر قرار گرفته‌اند و لبه‌ها یا درزهای آنها هوابندی شده است و فضای بین آنها با مواد خشک کننده‌ای مانند سیلیکاژل ، پُر و یا در بعضی از موارد بین دو لایه ، خلاء ایجاد میشود. این نوع شیشه که عایق گرما ، سرما و صداست، در بسیاری از ساختمانها مانند فرودگاهها ، هتل‌ها و بیمارستانها بکار می‌رود.
شیشه سکوریت :
در این حالت ، شیشه مجددا تا حدود 700 درجه سانتی‌گراد حرارت داده و بعد بطور ناگهانی و تحت شرایط خاص و کنترل شده‌ای سرد میشود. این عمل باعث افزایش مقاومت شیشه (حدود 3 الی 5 برابر) در مقابل ضربه و نیز شوکهای حرارتی میگردد. این شیشه‌ها در صورت شکستن ، به ذرات ریز و مکعب شکل تقسیم میشوند که آسیب رسان نیستند. از این نوع شیشه در ویترین فروشگاهها ، درهای شیشه‌ای و پنجره‌های جانبی اتومبیلها استفاده میگردد.
شیشه نشکن :
این نوع شیشه‌ها شامل دو یا چند لایه شیشه‌اند که بوسیله ورقه‌هایی از نایلون (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%86%D8%A7%DB%8C%D9%84%D9%88%D9%8 6) شفاف تحت حرارت و فشار به هم متصل میشوند. همچنین بعضی از انواع شیشه‌های طلق‌دار به عنوان عایق صوتی ، جاذب حرارت ، کاهنده شفافیت و شیشه ایمنی بکار برده میشوند. وقتی که این شیشه‌ها می‌شکنند، خاصیت کشسانی نایلون مانع از پخش و پراکندگی ذرات شیشه میگردد.
از جمله کاربردهای این نوع شیشه‌ها در خودروها و ویترین مغازه‌هایی که اشیاء گرانقیمت می‌فروشند استفاده میگردد. ممکن است شیشه نشکن را از جنس شیشه سکوریت بسازند.
شیشه ضد گلوله :
از چند لایه شیشه سکوریت و یا نشکن ، شیشه ضد گلوله می‌سازند. در هنگام وارد شدن گلوله به داخل شیشه ، از نیروی آن کاسته و در میان شیشه متوقف میگردد.
شیشه انعکاسی (بازتابنده):
در این نوع شیشه‌ها ، یک سطح شیشه با یک پوشش منعکس کننده نور و حرارت از جنس فلز یا اکسید فلزی دارای این خاصیت پوشانده میشود. این نوع شیشه‌ها ، نور خورشید را منعکس میکنند و در کاهش حرارت و درخشندگی نور موثر هستند. اگر در روشنایی روز از بیرون به شیشه انعکاسی نگاه کنیم مشاهده می‌کینم که تصاویر اطراف را مانند آینه (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%DB%8C%D9%86%D9%87) باز می‌تاباند و اگر از داخل به بیرون نگاه کنیم، شیشه کاملا شفاف خواهد بود. شبها پدیده مذکور برعکس است. یعنی شیشه از خارج شفاف و از داخل مانند آینه است.
این شیشه با منعکس نور خورشید ، حرارت ناشی از تابش نور خورشید را بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش میدهد و در نتیجه ، باعث صرفه جویی در هزینه‌های احداث ، راه اندازی و نگهداری سیستمهای تهویه و تبدیل می‌شودسيليسي:
نوع اول
نوع اول به شیشه جلا داده شده معروف است. شفاف بوده ، دارای سطوح داخلی و خارجی صاف است. از آن ، به عنوان روکش ترموکوپلها در کوره‌های گازی و اجاق گازها استفاده میشود.
نوع دوم
نوع دوم دارای سطوح خارجی زبر و ناهموار است. در ساختمان کوره‌های الکتریکی بکار می‌رود و به شیشه‌های شنی معروف است.
نوع سوم
نوع سوم از گداختن شیشه‌های شنی بدست می‌آید. دارای سطوح خارجی و داخلی نسبتا صاف بوده ، برای انجام واکنش‌های شیمیایی و یا احتراقی در فشار جو یا تحت خلاء بکار می‌رود و به شیشه لعابدار معروف است.
نوع چهارم
شیشه‌های سیلیسی نوع چهارم دارای شفافیت زیاد در برابر نور مرئی و اشعه ماورای بنفش (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%B4%D8%B9%D9%87+%D9%81%D8% B1%D8%A7%D8%A8%D9%86%D9%81%D8%B4) و مادون قرمز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%B4%D8%B9%D9%87+%D9%85%D8% A7%D8%AF%D9%88%D9%86+%D9%82%D8%B1%D9%85%D8%B2) است. دارای قدرت مکانیکی و مقاومت شیمیایی بالاتری از شیشه‌های نیم شفاف است و برای کارهای تحت خلاء مورد استفاده قرار میگیرد. این شیشه به شیشه استاندارد و شفاف معروف است و بسیار گرانتر از سایر شیشه‌های سیلیسی است. شیشه سیلیسی نوع چهارم ، ترکیبی از سیلیس 5.96 % ، اکسید بور 3 % و اکسید آلومینیوم 0.5 % میباشد.
خواص شیشه‌های سیلیسی نوع چهارم
این شیشه در دمای 1520 شکل‌پذیر میشود و آنرا با چراغهایی که سوخت آنها هیدروژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%87%DB%8C%D8%AF%D8%B1%D9%88%DA%9 8%D9%86) همراه با گاز مایع (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D8%A7%D8%B2+%D8%B7%D8%A8%DB% 8C%D8%B9%DB%8C) است که بطور محسوس از ضریب انبساط شیشه‌های پیرکس کمتر و اندکی از ضریب انبساط سیلیس خالص بیشتر است. این شیشه ، استعداد تاباندن خوبی دارد و تا دمای را بدون تغییر شکل تحمل می‌کند و برای مواردی که نیاز به تحمل حرارت‌های بسیار بالا ضروری است، از این شیشه‌ها استفاده میشود.
کاربرد شیشه‌های سیلیس نوع چهارم
به‌دلیل شفافیت فوق‌العاده از این شیشه‌ها برای ساخت سلهای اندازه گیری طول موج (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B7%D9%88%D9%84+%D9%85%D9%88%D8% AC) ، دماغه موشک‌ها و شیشه‌های سفینه‌های فضایی استفاده میشود. این شیشه‌ها از لحاظ شیمیایی و فیزیکی بسیار مقاوم بوده ، استفاده از آن در کارهای معمول و متداول شیشه‌گری به‌دلیل گرانی مقرون به صرفه نیست.
شیشه سربی
با جانشین شدن اکسید سرب به جای اکسید کلسیم در شیشه مذاب ، شیشه سربی بدست می‌آید. این شیشه‌ها بدلیل برخورداری از ضریب شکست (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B6%D8%B1%DB%8C%D8%A8+%D8%B4%DA% A9%D8%B3%D8%AA) بالا و پراکندگی نور زیاد ، در کارهای نوری از اهمیت بسزایی برخوردارند. تاکنون میزان سرب (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B3%D8%B1%D8%A8) موجود در شیشه را به %92 نیز رسانده‌اند.
درخشندگی یک بلور (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A8%D9%84%D9%88%D8%B1) تراش داده شده خوب بدلیل مقدار زیاد سرب در ترکیب آن است. مقدار زیادی از این شیشه برای ساخت حباب لامپهای برق ، لامپهای نئون و رادیوترونها بدلیل مقاومت الکتریکی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%88%D9%85%D8%A A+%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9%DB%8C ) بالای آنها مورد استفاده قرار میگیرد. این شیشه برای ایجاد حفاظ در برابر پرتوهای اتمی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%AA%D9%85) نیز مفید است.
شیشه و علم امروزی ..
اخیرا در المان با استفاده از علم نانو . شیشه ای مخصوص شیشه های عینک و اتومبیل تولید شده که الودگی به ان جذب نمیشود . پروفسور هلموت اشمیت در شهر ساربروکن المان به این مهم پرداخته است .
اشمیت با همکاری همکاران . یک لایه حفاظتی ساخته که وقتی به سطح شیشه مالیده میشود و یا پاشیده میشود . نه فقط به روشنی و شفافیت شیشه اسیب نمیرساند بلکه به طور صد در صد مانع از ان میشود که کثافات و گرد و غبار جذب شیشه شوند . این لایه حفاظ که قطرش از یک دهم میلیمتر تجاوز نمیکند . از ریزترین اجزاء نانوئی ترکیب شده است و در حال حاظر به نام سول ژل معروف است .
طرز ساخت شيشه فتو كروميك :
شیشه های عینک فتو کرومیک یا شیشه های که با نور افتاب پررنگتر میشوند . دارای بلورهای ریزی از نمک . مس . و نقره محلول در سیلیس هستند . اتمهای این فلزات . بار الکتریکی مثبت دارند . زیرا یک الکترون را از دست داده اند . بلورها کوچکتر از انند که دیده شوند و مزاحمتی برای عبور نور به وجود بیاورند . بنا براین شیشه کاملا روشن و بی رنگ است . با این حال . هنگامی که شیشه عینک در معرض پرتو نورانی شدیدقرار میگیرد . پاره ای از اتمهای نقره یک الکترون از اتمهای مس را میربایند . صدها هزار اتم نقره وقتی به بار الکتریکی خنثی باز میگزدند . به صورت دانه های کوچک فلزی مجتمع میشوند و نور را جذب میکنند .
در این هنگام شیشه خاکستری رنگ میشود . هنگامی که شیشه دیگر نوری نمیگیرد یون های مس . الکترون خود را باز می یابند و نمک های نقره دوباره تشکیل میشوند . در این صورت شیشه عینک به حالت نخستین بی رنگ خود باز میگردد . از انجا که در طی عملیات هیچ اتمی از دست نرفته . شیشه ها میتوانند هزاران بار رنگی و بیرنگ شوند
خواص فيزيكي شيشه:
شيشه جامدي آمورف و معدني است كه از انجماد سريع ماده ي مذاب،بدون تبلور،در دماي اتاق حاصل مي شود. مواد جامد به دو شكل بلوري (كريستالي) يا آمورف(بي شكل) وجود دارند. اگر اتم ها يا مولكول هاي تشكيل دهنده ي ماده،آرايش منظمي داشته باشند،جامد بلوري و در غير اين صورت جامد آمورف هستند.خصوصيات فيزيكي شيشه ها را مي توان به صورت زير خلاصه كرد:
1. خواص نوري :مهم ترين خصوصيت شيشه،خواص نوري آن است. طيف نور خورشيد(نور سفيد)از سه بخش تشكيل شده است.بخش مادون قرمز يا فرو سرخ،بخش مريي،بخش فرابنفش(uv) ؛شيشه ها نسبت به نور مريي و مادون قرمز شفافند ولي اغلب در برابر فرا بنفش ماتند و قابليت عبور ندارند.مهمترين خواص نوري شيشه انعكاس،شكست،پراكندگي،جذب و عبور است.
2. ويسكوزيته يا نارواني:نشان دهنده ي ميزان سفتي مايعات است.مولكول هاي تشكيل دهنده ي مايع به دليل داشتن اصطكاك دوني دارا ميزان مشخصي از ويسكوزيته يا نارواني هستند.شيشه نيز در دماهاي مختلف،داراي ميزان ويسكوزيته هاي مختلفي است.بديهي است كه با افزايش دما ويسكوزيته كم مي شود و خمير شيشه سيالت بيش تري پيدا مي كند.واحد ويسكوزيته پو آز است.
3. تبلور:اگر شيشه ها را به مدت طولاني در دماي مناسب حرارت دهيم،متبلور مي شوند. در بين اكسيد ها،اكسيد بور(B2O3) و در بين سيليكات ها،فلدسپارپتاسيك(K2O,AL2O3,6SiO2) قابليت تبلور ندارند.اخيرا در دسته اي از شيشه ها به طور عمدي تبلور ايجاد مي كنند كه به گروه شيشه – سراميك مشهورند.
4. هدايت الكتريكي:شيشه ها در حالت جامد عايق هاي خوبي هستند،در حالي كه در حالت مذاب هادي الكتريسيته هستند.بنابراين مذاب شيشه را مي توان با عبور مستقيم جريان الكتريسيته حرارت داد.ولي مشكل اين است كه هدايت الكتريكي در شيشه ها از نوع الكترو ليتي است.يعني جريان الكتريسيته به وسيله ي يون ها(ذرات داراي بار الكتريكي منفي يا مثبت)برقرار مي شود.بنابراين حرارت دادن شيشه با جريان مستقيم الكتريسيته باعث جدايي يون ها و در نتيجه تغيير ساختار شيشه مي شود.براي رفع اين مشكل مي توان از جريان متناوب (برق شهر a.c) استفاده كرد.
خواص مكانيكي شيشه:
از نظر تئوري و در حالت ايده آل،رشته هاي بي عيب شيشه،تنشي را تحمل مي كنند،كه بيش از 5 برابر فولاد است. اما معايب و نواقص سطحي تاثير عمده اي بر خواص مكانيكي شيشه ها دارد.اين معايب باعث تمركز تنش وارده و در نتيجه ترك خوردن شيشه مي شود و مقاومت واقعي را به100/1 مقاومت در حال ايده آل،كاهش مي دهد.از آن جايي كه شيشه،ساختاري يكنواخت دارد،خواص آن در جهات مختلف يكسان است.چنين ماده اي ايزوتوپ نيز خوانده مي شود.بنابراين به محض ترك خوردن،مي شكند.براي جلوگيري از ترك خوردن شيشه،سطح آن بايد كاملا صيقلي و عاري از هر گونه عيب باشد.
تاب فشاري:
شيشه بين 60 تا 120 و تاب كششي آن بين 30 تا 90 نيوتن بر ميلي متر مربع است.مقاومت شيشه با ضخامت و جنس آن ارتباط مستقيم دارد كه ضخامت شيشه را بر حسب ابعادش انتخاب مي نمايند.شيشه هايي كه در پنجره هاي ساختماني به كار مي آيند از 2 تا 8 ميلي متر ضخامت دارند.در شرايط خاص از شيشه هاي ضخيم تر و ا نوع خاص بهره مي گيرند.
سختي: سختي شيشه 6 تا 7 است،از اين رو شيشه ها را با الماس خط مي اندازند و سپس جدا مي كنند.
مقاومت در برابر حرارت : حرارت بالا باعث ايجاد تنش و شكستن شيشه مي شود.به همين دليل شيشه هاي ضد آتش مي سازند.
smilee_new2 (24)منابع
سايت رشد www.daneshnameh.roshd.ir (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B4%DB%8C%D8%B4%D9%87+%D8%B3%DB% 8C%D9%84%DB%8C%D8%B3%DB%8C+%DB%8C%D8%A7+%DA%A9%D9% 88%D8%A7%D8%B1%D8%AA%D8%B2%DB%8C)
سايت ويكي پديا
سايت تالار نيك صالحي
سايت روزنامه ي همشهري/پري دهقان پور
/كامران عطاييwww.dreamcast.blogfa.com سايت
كتاب : خواص مواد/افشين مير حسيني
كتاب مصالح و ساختمان/ سام فروتني
انسان حتی پیش از اینکه خود شیشه (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B4%DB%8C%D8%B4%D9%87+%D9%88+%D8 %A7%D9%86%D9%88%D8%A7%D8%B9+%D8%A2%D9%86) بسازد، شیشه‌های طبیعی نظیر فولگوریت و کوارتز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D9%88%D8%A7%D8%B1%D8%AA%D8%B 2) را کشف نموده و از آنها در موارد گوناگون استفاده کرده است. کسی از نخستین شیشه‌گر چیزی نمی‌داند. تاریخ ساختن نخستین شیشه نیز معلوم نیست. بنابر یک داستان قدیمی ، فینیقی‌ها برحسب تصادف ، نخستین شیشه را ساخته‌اند. داستان ، روایت بر مسافران یک کشتی دارد که در سوریه لنگر انداخته بودند. آنها برای درست کردن اجاق ، چون سنگی نیافته بودند، از قطعه‌هایی از بار کشتی که پودر رختشویی بود، استفاده کرده بودند. هنگام پختن غذا ناگهان مشاهده کرده‌اند که در اثر حرارت اجاق ، قطعه‌های سود با شنهای دور خود ترکیب شده و به شیشه تبدیل شده‌اند. البته ما دلیلی بر درستی یا نادرستی این داستان نداریم. اکنون در موزه بریتانیا ، قدیمیترین ظرف شیشه‌ای را می‌توان دید که 70 سال پیش از میلاد در رم ساخته و پرداخته شده است. بعدها در سده‌های 11 و 12 میلادی ، مسلمانان در تکمیل هنر شیشه‌گری کوشیده‌اند.
در سده سیزدهم میلادی ، اروپائیان ، شیشه رنگی را ساختند و از آن ، جهت تزئین کلیساها استفاده کردند. اما در آن زمان ، یک وسیله شیشه‌ای ، حاصل مدتها تلاش و کوشش یک هنرمند بود و این کار دستی قیمت سرسام‌آوری داشت. تنها از اوایل سده نوزدهم است که ماشین شیشه‌سازی به روش فشردن ماده مذاب آن اختراع شد و وسایل گوناگون و ارزان‌قیمت شیشه‌ای متداول گردید.
نزدیك به 4000 سال قبل از میلاد مسیح، شیشه بیشتر به صورت دانه‌های تزئینی در خاورمیانه مورد استفاده قرار می‌گرفت. 1550 سال قبل از میلاد مسیح، ظرف‌های شیشه‌ای رنگی جهت پخت و پز و نوشیدن استفاده می‌شدند. همراه با انقلاب صنعتی، ساخت شیشه در مقیاس بزرگ شروع شد كه اوج آن ظرف‌های شیشه در قرن20 بوده ولی امروزه قیمت آن ارزانتر و مصرف آن بیشتر است و برای بسته‌بندی، تولید مواد و استفاده در پنجره و كاربردهای متنوع دیگری استفاده میشود.
شیشه سازی در ایران سابقه ای بسیار طولانی داره که به حدود بیش از ۲ هزار سال پیش از میلاد مسیح میرسد . کشف یک ظرف شیشه ای زرد رنگ صدفی با زینتی شبیه خطوط شکسته موج دار که در یکی از قبرستان های لرستان پیدا شده . یا گردن بند شیشه ای حاوی دانه های ابی رنگ متعلق به ۲۲۵۰ سال پیش از میلاد . که در کاوشهای باستان شناسی لرستان . شوش . حسنلو . به دست امده است . نشان میدهد که این صنعت در ایران سابقه ای طولانی دارد .
در نهایت یک نظریه و فرضیه از هرتسفلد . باستان شناس و ایران شناس معروف مبنی بر احتمال استفاده از شیشه و در حقیقت ( پنجره ) در شاهکار باستانی و تاریخی ایران یعنی تخت جمشید . همه را در بهت و حیرت فرو برد . مطلبی که بعدها باز هم از طرف گیرشمن فرانسوی تکرار شد .
کشف بطری های شیشه ای گردن دراز که دهانه ان با نقره مسدود شده بود و قالب های ساخت وسایل شیشه ای در نیشابور نشان میدهد . صنعت شیشه گری . اوایل رواج اسلام . پیشرفت قابل توجه ای داشته و به تدریج با رونق این صنعت در ایتالیا و به ویژه ونیز . راه زوال در پیش گرفت . که تا قرون هفدهم میلادی ادامه داشت و بعد از ان . دوباره صنعت شیشه سازی رونق گرفت و به دلیل مهارت خاص ایرانیان در رنگ امیزی شیشه . پیشرفت قابل ملاحظه ای داشت . غفلت و بی لیاقتی دولتمردان ان زمان باعث شد . ایران دوباره رنگ و بوی گلدان ها و ابریق های شیشه ای را از یاد ببرد .
امروزه نيز شيشه براي مصارف گونا گون از جمله پنجره سازي،ظروف و .... كاربرد وسيعي دارد .در اين مقاله مطالب گوناگوني در مورد شيشه و ساخت و انواع آن مي خوانيم.
دید کلی :
شیشه از نظر ساختمان مولکولی در حالت جامد آرایش مولکولی نامنظم دارد. در درجه حرارت‌های بالا ، شیشه مثل هر مایع دیگری رفتار می‌کند. اما با کاهش دما ، گرانروی آن بطور غیر عادی افزایش می‌یابد و باعث میشود مولکول‌ها (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%88%D9%84%DA%A9%D9%88%D9%8 4) نتوانند در آرایشی که لازمه کریستال شدن است، قرار گیرند. به این ترتیب شیشه از نظر ساختمان مولکولی مانند مایعات نامنظم است، ولی این ساختمان غیر منظم ، دیگر متحرک نیست.
شیشه جسمی سخت است که سختی آن در حدود 8 میباشد و همه اجسام بجز الماسه‌ها (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%A7%D8%B3) را خط می‌اندازد. وزن مخصوص شیشه 2.5 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و بسیار تُرد و شکننده است. شیشه در مقابل تمام مواد شیمیایی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%88%D8%A7%D8%AF+%D8%B4%DB% 8C%D9%85%DB%8C%D8%A7%DB%8C%DB%8C) حتی اسیدهای قوی و بازها مقاومت کرده و تحت تاثیر خورندگی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AE%D9%88%D8%B1%D8%AF%DA%AF%DB%8 C+%D9%81%D9%84%D8%B2%D8%A7%D8%AA) واقع نمیشود، به همین علت ظرف آزمایشگاهی را از شیشه می‌سازند. فقط اسید فلوئوریدریک (HF) بر آن اثر داشته و شیشه را در خود حل می‌نماید.
تاریخچه :
شیشه گری ، یکی از قدیمیترین حرفه‌هایی است که بشر بدان اشتغال داشته است. مصری‌ها سازنده اولین اشیای شیشه‌ای بوده‌اند که ظروف بدست آمده از حفاریهای مصر قدمت 5000 ساله دارد. رومیان نیز در فن شیشه گری مهارت داشته‌اند و در این صنعت از سایرین پیشرفته‌تر بودند. رونق شیشه سازی در نخستین ادوار تاریخ اسلامی صورت گرفته است، زیرا هنری بود که در مساجد و زیارتگاه‌ها و تزئینات مذهبی جلوه خاصی داشته و مورد استفاده قرار می‌گرفت.
در ایران نیز ساختن شیشه قدمت چند هزار ساله دارد. و نخستین واحد ماشینی تولید شیشه ساختمانی در ایران در سال 1340 شروع بکار کرد.
اجزای اصلی تشکیل دهنده شیشه :
با نگاه به جدول عناصر (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%AC%D8%AF%D9%88%D9%84+%D8%AA%D9% 86%D8%A7%D9%88%D8%A8%DB%8C) ، کمتر عنصری را می‌توان یافت که از آن شیشه بدست نیاید، ولی سه ماده کربنات دو سود ، سنگ آهک و سیلیس ، مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه می‌باشند. مواد شیشه ساز مورد تایید موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران عبارتند از سیلیس (SiO2) ، دی‌اکسید بور (B2O3) ، پنتا اکسید فسفر (P2O5) که از هر کدام بتنهایی می‌توان شیشه تهیه نمود.
گدازآورها :
کربنات سدیم (Na2CO3) ، کربنات پتاسیم (K2CO3) و خرده شیشه ، سیلیکات سدیم و پتاسیم (Na2SiO3 , K2SiO3) که حاصل ترکیب سیلیس با گدازآورها می‌باشند، در آب حل میشوند و از شفافیت شیشه به تدریج کم میکنند. به همین علت است که اغلب شیشه‌های مصرف شده در گلخانه پس از چند سال کدر میشوند و نور (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%86%D9%88%D8%B1) از آنها بخوبی عبور نمی‌نماید.
تثبیت کننده‌ها:
براي مخلوط شدن بهتر مواد اصلي و ذوب کننده و همچنين جلوگيري از حل شدن شيشه در مواد مختلف از اين مواد استفاده مي کنند. کربنات کلسيم از رايج ترين مواد تثبيت کننده است و.برای آنکه مقاومت شیشه را در مقابل آب و هوا ثابت کنیم، باید اکسیدهای دو ظرفیتی باریم ، سرب (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B3%D8%B1%D8%A8) ، کلسیم (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%A9%D9%84%D8%B3%DB%8C%D9%85) ، منیزیم (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%86%DB%8C%D8%B2%DB%8C%D9%8 5) و روی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B1%D9%88%DB%8C) به مخلوط اضافه کنیم که به این عناصر ، ثابت کننده می‌گویند.
عناصر سفيد کننده :
براي خنثي کردن يک رنگ در خمير شيشه از رنگ ديگر استفاده مي کنند؛ مثلاً براي خنثي کردن قرمز از سبز استفاده مي کنند.
تصفیه کننده‌ها :
موجب کاستن حباب هوای موجود در شیشه میشوند و بر دو نوعند:
1. فیزیکی: سولفات سدیم (Na2SO4) ، کلرات سدیم (NaClO3). با ایجاد حباب‌های بزرگ حباب‌های کوچک را جذب و از شیشه مذاب خارج میکنند.
2. شیمیایی: املاح آرسنیک (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D8%B1%D8%B3%D9%86%DB%8C%DA%A 9) و آنتیموان (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%D9%86%D8%AA%DB%8C%D9%85%D9%8 8%D8%A7%D9%86) ترکیباتی ایجاد میکنند که حباب‌های کوچک داخل شیشه را از بین می‌برند.
تا اینجا به موادی اشاره کردیم که عدم وجودشان ، در مواد اولیه باعث از بین رفتن مرغوبیت کالا می‌شد. حال به چند ماده دیگر که به نوعی در تولید شیشه سهیم هستند، اشاره می‌کنیم.
افزودنیها :
1. استفاده از بوراکس به جای اکسید و کربنات سدیم (گدازآور) که در اثر حرارت به Na2O و B2O3 تجزیه میشود و در واقع بجای هر دو ماده عمل می‌کند.
2. استفاده از نیترات سدیم NaNo3برای از بین بردن رنگ سبز شیشه (ناشی از اکسید آهن که همراه مواد دیگر وارد کوره میشود.
3. استفاده از اکسید منگنز که باعث مقاومت بیشتر در مقابل عوامل جوی و شفاف‌تر شدن شیشه میشود.
4. استفاده از اکسید سرب PH3O4 , PbO به جای CaO برای ساختن شیشه‌های مرغوب بلور و کریستال که باعث درخشندگی شیشه میشوند.
5. برای ساختن کریستال مرغوب از اکسید نقره استفاده میکنند.
6. استفاده از فلدسپار که باعث مقاومت بهتر در مقابل مواد شیمیایی میشود.
7. برای اینکه شیشه در برابر اسید فلوئوریدریک هم مقاوم باشد، ترکیباتی از فسفات به آن می‌افزایند.
8. استفاده از خرده شیشه که به ذوب مواد سرعت بیشتری میدهد.
9. استفاده از اکسید فلزات برای تهیه شیشه‌های رنگی.
10. اکسید سزیم برای جذب اشعه زیر قرمز و اکسید بر برای ازدیاد مقاومت حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دو نمونه از عناصر تشکیل دهنده که عمومیت بیشتری دارند، در زیر ذکر میگردد.
· ترکیبات(1): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 74 تا 80 درصد و بقیه شامل پراکسید سدیم (NaO2) تا 15 درصد و اکسید کلسیم 7 تا 12 درصد اکسید منیزیم 2 تا 4 درصد و 2 درصد هم عناصر دیگر مانند Fe2O3 - MnO - Al2O3 - TiP2 - SiO3.
· ترکیبات (2): اکسید سیلیسیم (SiO2) در حدود 73 درصد ، اکسید سدیم 15 درصد ، اکسید کلسیم 5.55 درصد ، اکسید منیزیم 3.6 درصد ، اکسید آلومینیوم 1.5 درصد ، اکسید بور (B2O3) و اکسید پتاسیم( K2O) هر کدام 0.4 درصد ، اکسید آهن (Fe2O3) و اکسید سیلیسیم 6 ظرفیتی SiO3 هر کدام 0.3 درصد.
علاوه بر مواد فوق همیشه مقداری خرده شیشه نیز با این مواد وارد کوره میگردد.
- وسايلي که در کارگاه شيشه گري مورد استفاده قرار مي گيرد :
1. بوري (ميله دم) :
لوله توخالي و فولادي به طول 120 تا 150 سانتي متر و قطر 5/1 تا 2 سانتي متر است که براي برداشتن شيشه مذاب از داخل کوره به کار مي رود
2. . سنگ کار :
از جنس سنگ يا فلز بري گرم کردن مواد روي ميله دم استفاده مي شود.
3. قاشق چوبي :
به صورت ملاته گير که هميشه خيس است و نقش قالب را دارد.
4. دستگاه آب :
حوضچه فلزي مکعب مستطيل که داراي آب است
روشهاي ساخت شيشه :
· روش فوتي
· روش فوتي قالبي
· روش پرسي
روش توليد شيشه رنگي :
براي رنگي کردن شيشه، در خمير آن از اکسيدهاي فلزي به ترتيب زير استفاده مي کنند:
1. اکسيد آهن :
رنگ سبز روشن و تيره به دست مي آيد. همچنين با افزودن اکسيد کبالت به آن، آبي خيلي کمرنگ به وجود مي آيد.
2. اکسيد کرم :
رنگ سبز، زرد يا آبي سبز خواهد داد.
3.
اکسيد مس :
معمولاً رنگ سبز يا آبي سبز خواهد داد. در بعضي حالات نيز رنگ قرمز ايجاد مي کند.
روش آب گز کردن:
شيء شيشه اي ساخته شده را بعد از انبري کردن، در مقابل حرارت کوره قرار مي دهند تا کاملاً گداخته شود. سپس آن را وارد آب کرده، به سرعت خارج مي کنند. به اين ترتيب ترکهاي ريزي در بدنه پديد مي آيد سپس آن را در کوره حرارت مي دهند تا ترکها به هم جوش بخورد. بعد از آن به تمام کردن ساخت ظرف ادامه مي دهند.
قديمي ترين کار تکميلي و تزئين بر روي شيشه :
تراش شيشه است. در حال حاضر نيز تراش شيشه در کارگاههاي شيشه گري معمول است. براي تراش، شيشه را با ضخامت زياد و گاه دو پوست و سه پوست مي سازند و از چرخهاي سيليسي 20 تا 30 سانتيمتري تراشهاي مختلف استفاده مي کنند.
نقاشي روي شيشه :
اين کار به دو صورت سرد و گرم اجرا مي شود. براي نقاشي سرد از رنگهاي روغني بر روي شيشه هاي مات، شفاف يا رنگي استفاده مي کنند. در نقاشي گرم از لعابهاي رنگي شيشه اي با نقطه ذوب پائين استفاده مي کنند. پودر اين رنگها به طور عام وارداتي هستند. آنها را با تربانتين مخلوط کرده، با قلم مو روي شيشه نقاشي مي کنند. سپس کار نقاشي شده را به گرمخانه برده، حرارت مي دهند تا رنگ روي شيشه تثبيت شود.
انواع شیشه و کاربرد آنها :
شیشه به اشکال مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. در ساخت لوازم تزیینی مانند گل ، تابلو و غیره در ساختن ظروف آزمایشگاهی و یا ظروف آشپزخانه مانند لیوان ، بطری و غیره و بالاخره در ساختن شیشه‌های مسطح که در دو نوع ساده و مشجر عرضه میگردد و مصارف مختلفی دارد که عمده ترین کاربرد آن به عنوان در و پنجره در کارهای ساختمانی است که به شکلهای مختلف اعم از شیشه‌های شفاف ، نیمه شفاف و رنگی ، جاذب حرارت ، ایمنی ، دوجداره ، سکوریت و... وجود دارد.
همچنین در آینه سازی ، صنایع نشکن ، صنایع یخچال سازی ، میزهای شیشه‌ای ، انواع شیشه رومیزی و تیغه کاری ساختمان کاربرد دارد.
شیشه ضد آتش (پیرکس) :
همراه مواد اولیه این شیشه‌ها در مقابل حرارت ، مقاومت زیادی دارند، مقدار زیادی اکسید بوریک بکار می‌رود و سیلیس آنها از انواع شیشه‌های معمولی بیشتر است. معمولا از آنها به عنوان ظروف آزمایشگاه و آشپزخانه و یا در جلوی بخاری‌های دیواری و اجاقها استفاده می‌نماید.
شیشه مسطح :
این نوع شیشه را با اضافه نمودن توری فلزی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%81%D9%84%D8%B2) در میان شیشه می‌سازند و بیشتر برای درهای ورودی ، کارگاهها ، موتورخانه‌ها ، آسانسورها و هر جایی که خطر شکستن و فروریختن شیشه وجود دارد، استفاده می‌نمایند.
شیشه دوجداره (مضاعف):
این نوع شیشه‌ها ، از دو لایه ساده و گاهی رنگی که به موازات یکدیگر قرار گرفته‌اند و لبه‌ها یا درزهای آنها هوابندی شده است و فضای بین آنها با مواد خشک کننده‌ای مانند سیلیکاژل ، پُر و یا در بعضی از موارد بین دو لایه ، خلاء ایجاد میشود. این نوع شیشه که عایق گرما ، سرما و صداست، در بسیاری از ساختمانها مانند فرودگاهها ، هتل‌ها و بیمارستانها بکار می‌رود.
شیشه سکوریت :
در این حالت ، شیشه مجددا تا حدود 700 درجه سانتی‌گراد حرارت داده و بعد بطور ناگهانی و تحت شرایط خاص و کنترل شده‌ای سرد میشود. این عمل باعث افزایش مقاومت شیشه (حدود 3 الی 5 برابر) در مقابل ضربه و نیز شوکهای حرارتی میگردد. این شیشه‌ها در صورت شکستن ، به ذرات ریز و مکعب شکل تقسیم میشوند که آسیب رسان نیستند. از این نوع شیشه در ویترین فروشگاهها ، درهای شیشه‌ای و پنجره‌های جانبی اتومبیلها استفاده میگردد.
شیشه نشکن :
این نوع شیشه‌ها شامل دو یا چند لایه شیشه‌اند که بوسیله ورقه‌هایی از نایلون (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%86%D8%A7%DB%8C%D9%84%D9%88%D9%8 6) شفاف تحت حرارت و فشار به هم متصل میشوند. همچنین بعضی از انواع شیشه‌های طلق‌دار به عنوان عایق صوتی ، جاذب حرارت ، کاهنده شفافیت و شیشه ایمنی بکار برده میشوند. وقتی که این شیشه‌ها می‌شکنند، خاصیت کشسانی نایلون مانع از پخش و پراکندگی ذرات شیشه میگردد.
از جمله کاربردهای این نوع شیشه‌ها در خودروها و ویترین مغازه‌هایی که اشیاء گرانقیمت می‌فروشند استفاده میگردد. ممکن است شیشه نشکن را از جنس شیشه سکوریت بسازند.
شیشه ضد گلوله :
از چند لایه شیشه سکوریت و یا نشکن ، شیشه ضد گلوله می‌سازند. در هنگام وارد شدن گلوله به داخل شیشه ، از نیروی آن کاسته و در میان شیشه متوقف میگردد.
شیشه انعکاسی (بازتابنده):
در این نوع شیشه‌ها ، یک سطح شیشه با یک پوشش منعکس کننده نور و حرارت از جنس فلز یا اکسید فلزی دارای این خاصیت پوشانده میشود. این نوع شیشه‌ها ، نور خورشید را منعکس میکنند و در کاهش حرارت و درخشندگی نور موثر هستند. اگر در روشنایی روز از بیرون به شیشه انعکاسی نگاه کنیم مشاهده می‌کینم که تصاویر اطراف را مانند آینه (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A2%DB%8C%D9%86%D9%87) باز می‌تاباند و اگر از داخل به بیرون نگاه کنیم، شیشه کاملا شفاف خواهد بود. شبها پدیده مذکور برعکس است. یعنی شیشه از خارج شفاف و از داخل مانند آینه است.
این شیشه با منعکس نور خورشید ، حرارت ناشی از تابش نور خورشید را بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش میدهد و در نتیجه ، باعث صرفه جویی در هزینه‌های احداث ، راه اندازی و نگهداری سیستمهای تهویه و تبدیل می‌شودسيليسي:
نوع اول
نوع اول به شیشه جلا داده شده معروف است. شفاف بوده ، دارای سطوح داخلی و خارجی صاف است. از آن ، به عنوان روکش ترموکوپلها در کوره‌های گازی و اجاق گازها استفاده میشود.
نوع دوم
نوع دوم دارای سطوح خارجی زبر و ناهموار است. در ساختمان کوره‌های الکتریکی بکار می‌رود و به شیشه‌های شنی معروف است.
نوع سوم
نوع سوم از گداختن شیشه‌های شنی بدست می‌آید. دارای سطوح خارجی و داخلی نسبتا صاف بوده ، برای انجام واکنش‌های شیمیایی و یا احتراقی در فشار جو یا تحت خلاء بکار می‌رود و به شیشه لعابدار معروف است.
نوع چهارم
شیشه‌های سیلیسی نوع چهارم دارای شفافیت زیاد در برابر نور مرئی و اشعه ماورای بنفش (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%B4%D8%B9%D9%87+%D9%81%D8% B1%D8%A7%D8%A8%D9%86%D9%81%D8%B4) و مادون قرمز (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%B4%D8%B9%D9%87+%D9%85%D8% A7%D8%AF%D9%88%D9%86+%D9%82%D8%B1%D9%85%D8%B2) است. دارای قدرت مکانیکی و مقاومت شیمیایی بالاتری از شیشه‌های نیم شفاف است و برای کارهای تحت خلاء مورد استفاده قرار میگیرد. این شیشه به شیشه استاندارد و شفاف معروف است و بسیار گرانتر از سایر شیشه‌های سیلیسی است. شیشه سیلیسی نوع چهارم ، ترکیبی از سیلیس 5.96 % ، اکسید بور 3 % و اکسید آلومینیوم 0.5 % میباشد.
خواص شیشه‌های سیلیسی نوع چهارم
این شیشه در دمای 1520 شکل‌پذیر میشود و آنرا با چراغهایی که سوخت آنها هیدروژن (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%87%DB%8C%D8%AF%D8%B1%D9%88%DA%9 8%D9%86) همراه با گاز مایع (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%DA%AF%D8%A7%D8%B2+%D8%B7%D8%A8%DB% 8C%D8%B9%DB%8C) است که بطور محسوس از ضریب انبساط شیشه‌های پیرکس کمتر و اندکی از ضریب انبساط سیلیس خالص بیشتر است. این شیشه ، استعداد تاباندن خوبی دارد و تا دمای را بدون تغییر شکل تحمل می‌کند و برای مواردی که نیاز به تحمل حرارت‌های بسیار بالا ضروری است، از این شیشه‌ها استفاده میشود.
کاربرد شیشه‌های سیلیس نوع چهارم
به‌دلیل شفافیت فوق‌العاده از این شیشه‌ها برای ساخت سلهای اندازه گیری طول موج (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B7%D9%88%D9%84+%D9%85%D9%88%D8% AC) ، دماغه موشک‌ها و شیشه‌های سفینه‌های فضایی استفاده میشود. این شیشه‌ها از لحاظ شیمیایی و فیزیکی بسیار مقاوم بوده ، استفاده از آن در کارهای معمول و متداول شیشه‌گری به‌دلیل گرانی مقرون به صرفه نیست.
شیشه سربی
با جانشین شدن اکسید سرب به جای اکسید کلسیم در شیشه مذاب ، شیشه سربی بدست می‌آید. این شیشه‌ها بدلیل برخورداری از ضریب شکست (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B6%D8%B1%DB%8C%D8%A8+%D8%B4%DA% A9%D8%B3%D8%AA) بالا و پراکندگی نور زیاد ، در کارهای نوری از اهمیت بسزایی برخوردارند. تاکنون میزان سرب (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B3%D8%B1%D8%A8) موجود در شیشه را به %92 نیز رسانده‌اند.
درخشندگی یک بلور (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A8%D9%84%D9%88%D8%B1) تراش داده شده خوب بدلیل مقدار زیاد سرب در ترکیب آن است. مقدار زیادی از این شیشه برای ساخت حباب لامپهای برق ، لامپهای نئون و رادیوترونها بدلیل مقاومت الکتریکی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D9%85%D9%82%D8%A7%D9%88%D9%85%D8%A A+%D8%A7%D9%84%DA%A9%D8%AA%D8%B1%DB%8C%DA%A9%DB%8C ) بالای آنها مورد استفاده قرار میگیرد. این شیشه برای ایجاد حفاظ در برابر پرتوهای اتمی (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%A7%D8%AA%D9%85) نیز مفید است.
شیشه و علم امروزی ..
اخیرا در المان با استفاده از علم نانو . شیشه ای مخصوص شیشه های عینک و اتومبیل تولید شده که الودگی به ان جذب نمیشود . پروفسور هلموت اشمیت در شهر ساربروکن المان به این مهم پرداخته است .
اشمیت با همکاری همکاران . یک لایه حفاظتی ساخته که وقتی به سطح شیشه مالیده میشود و یا پاشیده میشود . نه فقط به روشنی و شفافیت شیشه اسیب نمیرساند بلکه به طور صد در صد مانع از ان میشود که کثافات و گرد و غبار جذب شیشه شوند . این لایه حفاظ که قطرش از یک دهم میلیمتر تجاوز نمیکند . از ریزترین اجزاء نانوئی ترکیب شده است و در حال حاظر به نام سول ژل معروف است .
طرز ساخت شيشه فتو كروميك :
شیشه های عینک فتو کرومیک یا شیشه های که با نور افتاب پررنگتر میشوند . دارای بلورهای ریزی از نمک . مس . و نقره محلول در سیلیس هستند . اتمهای این فلزات . بار الکتریکی مثبت دارند . زیرا یک الکترون را از دست داده اند . بلورها کوچکتر از انند که دیده شوند و مزاحمتی برای عبور نور به وجود بیاورند . بنا براین شیشه کاملا روشن و بی رنگ است . با این حال . هنگامی که شیشه عینک در معرض پرتو نورانی شدیدقرار میگیرد . پاره ای از اتمهای نقره یک الکترون از اتمهای مس را میربایند . صدها هزار اتم نقره وقتی به بار الکتریکی خنثی باز میگزدند . به صورت دانه های کوچک فلزی مجتمع میشوند و نور را جذب میکنند .
در این هنگام شیشه خاکستری رنگ میشود . هنگامی که شیشه دیگر نوری نمیگیرد یون های مس . الکترون خود را باز می یابند و نمک های نقره دوباره تشکیل میشوند . در این صورت شیشه عینک به حالت نخستین بی رنگ خود باز میگردد . از انجا که در طی عملیات هیچ اتمی از دست نرفته . شیشه ها میتوانند هزاران بار رنگی و بیرنگ شوند
خواص فيزيكي شيشه:
شيشه جامدي آمورف و معدني است كه از انجماد سريع ماده ي مذاب،بدون تبلور،در دماي اتاق حاصل مي شود. مواد جامد به دو شكل بلوري (كريستالي) يا آمورف(بي شكل) وجود دارند. اگر اتم ها يا مولكول هاي تشكيل دهنده ي ماده،آرايش منظمي داشته باشند،جامد بلوري و در غير اين صورت جامد آمورف هستند.خصوصيات فيزيكي شيشه ها را مي توان به صورت زير خلاصه كرد:
1. خواص نوري :مهم ترين خصوصيت شيشه،خواص نوري آن است. طيف نور خورشيد(نور سفيد)از سه بخش تشكيل شده است.بخش مادون قرمز يا فرو سرخ،بخش مريي،بخش فرابنفش(uv) ؛شيشه ها نسبت به نور مريي و مادون قرمز شفافند ولي اغلب در برابر فرا بنفش ماتند و قابليت عبور ندارند.مهمترين خواص نوري شيشه انعكاس،شكست،پراكندگي،جذب و عبور است.
2. ويسكوزيته يا نارواني:نشان دهنده ي ميزان سفتي مايعات است.مولكول هاي تشكيل دهنده ي مايع به دليل داشتن اصطكاك دوني دارا ميزان مشخصي از ويسكوزيته يا نارواني هستند.شيشه نيز در دماهاي مختلف،داراي ميزان ويسكوزيته هاي مختلفي است.بديهي است كه با افزايش دما ويسكوزيته كم مي شود و خمير شيشه سيالت بيش تري پيدا مي كند.واحد ويسكوزيته پو آز است.
3. تبلور:اگر شيشه ها را به مدت طولاني در دماي مناسب حرارت دهيم،متبلور مي شوند. در بين اكسيد ها،اكسيد بور(B2O3) و در بين سيليكات ها،فلدسپارپتاسيك(K2O,AL2O3,6SiO2) قابليت تبلور ندارند.اخيرا در دسته اي از شيشه ها به طور عمدي تبلور ايجاد مي كنند كه به گروه شيشه – سراميك مشهورند.
4. هدايت الكتريكي:شيشه ها در حالت جامد عايق هاي خوبي هستند،در حالي كه در حالت مذاب هادي الكتريسيته هستند.بنابراين مذاب شيشه را مي توان با عبور مستقيم جريان الكتريسيته حرارت داد.ولي مشكل اين است كه هدايت الكتريكي در شيشه ها از نوع الكترو ليتي است.يعني جريان الكتريسيته به وسيله ي يون ها(ذرات داراي بار الكتريكي منفي يا مثبت)برقرار مي شود.بنابراين حرارت دادن شيشه با جريان مستقيم الكتريسيته باعث جدايي يون ها و در نتيجه تغيير ساختار شيشه مي شود.براي رفع اين مشكل مي توان از جريان متناوب (برق شهر a.c) استفاده كرد.
خواص مكانيكي شيشه:
از نظر تئوري و در حالت ايده آل،رشته هاي بي عيب شيشه،تنشي را تحمل مي كنند،كه بيش از 5 برابر فولاد است. اما معايب و نواقص سطحي تاثير عمده اي بر خواص مكانيكي شيشه ها دارد.اين معايب باعث تمركز تنش وارده و در نتيجه ترك خوردن شيشه مي شود و مقاومت واقعي را به100/1 مقاومت در حال ايده آل،كاهش مي دهد.از آن جايي كه شيشه،ساختاري يكنواخت دارد،خواص آن در جهات مختلف يكسان است.چنين ماده اي ايزوتوپ نيز خوانده مي شود.بنابراين به محض ترك خوردن،مي شكند.براي جلوگيري از ترك خوردن شيشه،سطح آن بايد كاملا صيقلي و عاري از هر گونه عيب باشد.
تاب فشاري:
شيشه بين 60 تا 120 و تاب كششي آن بين 30 تا 90 نيوتن بر ميلي متر مربع است.مقاومت شيشه با ضخامت و جنس آن ارتباط مستقيم دارد كه ضخامت شيشه را بر حسب ابعادش انتخاب مي نمايند.شيشه هايي كه در پنجره هاي ساختماني به كار مي آيند از 2 تا 8 ميلي متر ضخامت دارند.در شرايط خاص از شيشه هاي ضخيم تر و ا نوع خاص بهره مي گيرند.
سختي: سختي شيشه 6 تا 7 است،از اين رو شيشه ها را با الماس خط مي اندازند و سپس جدا مي كنند.
مقاومت در برابر حرارت : حرارت بالا باعث ايجاد تنش و شكستن شيشه مي شود.به همين دليل شيشه هاي ضد آتش مي سازند.
smilee_new2 (24)منابع
سايت رشد www.daneshnameh.roshd.ir (http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%D8%B4%DB%8C%D8%B4%D9%87+%D8%B3%DB% 8C%D9%84%DB%8C%D8%B3%DB%8C+%DB%8C%D8%A7+%DA%A9%D9% 88%D8%A7%D8%B1%D8%AA%D8%B2%DB%8C)
سايت ويكي پديا
سايت تالار نيك صالحي
سايت روزنامه ي همشهري/پري دهقان پور
/كامران عطاييwww.dreamcast.blogfa.com سايت
كتاب : خواص مواد/افشين مير حسيني
كتاب مصالح و ساختمان/ سام فروتني