مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

تاریخچه شیشه

مقدمه

انسان حتی پیش از اینکه خود شیشه بسازد، شیشه‌های طبیعی نظیر فولگوریت و کوارتز 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.

 

فینیقی‌های شیشه‌گر

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.

 

سیر تحولی و رشد

در تاریخ می‌خوانیم که به احتمال ، ده‌هزار سال پیش از میلاد مسیح در کشور مصر یا سوریه ، یک نوع شیشه ابتدایی ساخته شده است. ولی مدارکی دال بر صحت این موضوع در دست نیست، ولی یقین داریم که در 300 سال پیش از میلاد ، در مصر کارگاههای کوچک شیشه‌گری وجود داشته است و شیشه را از ماسه و سود می‌ساختند. می‌توان گفت در آن تاریخ ، وسایل شیشه‌ای جزو اشیاء تجملی مورد استفاده درباریان و توانگران قرار گرفته است.

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.

 

کاربردهای امروزی شیشه

امروزه ، شیشه همه جا در خدمت انسان است. این ماده ، نه‌تنها ظرفهای خوراکی ما را تشکیل می‌دهند، بلکه از اتومبیل و هواپیما گرفته تا سفینه‌هایی که راه کره‌های دیگر را در پیش می‌گیرند، بطور قطع شیشه دارند. بویژه این که همین شیشه بود که به صورت عدسی در آمد و چشم انسان کنجکاو را به سوی آسمانها باز کرد و به صورت وسیله‌ای برای دیدن نادیدنی‌ها در آمد. امروزه نیز در آزمایشهای علمی بیشمار ، وسایل شیشه‌ای ، مورد نیاز پژوهشگران جهان است.

 

مواد خام شيشه

دید کلی

به منظور تولید شیشه ، سالانه ، مقادیر بسیار زیادی ماسه شیشه ، سدیم کربنات ، سدیم سولفات ناخالص و غیره مورد نیاز است. در این مقاله منابع تهیه این مواد و علت استفاده از آنها ذکر می‌شود.

 

ماسه شیشه

ماسه لازم برای تولید شیشه باید تقریبا کوارتز خالص باشد. در بسیاری موارد ، منطقه ته‌نشینی ماسه شیشه ، محل کارخانه شیشه سازی را تعیین کرده است. برای ظروف غذاخوری ، مقدار آهن موجود در ماسه نباید از 45% و برای شیشه اپتیکی نباید از 0.015% تجاوز کند، چرا که آهن تاثیر نامطلوبی بر رنگ اغلب شیشه‌ها دارد.

 

سودا

Na2 یا سودا اصولا از سدیم کربنات چگال ( Na2CO3 ) تامین می‌شود. سایر منابع عبارتند از سدیم بی‌کربنات ، سدیم سولفات ناخالص و نیترات سدیم. نیترات سدیم برای اکسایش آهن و شتاب دادن به عمل ذوب نیز مفید است. منابع مهم آهک (CaO) سنگ آهک و آهک پخته حاصل از دولومیت (CaCO3.MgCO3 ) است که خود MgO را نیز وارد عمل می‌کند.

 

فلدسپار

این مواد دارای فرمول کلی R2O. Al2O3 . 6SiO2 هستند که در آنها R2O ، معرف Na2O یا K2O یا مخلوطی از این دو است. این مواد در مقایسه با اکثر مواد دیگری که منبع Al2O3 هستند، مزایای بسیاری دارند. فلدسپارها ارزان ، خالص و گدازپذیرند و کلا" از اکسیدهای ایجاد کننده شیشه تشکیل شده‌اند.

از خود Al2O3 تنها هنگامی استفاده می‌شود که قیمت محصول از درجه دوم اهمیت برخوردار باشد. فلدسپارها همچنین Na2O یا K2O و SiO2 را نیز تامین می‌کنند. مقدار آلومین در پایین آوردن نقطه ذوب شیشه و کُند کردن واشیشه‌ای شدن ، موثر است.

 

بوراکس

بوراکس به عنوان یک جزء ترکیبی فرعی ، هم Na2O و هم اکسید بوریک را برای شیشه تامین می‌کند. هر چند که از بوراکس به ندرت در شیشه پنجره یا شیشه جام استفاده می‌شود، اما اکنون این ماده ، عموما در انواع خاصی از شیشه بطری‌ها بکار می‌رود. یک نوع شیشه بوراتی با ضریب شکست بالا نیز وجود دارد که در مقایسه با شیشه‌های قبلی ، مقدار پراش نور آن کمترو ضریب شکست نور در آن بالاتر است و شیشه اپتیکی باارزشی بشمار می‌رود.

بوراکس علاوه بر توانایی بالا در ایجاد گدازش ، نه‌تنها ضریب انبساط را پایین می‌آورد، بلکه دوام شیمیایی را نیز افزایش می‌دهد. هنگامی که قلیائیت اندکی در فرایند تولید مورد نظر باشد، از اسید بوریک استفاده می‌شود که بهای آن ، دو برابر بوراکس است.

 

سدیم سولفات ناخالص

این ماده که مدتها مانند سایر سولفاتها نظیر آمونیوم سولفات و باریم سولفات ، یک جزء ترکیبی فرعی در شیشه تلقی می‌شد، غالبا در تمام انواع شیشه بکار می‌رود. این ماده ، کف موجود در کوره‌های مخزنی را که ایجاد مشکل می‌کند، حذف می‌نماید. برای کاهش سولفاتها به سولفیتها ، از کربن استفاده می‌شود.

ممکن است برای ایجاد سهولت در حذف حباب‌ها ، آرسنیک تریوکسید افزوده شود. آهن را با سدیم یا نیترات پتاسیم ، اکسید می‌کنند تا مقدار آن در شیشه نهایی چندان قابل توجه نباشد. از پتاسیم نیترات یا کربنات ، در بسیاری از شیشه‌های مرغوب‌تر نظیر شیشه ظروف غذاخوری ، شیشه تزئینی و شیشه اپتیکی استفاده می‌شود.

 

خرده شیشه

این ماده از خرد کردن کالاهای معیوب ، لبه‌های پرداخت شده کالاها یا سایر ضایعات شیشه‌ای بدست می‌آید و استفاده از آن ، سبب سهولت عملیات ذوب می‌شود و در عین حال ، مواد ضایعاتی نیز به مصرف می‌رسند. ممکن است مقدار خرده شیشه مصرفی در هر بار بین 10 تا 80 درصد باشد.

 

بلوکهای نسوز

این مواد در صنعت شیشه ، بدلیل شرایط سخت موجود به طرز ویژه‌ای بسط و توسعه یافته‌اند. زیرکن متخلخل ، آلومین ، مولیت و مولیت - آلومین تفجوش و زیرکونیا - آلومین - سیلیس ، آلومین و آلومین - کروم که بروش ریختگی برقی تهیه شده‌اند، از جمله بلوکهای نسوزی هستند که در کوره‌های مخزنی شیشه بکار می‌روند. آخرین تجربه بدست آمده در کوره‌های بازیابی گرما ، استفاده از فراورده‌های نسوز بازی بدلیل وجود غبار و بخارهای قلیایی در کوره است.

طاقهای آجری کوره از جنس سیلیس که استفاده از آن در صنعت ، اقتصادی است، عمدتا تعیین کننده دمای عملیات کوره است.

 

ترکیبات ثانوی

اجزای ثانوی شیشه ، موادی هستند که بوسیله آنها می‌توان برخی معایب شیشه‌ها را اصلاح و خواص آنها را تعیین کرد. این مواد بر مبنای عمل آنها طبقه‌بندی شده‌اند و بر حسب نوع اصلاحی که انجام می‌دهند در مراحل مختلف شیشه سازی به ترکیبات شیشه اضافه می‌شوند.

 

طبقه‌بندی ترکیبات ثانوی

پایدار کننده‌ها

پایدار کننده‌ها ترکیباتی هستند که حلالیت شیشه‌ها را در مقابل آب و مواد شیمیایی تا اندازه‌ای کم می‌کنند. بطور کلی ، پایدار کننده‌ها از اجزای تشکیل‌دهنده شیشه هستند که خصوصیت آن را تعیین می‌کنند. پایدار کننده‌های قابل ذکر به صورت زیر می‌باشند.

کربنات کلسیم : کربنات کلسیم جهت غیر محلول کردن شیشه در آب بکار می‌رود.

کربنات باریم : کربنات باریم سبب افزایش وزن مخصوص شیشه می‌شود.

اکسید سرب Pb3 و PbO : اکسید سرب موجب شفافیت و صاف بودن شیشه می‌شود.

اکسید روی : اکسید روی باعث افزایش مقاومت حرارتی و مکانیکی شیشه و خواص مکانیکی و شیمیایی آن می‌شود.

اولومیت MgCO3 + CaCO3 : اولومیت باعث سهولت سوختن ترکیبات اولیه شیشه می‌شود.

 

رنگ‌زداها

شیشه‌ها ممکن است به خاطر داشتن مقدار کمی از اکسیدهای آهن رنگی بنظر آیند، این رنگ در نتیجه ناخالص بودن مواد اولیه است. برای از بین بردن این ناخالصی از دی‌اکسید منگنز یا فلز سلنیوم استفاده می‌شود. دی‌اکسید منگنز وقتی به شیشه مذاب افزوده می‌شود، سیلیکات فرو را به سیلیکات فریک اکسید می‌کند. اکسید منگنز (II) به رنگ بنفش و سیلیکات فریک به رنگ زرد می‌باشد. این دو رنگ مکمل یکدیگرند. بنابراین مخلوط شیشه ، بی‌رنگ خواهد شد. سلنیوم بعلت گران بودن ، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. سلنیوم ، رنگ توده مخلوط را صورتی می‌کند که در نهایت با رنگ سیلیکات فرو که سبز پریده است، ترکیب شده ، آن را بی‌رنگ می‌کند.

 

رنگین کننده‌ها

این مواد برای تولید شیشه‌های رنگی به ترکیب شیشه افزوده می‌شوند.

 

 

 

رنگ شیشه	ترکیب فعال	رنگ اصلی	فرمول	رنگین کننده‌ها
رنگ بنفش به شدتهای مختلف تابعی از دما و قدرت جذب	پودر قهوه‌ای سیاه مایل به خاکستری بنفش	TEX()} {KMnO_4} {TEX}	ترکیبات منگنز
سبز و سبز مایل به زرد		پودر سیاه پودر قهوه‌ای مایل به قرمز		اکسیدهای آهن
سبز متمایل به زرد	پودر سبز پودر زرد پودر نارنجی		ترکیبات کروم
آبی	پودر خاکستری پودر سیاه		کبالت
زرد	پودر زرد و نارنجی	کادمیم
قرمزهای مختلف آبی آسمانی		پودر قهوه‌ای قرمز پودر سیاه		مس

 

مات کننده‌ها

مات کننده‌ها موادی هستند که در توده مخلوط شیشه ، پخش شده‌ ، آن را کدر می‌کنند. از مات کننده‌ها می توان فلوئوریت CaF2 و سدیم فلوئورو آمینات ، سدیم فلوئورو سیلیکات Na2SiF6 را نام برد، اما فسفات کلسیم ، فسفات قلع و فسفاتهای زیرکونیوم هم بطور وسیع ، بعنوان مات کننده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

سیال کننده‌ها

فلدسپارها بعنوان سیال کننده توده خمیر شیشه‌‌‌ای بکار می‌وند، با وجود این ، قابلیت ذوب و گستره دمایی که شیشه باید در آن ساخته شود با افزایش اکسیدهای فلزات قلیایی مخصوصا اکسیدهای سدیم و پتاسیم افزایش می‌یابد. این قبیل اکسیدها را می‌توان از کربناتها یا سولفات‌های فلزات مربوطه بدست آورد، کربناتها بخاطر مقدار آهن کمتر ترجیح داده می‌شوند.

 

 

شیشه و شکل دهی آن

دید کلی

شیشه را می‌توان با قالب‌گیری ماشینی یا دستی شکل داد. در قالب‌گیری ماشینی ، شیشه ظرف چند ثانیه شکل می‌گیرد و از حالت یک مایع وسیکوز به جامد شفاف بدل می‌شود. در محبث زیر ، متداول‌ترین انواع شیشه‌هایی که با ماشین شکل داده می‌شوند، مانند شیشه پنجره و ... توضیح داده می‌شوند.

 

شیشه پنجره

سال‌های متمادی شیشه پنجره با فرایند بسیار دشوار دستی ساخته می‌شد که طی آن تکه ای از شیشه مذاب را در انتهای یک لوله دمش قرار می‌دادند و پس از دمیدن آن شیشه بصورت استوانه در می‌آمد سپس دو سر استوانه را می‌بریدند و استوانه تو خالی را باز می‌کردند و در یک کوره ، حرارت داده ، سپس آن را مسطح می‌کردند. اکنون فرایندهای پیوسته یا انواع اصلاح شده آنها کاملا جای این فرایند دستی طاقت‌فرسا را گرفته است. این فرایندها عبارتند از :

 

فرایند فورکالت

در این فرایند ، محفظه کشش با شیشه خروجی از مخزن پر می‌شود و شیشه پس از خروج از کوره با ماشین کشش از میان دیبتوز بصورت عمودی کشیده می‌شود. دیبتوز ، قایقی نسوز است که در مرکز آن شکافی وجود دارد و هنگامی که این قایق بطور نسبی در شیشه مذاب فرو می‌رود، شیشه بطور پیوسته بطرف بالا جریان می‌یابد. در همان زمانی که دیبتوز پایین برده می‌شود، یک قلاب فلزی پایین می‌آید و از طریق شکاف وارد شیشه مذاب شده ، همزمان با جریان یافتن شیشه شروع به کشیدن آن می‌کند.

شیشه به شکل نوار و با همان سرعتی که از شکاف بالا می‌آید، بطور پیوسته کشیده ، سطح آن بوسیله مارپیچ‌های مجاور که آب در آنها جریان دارد، خنک می‌شود. این نوار ، ضمن حرکت عمودی بوسیله چندین غلتک حمایت می‌شود و سپس از درون تابدان بطول 7.5 متر عبور می‌کند. شیشه پس از خروج از تابدان به ورقه‌هایی با اندازه دلخواه بریده ، به مرحله درجه‌بندی و برش فرستاده می‌شود.

 

فرایند شناور

صنایع PPG از نوعی فرایند اصلاح شده فورکالت استفاده می‌کنند که Pennvernon glass را تولید می‌کند. ورقهای شیشه به پهنای 3 متر و ضخامت حداکثر 0.55 سانتی متر ، ضمن تغییر سرعت کشش (از 96 سانتی‌متر در دقیقه برای شیشه‌هایی به ضخامت 2.2 تا 2.5 سانتیمتر در دقیقه برای شیشه‌هایی به ضخامت 0.55 سانتیمتر ) تولید می‌شوند. در این فرایند ، یک میله کشش غوطه‌ور برای هدایت ورق ، جانشین دیبتوز می‌شود.

 

 

شیشه جام

بین سالهای 1922 تا 1924 ، شرکت نورد موتور و صنایع PPG بطور جداگانه به یک فرایند پیوسته خودکار برای تولید نوار پیوسته ای از شیشه که چندان هم به‌دقت غلتک نمی‌خورد، دست یافتند. در این فرایند ، شیشه در کوره‌های بزرگ پیوسته‌ای که 100 تن شیشه یا بیشتر را در خود جای می‌دهند، ذوب می‌شود. مواد خام از یک سر کوره وارد و شیشه مذاب ضمن عبور از ناحیه تصفیه بصورت یک جریان پیوسته از سر مخالف کوره در دمای 1595 درجه سانتی‌گراد خارج می‌شود. شیشه مذاب پس از خروج از خروجی عریض نسوز از میان دو غلتک شکل دهنده که با آن خنک می‌شود، عبور می‌کند و به حالت یک نوار پلاستیکی کشیده می‌شود.

اثر کششی سرعت‌های متفاوت و انقباض شیشه ضمن خنک شدن آن ، سبب می‌شود تا نوار ، هنگام ورود به تابدان مسطح شده باشد. نوار پس از تابکاری ، بصورت صفحه بریده شده و سنگ خورده پرداخت می‌شود. سپس پیش از آنکه به ماشینهای برش برسد و به شکل جام‌های قابل فروش در آید، بازرسی می‌شود. عملیات سنگ خوردن و پرداخت شدن ، حدود 0.8 میلیمتر از شیشه را از روی سطح جدا می‌کند.

 

شیشه نشکن و مشجر

در تولید شیشه مشجر ، شیشه مذاب از روی لبه کوره جریان می‌یابد و از بین غلتکهای فلزی نقش‌دار که طرح مربوط روی آن حک یا ماشین شده است، عبور می‌کند. این غلتکها در یک مرحله به شیشه شکل داده ، آن را منقوش می‌کنند. چنین شیشه ای نور را تا حدودی از خود عبور می‌دهد و تا اندازه‌ای مانع دید می‌شود، لذا از آن در اتاقها و حمامها استفاده می‌شود. بمنظور تامین نیاز به شیشه‌های ایمنی ویژه ، می‌توان در طی شکل‌دهی اولیه چنین شیشه‌ای آنرا با سیم تقویت کرد. کاربرد اینگونه شیشه‌ها در پنجره‌های خروج اضطراری هنگام وقوع آتش‌سوزی است.

 

لامپ تصویر تلویزیون

اکنون لامپهای تصویر تلویزیون حتی به عرض 68 سانتی‌متر نیز ساخته می‌شوند و شامل سه بخش اصلی هستند: صفحه جلویی فسفرسان که تصویر روی آن تشکیل می‌شود و قسمت پوش و تفنگ الکترونی. فسفر به روش ترسیمی یا گرد پاشی روی صفحه جلویی قسمت پوش زده می‌شود. تولید پوش تا پیش از اختراع مرکز گریزی ، کار دشواری بود، اما در این روش از یک قالب چرخان برای تولید جداره ای با ضخامت بسیار یکنواخت استفاده می‌شود.

قسمتهای شیشه‌ای با استفاده از شعله گاز یا گاز و برق ، بخوبی بهم متصل و درزگیری می‌شوند. در لامپ تصویر تلویزیون‌های رنگی ، فسفر به سطح داخلی صفحه زده می‌شود. بمنظور هدایت بهتر پرتو الکترونی ، یک پوشش سوراخ‌دار در پشت صفحه نصب می‌شود. در اینجا نمی‌توان از دمای زیادی که به هنگام درزگیری لازم است، استفاده کرد، چرا که ممکن است پوشش فسفر صدمه ببیند.

 

لوله‌های شیشه‌ای

سینهای شیشه‌ای برجها و حبابگرها ، منشورها و اغلب شیشه‌های نوری دیگر ، اکثر ظروف آشپزخانه ، عایقها، شیشه‌های رنگی خاص ، شیشه‌هایی که در سبکهای معماری بکار گرفته می‌شوند و اقلام مشابه دیگر بوسیله دست قالب‌گیری می‌شوند. این فرایند اصولا عبارت است از کشیدن مقداری شیشه از بوته یا مخزن مربوطه و حمل آن به قالب.

در اینجا مقدار مورد نیاز شیشه ، بدقت با قیچی بریده و کوبه پرس قالب بوسیله دست یا فشار هیدرولیکی به محل خود خورانده می‌شود. در روشهای خاصی از شکل دادن شیشه از فرایندهای خودکار استفاده می‌شود که به معنای تلفیق روشهای قالب‌گیری ماشینی و دستی است. بالنهای حجم‌سنجی و بخشهای پیرکسی استوانه‌ای در برجها با این روش ساخته می‌شوند.

 

فهرست شیشه های ویژه

پژوهش و توسعه ، محور اصلی تولید انواع جدید و بهتر شیشه با خواص بهتراست. در این بخش ، برخی از فراورده‌های شیشه‌ای جدیدی که در رهگذر پژوهش و توسعه بدست آمده است، بررسی می‌شود.

 

شیشه سیلیس گداخته

شیشه سیلیسی گداخته یا سیلیس شیشه‌ای را می‌توان با گداختن سیلیس خالص تولید کرد، اما چنین محصولاتی معمولا حباب دارند و نمی‌توان آنها را به‌صورت شفاف تولید کرد. اکنون کمپانی کورنینگ ، این شیشه را به روش تفکافت فاز بخار تتراکلرید سیلیسیم در دمای بالا تولید می‌کند. این نوع فرایند ، بطور طبیعی برای کنترل سیستمهایی مناسب است که در آنها امکان تولید خالص فراهم باشد.

سیلیس خامی که با این روش تولید می‌شود، به شکل ورق یا بول (بول ، خرده سنگهای استوانه‌ای یا گلابی شکل کانی مصنوعی است) است. دمای بالای واکنش ، باعث بیرون رانده شدن آلاینده‌های نامطلوب می‌شود و مقدار ناخالصی‌های موجود در سیلیس گداخته را به حدود یک در صد میلیون قسمت می‌رساند. شیشه سیلیس گداخته ، حداقل مقدار جذب فراصوت را داراست. از این شیشه بدلیل انبساط گرمایی کم آن در آینه‌های تلسکوپی استفاده می‌شود.

 

شیشه پر سیلیس

این محصول که به نام ویکور شناخته می‌شود، پیشرفت مهمی درجهت تولید شیشه‌ای است که از نظر ترکیب و خواص به شیشه سیلیس گداخته نزدیک است. در این روش ، محدودیتهای پیشین در زمینه ذوب و شکل‌دهی از میان رفته است. کالاهای نهایی ، حدود 96% سیلیس و 3% اسید بوریک دارد و 1% بقیه از آلومین و قلیا تشکیل شده است. از ترکیبات بورو سیلیکات-شیشه حاوی حدود 75% سیلیس ، در مراحل اولیه فرایند هنگامی که شیشه‌ها ذوب و قالبگیری می‌شوند، استفاده می‌شود. پس از خنک شدن ، کالاها را تحت عملیات گرمایی و تابکاری قرار می‌دهند که سبب جدا شدن شیشه به دو فاز فیزیکی متمایز می‌شود. کالای شیشه‌ای را در حمام محلول اسید هیدرو کلریک 10% (98C) به مدت کافی فرو می‌برند تا فاز انحلال‌پذیر ، کاملا از آن خارج شود.

سپس با شستشوی کامل ، کمترین مقدار باقیمانده از فاز انحلال‌پذیر و همچنین ناخالصی‌ها شسته می‌شوند و سپس تحت عملیات گرمایی از بدنه ، آب‌زدایی شده و ساختارسلولی به شیشه غیر متخلخل تبدیل می‌شود. این روش از تولید شیشه ، سبب ساخت محصولی می‌شود که می‌توان آن را تا حرارت قرمز آلبالویی ، گرم کرده ، سپس بدون ایجاد هیچگونه آثار نامطلوب ، آن را درمخلوط آب و یخ فرو برد. این شیشه در برابر مواد شیمیایی نیز بسیار مقاوم و در برابر تمام اسیدها به جز اسید هیدرو فلوئوریک بسیار پایدار است. البته این اسید (درمقایسه با سایر شیشه‌ها) با سرعت کمتری به این شیشه حمله می‌کند. در ضمن ، انقباض این شیشه به نسبت یکنواخت و مساوی صورت می‌گیرد، بطوری که شکل اولیه همچنان حفظ می‌شود.

 

شیشه رنگی

هر چند قرنها از این شیشه‌ها تنها برای تزئین استفاده می‌شد، امروزه استفاده از شیشه‌های رنگی برای مقاصد صنعتی و علمی ضروری است. این شیشه‌ها ، در صدها رنگ مختلف تولید می‌شوند. شیشه رنگی ممکن است یکی از انواع سه‌گانه زیر باشد:

رنگ شیشه براثر جذب فرکانس خاصی از نور ، توسط عوامل موجود در محلول بوجود می‌آید. عوامل ایجاد رنگ در این گروه ، اکسیدهای عناصر واسطه بویژه گروه اول هستند (مانند Cr , V , Ti ). این طبقه را می‌توان به دو زیر گروه تقسیم کرد، یکی شیشه‌هایی که رنگ آنها ، بدلیل محیط ساختاری شیمیایی آنهاست و دیگری شیشه‌هایی که رنگ آنها به دلیل اختلاف در حالت اکسایش آنهاست. مثلا NiO حل شده در شیشه سدیمی _ سربی است که رنگ قهوه‌ای ایجاد می‌کند. اما این ترکیب در شیشه پتاسی تولید یک سرخ ژاسپ می‌کند.

رنگ بر اثر ترسیب ذرات کلوئیدی در شیشه بی‌رنگ ، ضمن انجام عملیات گرمایی بوجود می‌آید. مثال معمول این نمونه ، ترسیب طلایی کلوئیدی است که شیشه طلایی _ یاقوتی پدید می‌آورد.

رنگ بوسیله ذرات میکروسکوپی یا ذرات بزرگتر که ممکن است خود رنگی باشند، بوجود می‌آید. مانند قرمز سلنیمی () که در چراغهای راهنمایی ، حباب فانوسها و غیره بکار می‌رود. البته ممکن است این ذرات ، بی‌رنگ باشند و شیشه نیمه‌شفاف تولید کنند.

 

شیشه‌های پوشش دار

این شیشه‌ها با ترسیب فیلمهای فلزی شفاف بر روی سطح شیشه شفاف یا رنگی تولید می‌شوند. این فیلمها طوری طراحی می‌شوند که مشخصات عبور و بازتابش خاصی از نور را که در معماری امروز دارای اهمیت است، ایجاد کنند.

شیشه‌های مات یا نیمه شفاف

این شیشه‌ها در حالت مذاب ، شفاف‌اند. اما هنگام شکل دهی به دلیل جدایی و تعلیق ذرات ریز در محیط شیشه ، کدر می‌شوند. این ذرات از نظر اندازه و چگالی در شیشه ، انواع متفاوتی دارند و نور را به هنگام عبور ، پخش می‌کنند. شیشه مات ، اغلب از شیشه شفاف حاوی نقره بدست می‌آید. این ذرات نقره در واقع نقش هسته را برای رشد بلورهای غیر فلزی ایفا می‌کنند. این نوع شیشه برای ایجاد برخی سبکهای معماری مثلا در پنجره نورگیرها به منظور عبور طول موج مشخصی از نور و برای ظروف غذا خوری بکار می‌رود.

 

شیشه ایمنی

شیشه‌های ایمنی در دو نوع چندلایی و با پوشش سخت می‌باشند و شیشه نشکن را نیز می‌توان شیشه ایمنی به حساب آورد. این شیشه‌ها به‌آسانی شیشه معمولی نمی‌شکنند و ظروف غذا خوری ساخته شده از اینها ، در مقایسه با ظروف غذا خوری معمولی سبکتر و سه برابر محکمترند.

 

شیشه فوتوفرم

شیشه فوتو فرم ، نسبت به نور ، حساس است و عمدتا از سیلیکات لیتیم تشکیل یافته است. اکسید پتاسیم و اکسید آلومینیوم موجود در این شیشه ، خواص آن را اصلاح می‌کند و مقادیر بسیار کم ترکیبات سریم و نقره ، اجزایی هستند که نسبت به نور ، حساس‌اند. بر اثر تاباندن نور فرابنفش به این شیشه ، نقره توسط سریم حساس می‌شود و با انجام عملیات گرمایی در دمایی نزدیک به 600درجه سانتی‌گراد در اطراف آن ، تصویری از متاسیلیکات لیتیم ایجاد می‌شود.

متاسیلیکات لیتیم در اسید حل می‌شود. لذا می‌توان آن را به کمک اسید هیدروفلوئوریک 10% حذف کرد. اگر نور پس از عبور از نگاتیو یک نقشه شیشه ، تابانیده شود، یک کپی بسیار دقیق با تمام جزئیات و ریزه کاریها بر روی شیشه بدست می‌آید. مثلا به همین روش می‌توان نقشه مدارهای الکتریکی شیشه‌ای را به ارزانی و به شکل دقیقی تولید کرد. این فرایند ، ماشین‌کاری شیمیایی شیشه نامیده شده است.

 

شیشه فوتوکرومیک سیلیکاتی

این نوع شیشه‌ها مکمل شیشه فوتوفرم هستند، اما در عین حال خواص نامعلوم زیر را نیز دارند:

تیره شدن در نور بر اثر وجود نور فرابنفش درطیف مرئی

بی‌رنگ شدن یا کمرنگ شدن در تاریکی و بی‌رنگ شدن گرمایی در دماهای بالاتر.

این خواص نور رنگی واقعا برگشت پذیرند و دچار خستگی نمی‌شوند. در این شیشه ، ذرات هالید نقره در اندازه‌هایی کمتر از یک میکرون موجودند که در مقایسه با هالید نقره معمولی عکاسی ، واکنش متفاوتی را در برابر نور از خود نشان می‌دهند. این ذرات را در شیشه صلب و نفوذناپذیری که از نظر شیمیایی بی‌اثر است، جای می‌دهند. بدین ترتیب ، مراکز رنگی که محل نورکافت‌ هستند، نمی‌توانند از مکان خود به جای دیگر نفوذ کنند و ذرات پایدار نقره را تشکیل دهند و ترکیب برگشت ناپذیر تولید کنند.

 

شیشه _ سرامیک

این ماده ، ماده‌ای است که مانند شیشه ، ذوب و شکل داده می‌شود و سپس بوسیله فرایندهای واشیشه‌ای شدن کنترل شده ، تا حد زیادی به سرامیک بلورین تبدیل می‌شود. از این مواد ، در ساخت پوشش آنتن رادار هواپیما ، موشکهای هدایت شونده و وسایل الکترونیکی مختلف استفاده می‌شود. همچنین این مواد تحت نام تجاری پیرو سرام در تولید ظروف آشپزخانه که همزمان برای هر سه کار پخت ، پذیرایی و انجماد غذا استفاده می‌شوند، بکار می‌روند.

 

الیاف شیشه

اگرچه الیاف شیشه ، محصول جدیدی نیست، با این حال سودمندی آن بدلیل ظرافت فوق‌العاده‌اش افزایش یافته است. می‌توان این ماده را به صورت رشته کشید، یا آنکه برای تولید عایق ، نوار و صافیهای هوا می‌توان آن را به روش دمشی به شکل شبکه حصیری در آورد. الیاف کشیده شده برای تقویت پلاستیک‌های مختلف بکار می‌روند و محصول چند سازه حاصل در ساخت لوله ، مخزن و وسایل ورزشی نظیر چوب ماهیگیری و چوب اسکی استفاده می‌شوند. متداولترین رزین‌هایی که با الیاف شیشه مصرف می‌شوند، رزینهای اپوکسی و پلی استر هستند.

 

نقش کانیها در تهیه شیشه

آشنایی

بزرگترین بخش بیشتر شیشه‌ها را سیلیس تشکیل می‌دهد. مواد جانبی را نیز به شیشه می‌افزایند. اکسید سدیم (Na2O) موجب کاهش دمای ذوب می‌گردد، ولی افزایش بیش از حد آن از مقاومت شیمیایی شیشه می‌کاهد. اکسید کلسیم (CaO) مقاومت شیمیایی و سایشی را در شیشه پایین می‌آورد. افزودن CaO به شیشه موجب تبلور آن می‌گردد و در نتیجه حالت اوپالین (کدر) به خود می‌گیرد.

برای افزودن مقاومت شیشه مقدار کمی اکسید آلومینیوم (Al2O3) و اکسید منیزیم (MgO) بر آن اضافه می‌کنند. دو عامل عمده در تشکیل شیشه نقش دارند که عبارتند از : غلظت مایع در محدوده خاصی از دمای محیط به سرعت افزایش می‌یابد و دمای ذوب باید به دمای محدوده افزایش غلظت باشد.

 

 

تقسیم بندی انواع شیشه‌ها بر اساس ترکیب شیمیایی و زمینه کاربرد آنها

شیشه معمولی : بیشترین تولید را این شیشه‌ها به خود اختصاص می‌دهند. مصارف عمده آنها در شیشه‌های در و پنجره ، بطریها ، ظروف شیشه‌ای ، لامپها و غیره است. ترکیب شیمیایی شیشه معمولی به شرح زیر است: (SiO2 70 درصد) ، (Na2O 15 درصد) ، (CaO 9 درصد)، (MgO 3 درصد) ، (Al2O3 2 درصد).

شیشه‌های بردار : در این شیشه‌ها از بین B2O3 به جای CaO استفاده می‌شود. ویژگیهای مهم این شیشه‌ها عبارت است از ضریب انبساط کم ، مقاومت شیمیایی و الکتریکی بالا و مقاومت در برابر شوکهای حرارتی. مصارف عمده این شیشه‌ها در ساخت لوازم آزمایشگاهی ، پزشکی ، ظروف آشپزخانه و شیشه‌های صنعتی است. شیشه پیرکس نوعی شیشه بردار است. ترکیب شیمیایی شیشه بردار بدین شرح است. (SiO2 71- 81 درصد) ، (Na2O 5.4- 6 درصد) ، (B2O3 10- 5.13 درصد) ، (Al2O3 2- 5 درصد).

شیشه‌های سربی : ضریب شکست این شیشه‌ها زیاد است و از اینرو آنها در ساخت انواع عدسی ، قطعات نوری و لامپ استفاده می‌شود. این شیشه حاوی 37 درصد اکسید سرب است که گاهی تا 92 درصد هم می رسد. شیشه های سربی‌ای که میزان اکسید سرب آنها بیشتر باشد برای پیشگیری از نفوذ پرتوهای رادیواکتیو و تهیه لامپهای الکترونیک بکار می‌روند.

شیشه‌های کوارتزی : این شیشه‌ها از کوارتز خالص ساخته می‌شوند. ایستایی گرمایی و شیمیایی آنها بالاست. ضریب انبساط آنها اندک است و بسیار شفاف هستند. این شیشه‌ها در ساختن منشور و پنجره‌های اپتیک بکار می‌روند.

سیلیکاتهای سدیم : این سیلیکاتها در آب محلول‌اند و به دلیل خاصیت چسبندگی شان به عنوان چسب بکار برده می‌شوند. ترکیب شیمیایی آنها به دو صورت Na2O.SiO2 و یا Na2O.4SiO2 است.

شیشه‌های فسفات‌دار : در این شیشه‌ها مقداری P2O5 جایگزین SiO2 شده است. از این شیشه‌ها برای عبور امواج فرابنفش استفاده می‌شود.

شیشه‌های اوپالین : این شیشه‌ها حاوی فلورین و آپاتیت هستند. ذوب شیشه عادی است، ولی به هنگام سرد شدن بلورهای کوچکی در آن متبلور می‌شوند. و بدین ترتیب خاصیت اوپالی در شیشه‌ها ایجاد می‌گردد.