شیشه

ديد كلي

شيشه از نظر ساختمان مولكولي در حالت جامد آرايش مولكولي نامنظم دارد. در درجه حرارت بالا، شيشه مثل هر مايع ديگري رفتار مي‌كند. اما با كاهش دما، گرانروي ان بطور غير عادي افزايش مي‌يابد و باعث مي‌شود مولكول‌ها نتوانند در آرايشي كه لازمه كريستال شدن است، قرار گيرند. به اين ترتيب شيشه از نظر ساختمان مولكولي مانند مايعات نامنظم است، ولي اين ساختمان غير منظم، ديگر متحرك نيست.

شيشه جسمي سخت است كه سختي ان در حدود 8 مي‌باشد و در همه اجسام  بجز الماسه‌ها را خط مي‌اندازد. وزن مخصوص شيشه 2.5 گرم بر سانتيمتر مكعب بوده و بسيار ترد و شكننده است. شيشه در مقابل تمام مواد شيميايي حتي اسيدهاي قوي و بازها مقاومت كرده وتحت تاثير خورندگي واقع نمي‌شود، به همين علت ظرف ازمايشگاهي را از شيشه مي‌سازند.فقط اسيد فلوئوريدريك (HF) بر ان اثر داشته و شيشه را در خود حل مي‌نمايد.

مواد خام شيشه

ديد كلي

به منظور توليد شيشه، سالانه، مقادير بسيار زيادي ماسه شيشه، سديم كربنات، سديم سولفات ناخالص و غيره مورد نياز است.

ماسه شيشه

 ماسه لازم براي توليد شيشه بايد تقريبا كوارتز باشد. در بسياري موارد، منطقه ته نشيني ماسه شيشه، محل كارخانه شيشه سازي را تعيين كرده است. براي ظروف غذاخوري، مقدار اهن موجود در ماسه نبايد كمتر از 45% و براي شيشه اپتيكي نبايد از 0.015% تجاوز كند، چرا كه اهن تاثير نامطلوبي بر رنگ شيشه‌ها دارد.

سودا

  Na2  يا سودا اصولا از سديم كربنات چگال (Na2CO3) تامين مي‌شود. اكثر منابع عبارتند از سديم بي‌كربنات، سديم سولفات ناخالص و نيترات سديم. نيترات سديم براي اكسايش اهن وشتاب دادن به عمل ذوب نيز مفيد است. منابع مهم اهك ((CaO سنگ اهك و اهك پخته حاصل از دولوميت (CaCO3.MgCO3) است كه خود MgO را نيز وارد عمل مي‌كند.

فلدسپار

اين مواد داراي فرمول كلي R2O.Al2O3.6SiO2 هستند كه در انها R2O ، معرف Na2O يا K2O يا مخلوطي از اين دو است. اين مواد در مقايسه با اكثر مواد ديگري كه منبع Al2O3  هستند، مزاياي بسياري دارند. فلدسپارها ارزان، خالص و گدازپزيرند و كلا از اكسيدهاي ايجادكننده شيشه تشكيل شده‌اند.

از خود Al2O3 تنها هنگامي استفاده مي‌شود كه قيمت محصول از درجه دوم برخوردار باشد. فلدسپارها همچنين Na2O يا K2O وSiO2 را نيز تامين مي‌كنند. مقدار الومين در پايين اوردن نقطه ذوب شيشه و كند كردن و شيشه‌اي شدن، موثر است.

بوراكس

 بوراكس به عنوان يك جزء تركيبي فرعي، هم Na2O و هم اكسيد بوريك را براي شيشه تامين مي‌كند. هر چند كه از بوراكس به ندرت در شيشه پنجره يا شيشه جام استفاده مي‌شود، اما اكنون اين ماده، عموما در انواع خاصي از شيشه بطري‌ها بكار مي‌رود. يك نوع شيشه بوراتي با ضرايب شكست بالا نيز وجود دارد كه در مقايسه با شيشه‌هاي قبلي، مقدار پرش نور ان كمتر و ضريب شكست نور در ان بالاتر است وشيشه اپتيكي با ارزشي بشمار مي‌رود.

 بوراكس علاوه بر توانايي بالا در ايجاد گدازش،نه تنها ضريب انبساط را پايين مي‌اورد، بلكه دوام شيميايي را نيز افزايش مي‌دهد. هنگامي كه قليائيت اندكي در فرايند توليد مورد نظر باشد،از اسيد بوريك استفاده مي‌شود كه بهاي ان، دو برابر بوراكس است.

سديم سولفات ناخالص اين ماده كه مدت ها مانند ساير سولفاتها نظير امونيوم سولفات و باريم سولفات، يك جزء تركيبي فرعي در شيشه تلقي مي‌شد، غالبا در تمام انواع شيشه بكار مي‌رود. اين ماده، كف موجود در كوره‌هاي مخزني را كه ايجاد مشكل مي‌كند، حذف مي‌نمايد. براي كاهش سولفاتها به سولفاتيها، از كربن استفاده مي‌شود.

خرده شيشه 

اين ماده از خرد كردن  كالاهاي معيوب ، لبه‌هاي پرداخت شده كالاها يا ساير ضايعات شيشه اي بدست مي ايد و استفاده از ان، سبب  سهولت عمليات ذوب مي‌شود و در عين حال، مواد ضايعاتي نيز به مصرف مي‌رسند. ممكن است مقدار خرده شيشه مصرفي در هر بار بين 10تا 80 درصد باشد.

بلوك‌هاي نسوز

 اين مواد در صنعت شيشه، بدليل شرايط سخت موجود به طرز ويژه‌اي بسط و توسعه يافته‌اند. زيركن متخلخل، الومين، موليت و موليت - الومين تفجوش و زيركونيا - الومين - سيليس، الومين و الومين – كروم كه بروش ريختگي برقي تهيه شده‌اند، از جمله بلوكهاي نسوزي هستند كه در كوره‌هاي مخزني شيشه بكار مي‌روند. اخرين تجربه بدست امده در كوره‌هاي بازيابي گرما، استفاده از فراورده‌هاي نسوز بازي بدليل وجود غبار و بخارهاي قليايي در كوره است.طاقهاي اجري كوره از جنس سيليس كه استفاده از ان در صنعت، اقتصادي است، عمدتا تعيين كننده دماي عمليات كوره است.

شيشه و انواع آن

از نظر فيزيكي، مي‌توان شيشه را مايعي صلب، فوق‌العاده سرد و بدون نقطه ذوب مشخص تعريف كرد كه گرانروي زياد، مانع تبلور ان مي‌شود.

مي‌توان شيشه را از نظر شيميايي، يكي شدن اكسيدهاي غيرفرار معدني حاصل از تجزيه و گداختگي تركيبات قليايي و فليايي خاكي، ماسه و ساير اجزاي شيشه دانست كه منتهي به ايجاد محصولي با ساختار كره‌اي اتم‌ها مي‌شود.

تاريخچه

مانند بسياري از مواد ديگر، در مورد اختراع شيشه نيز ترديد بسياري وجود دارد. يكي از قديمي‌ترين استفاده‌هاي موجود در اين ماده، از ”پليني“ نقل شده كه در طي ان، گفته مي‌شود كه بازرگانان فنيقي، ضمن پختن غذا در ظرفي كه بر حسب اتفاق روي توده‌اي از لزونا در ساحل دريا قرار گرفته بود، به وجود اين ماده پي بردند. يكي شدن ماسه و قليا نظر انان را به خود جلب كرد و سبب انجام تلاشهاي بعدي در راه تقليد اين عمل شد.

مصري‌ها در هزاره ششم پيش از ميلاد، جواهرات بدلي شيشه‌اي مي‌ساختند. در سال 260 ميلادي، شيشه پنجره ساخته شد. در طي قرون وسطي، ونيز به مركز انحصاري صنعت شيشه بدل شده بود. در سال 1688 شيشه جام در فرانسه به شكل فراورده نو عرضه گرديد. در سال 1608 ميلادي، در ايالات متحده ، در ” جيمزتاون ” در ويرجينيا، صنعت شيشه پايه گذاري شد. در سال 1914، فرايند فوركات در بلژيك براي كشش مداوم ورق شيشه بوجود امد.

مصارف و جنبه‌هاي اقتصادي

 مصارف و كاربردهاي شيشه بسيار متعدد است. در مجموع شيشه سازي در ايالات متحده، سالانه يك صنعت 7 ميليارد دلاري را تشكيل مي‌دهد و در ان ميان، شيشه خودرو، سالانه نيمي از مقدار توليد شيشه تخت را به خود اختصاص مي‌دهد. در معماري، گرايش بيشتري به استفاده از شيشه در ساختمانهاي تجاري و بويژه مصرف شيشه‌هاي رنگي، پديد امده است.

تركيب شيشه

شيشه، محصولي كاملا «شيشه‌اي شده» يا دست كم فراورده‌اي است كه مواد معلق غير شيشه‌اي موجود در نسبتا كم است. با وجود هزاران فرمول جديد شيشه‌ كه طي 30 سال گذشته بوجود امده، درخور توجه است كه هنوز مانند 2000 سال پيش، 90 درصد تمام شيشه‌هاي جهان از اهك، سيليس و كربنات سديم تشكيل يافته‌اند. اما نبايد چنين استنتاج كرد كه در اين مدت‌، هيچ تحول مهمي در تركيب شيشه صورت نگرفته است. بلكه در واقع تغييرات جزيي در اجزاي اصلي تركيب و تركيب مهم در اجزاي فرعي تركيب، پديد امده است.

 اجزاي اصلي عبارتند از: ماسه، اهك و كربنات سديم. هر ماده خام ديگر، جزء فرعي تلقي مي‌شود، هر چند كه بر اثر استفاده از ان، نتايج مهمي بدست ايد. مهمترين عامل در ساخت شيشه، گرانروي اكسيدهاي مذاب و ارتباط ميان اين گرانروي و تركيب شيشه است.

تقسيم بندي شيشه‌هاي تجارتي سيليس گداخته

سيليس گداخته يا سيليس شيشه‌اي به روش تفكافت تتراكلريد سيليسيم در دماي بالا يا بوسيله گدازش كوارتز يا ماسه خالص ساخته مي‌شود و گاه انرا به اشتباه، شيشه كوارتزي مي‌خوانند. اين ماده كمك مي‌كند و امكان استفاده از ان را در گستره دمايي بالاتر از ديگر شيشه‌ها فراهم مي‌اورد. اين شيشه‌، اشعه ماوراء بنفش را بخوبي از خودعبور مي‌دهد.

سيليكات‌هاي قليايي

 سيليكاتهاي قليايي تنها شيشه‌هاي دو جزيي هستند كه از اهميت تجارتي برخوردارند. ماسه و كربنات سديم را بسادگي با هم ذوب مي‌كنند و محصولات بدست امده با گستره تركيب Na2O.Sio2 تا Na2O.4SiO2 را سيليكاتهاي سديم مي‌خوانند. سيليكات محلول كربنات سديم كه به نام شيشه ابي (انحلال پذير در اب) نيز خوانده مي‌شود، بطور گسترده‌اي در ساخت جعبعه‌هايي با كاغذ موجدار و به عنوان چسب كاغذ بكار مي‌رود.

 مصرف ديگر ان در ايجاد حالت ضد اتش است. انواع قليايي‌تر ان به عنوان شوينده‌هاي لباسشويي و مواد كمكي صابونها بكار مي‌رود.

شيشه آهك سوددار

 اين شيشه 95% كل شيشه توليد شده را تشكيل ميدهد واز ان، براي ساخت تمام انواع بطري‌ها، شيشه تخت، پنجره خودروها و ساير پنجره‌ها، ليوان و ظروف غذاخوري استفاده مي‌شود. در كيفيت فيزيكي تمام انوع شيشه‌هاي تخت، نظير همواري و نداشتن موج و پيچ، بهبود كلي حاصل شده، اما تركيب شيميايي تغيير زيادي نكرده است. اصولا تركيب شيميايي در گستره زير قرار مي‌گيرد:  SiO2 از 70% تا74% ، CaO از 8% تا 13%، Na2O از 1% تا 18%.

فراورده هايي كه اين نسبتها را دارند، در دماهاي نسبتا پايين‌تري ذوب مي‌شوند.در توليد شيشه بطري، بخش عمده پيشرفت ازنوع مكانيكي است.در هر حال، تجارت نوشابه‌ها، سبب ايجاد گرايشي در بين شيشه سازان براي توليد ظروف شيشه‌اي با آلومين و آهك زياد و قليائيت كم شده است.اين نوع شيشه با دشواري بيشتري ذوب مي‌شود، اما در برابر مواد شيميايي مقاومتر است. رنگ شيشه بطري ها بدليل انتخاب بهتر و تخليص مواد خام و استفاده از سلنيم به عنوان زنگ‌زدا بسيار بهتر از قبل است.

شيشه سربي

 با جانشين شدن اكسيد سرب به جاي اكسيد كلسيم رد شيشه مذاب، شيشه سربي بدست مي‌ايد. اين شيشه‌ها بدليل برخورداري از ضريب شكست بالا و پراكندگي نور زياد، در كارهاي نوري از اهميت بسزايي برخوردارند.تا كنون ميزان سرب موجود در شيشه را به 92% نيز رسانده‌اند.

 درخشندگي يك بلور تراش داده شده خوب بدليل مقدار زياد سرب در تركيب ان است. مقدار زيادي از اين شيشه براي ساخت حباب لامپهاي برق، لامپهاي نئون و راديوترونها بدليل مقاومت الكتريكي بالاي انها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين شيشه براي ايجاد حفاظ در برابر پرتوهاي اتمي نيز مفيد است.

شيشه بوروسيليكاتي

شيشه بوروسيليكاتي، معمولا حاوي حدود 10 تا 20 درصد B2O2 ، حدود 80 تا 85 درصد سيليس وكمتر از 10درصد Na2O است. اين نوع شيشه داراي ضريب انبساط كم، مقاومت فوق‌العاده زياد در برابر ضربه، پايداري عالي در برابر مواد شيميايي و مقاومت الكتريكي بالاست.

ظروف ازمايشگاهي ساخته شده از اين شيشه، تحت نام تجارتي پيركس فروخته مي‌شود. با اين حال، در سالهاي اخير نام پيركس براي اجناس شيشه‌اي بسياري كه تركيب شيميايي ديگري‌ دارند (مانند شيشه الومين - سيليكات در ظروف شيشه‌اي مناسب براي پخت و پز) نيز بكار مي‌رود. مصارف ديگر شيشه‌هاي بوروسيليكاتي علاوه بر ظروف ازمايشگاهي عبارت است از واشرها و عايقهاي فشار قوي، خطوط لوله و عدسي تلسكوپها.

شيشه‌هاي ويژه شيشه‌هاي رنگي و پوشش‌دار، كدر، شفاف، ايمني، شيشه اپتيكي، شيشه فوتوكروميكي و سراميكهاي شيشه‌اي، همه شيشه‌هاي ويژه هستند. تركيب تمامي اين شيشه‌ها بر طبق مشخصات محصول نهايي مورد نظر تغيير ميكند.

الياف شيشه‌اي

الياف شيشه‌اي از تركيبات ويژه‌اي كه در برابر شرايط جوي مقاوم هستند، ساخته مي‌شوند. سطح بسيار زياد اين الياف سبب مي‌شود تا انها نسبت به همه رطوبت موجود در هوا اسيب پذير باشند. مقدار سيليس (حدود 55%) و قليايي موجود در اين شيشه پايين است.

صنعت شيشه سازي در ايران

اطلاعات اوليه

شيشه‌هاي معمولي كه در زندگي روزمره بكار مي‌روند، عمدتا شامل سيليس، كربنات كلسيم (يا آهك) و كربنات سديم وزغال كك است (گاهي از فلدسپار و دولوميت نيز استفاده مي‌شود). معمولا اين مواد را بصورت پودر يا دانه‌هايي به قطر 0.2 تا 2 سانتي متر، مصرف مي‌كنند. البته براي تهيه شيشه‌هاي مرغوب و كريستال ، از سيليس تقريبا خالص (كوارتز) استفاده مي‌شود. در شيشه‌هاي معمولي حدود 2/1 درصد آلومين و 0.08 درصد اكسيد اهن III نيز وجود دارد.

تاريخچه

صنعت شيشه سازي در ايران اسبقه بسيار طولاني دارد كه به حدود پيش از 2000 قبل از ميلاد مي‌رسد. كشف يك ظرف شيشه‌اي زرد رنگ صدفي با زينتي شبيه به خطوط شكسته موج دار كه در يكي از قبرستان‌هاي لرستان پيدا شده، يك گردنبند شيشه‌اي حاوي دانه‌هاي ابي رنگ متعلق به 2250 سال پيش از ميلاد، در ناحيه شمال غربي ايران و قطعات شيشه‌اي مايل به سبز كه در كاوشهاي باستان شناسي لرستان، شوش و حسنلو بدست امده است، نشان دهنده سابقه تاريخي صنعت شيشه سازي در ايران است.

سير تحولي و رشدكشف بطري‌هاي گردن دراز كه دهانه ان با نقره مسدود شده در قرن 12 ميلادي،قالبهاي ساخت وسايل شيشه‌اي در نيشابور، نشان دهنده شتاب بيشترصنعت شيشه گري در اوايل رواج اسلام در ايران است كه به تدريج با رونق صنعت شيشه سازي در ايتاليا، راه زوال را در پيش گرفت كه تا قرن هفدهم ميلادي ادامه يافت. از ان پس، رونق و بازسازي اين صنعت دوباره شروع شد و به مدد مهارت ايرانيان در رنگ اميزي شيشه، شتاب چشمگيري پيدا كرد. از ان جمله، مي‌توان ساخت انواع محصولات مختلف شيشه‌اي از ابريق گرفته تا گلدان، بطري و ... در شيراز، اصفهان و قم در قرنهاي دوازدهم و هجدهم ميلادي را بر شمرد. اما از ان زمان به بعد، بي‌لياقتي و غفلت دولتمردان وقت باعث شد صنعت شيشه سازي در ايران افت كند.

مراحل مختلف تهيه شيشه

1. تهيه مواد اوليه و تبديل انها به پودر با دانه‌بندي بين 0.1 تا 2 ميلي متر

2. توزين هر يك از مواد اوليه به نسبتهاي مورد نظر و مخلوط كردن انها همراه با 4 تا 5 درصد اب وانتقال مخلوط به كوره

3.  ذوب كردن مخلوط در كوره و تهيه خمير شيشه

4. بي‌رنگ كردن خمير شيشه و خارج كردن گازها

5. تبديل به فراورده‌هاي مورد نياز بازار وصنايع

6.نپختن شيشه (قرار دادن شيشه داغ در كوره‌هايي كه دماي كمي دارد، براي كاهش شكنندگي شيشه)

فراورده‌هاي مختلف شيشه‌اي

در حال حاضر، صنايع شيشه سازي عمدتا در پنج شاخه اصلي مصرف در ايران فعاليت دارند:

ساختمان سازي

صنايع غذايي

تهيه لوازم خانگي

صنايع خودرو سازي

صنايع داروسازي و ازمايشگاه

انواع مهم فراورده‌هاي شيشه‌اي

شيشه جام

اين نوع شيشه، براي مصرف در پنجره، قاب عكس و غيره تهيه مي‌شود و داراي سطح كاملا صاف است. در مرحله توليد با عبور خمير شيشه بين دو غلطك صاف افقي، عمودي يا عبور از روي قلع مذاب به دستگاه برش و كوره پخت هدايت مي‌شود.

انواع بطري

 براي تهيه بطري، خمير شيشه را از بالاي ماشين قالب‌زني توسط قيچي مخصوص به صورت لقمه‌هايي در اورده، به قسمت قالب‌زني وارد مي‌كنندو از پايين، هوا در ان مي‌دمند تا شكل مطلوب به خود بگيرد. براي تهيه انواع ليوان، استكان، لوله چراغ نفتي و فانوس، مانند تهيه بطري عمل مي‌شود،ولي بجاي دميدن هوا، از قالب ويژه‌ استفاده مي‌شود.

شيشه‌هاي ايمني بدون تلق

 اين نوع شيشه‌ها براي ويترين‌ها و شيشه‌هاي عقب و كناري خودرو تهيه مي‌شوند. پس از مراحل برش و شكل‌دهي، در پرسهاي مخصوص، انها را در كوره الكتريكي تا C650 گرم كرده،‌ بطور ناگهاني سرد مي‌كنند تا بر اثر تبلور جزئي، بر مقاومت انها  افزوده مي‌شود.

شيشه ضد گلوله

اين نوع شيشه شامل چهار لايه 6 ميلي متري و دو لايه تلق ضخيم است. در هر مورد، ابتدا از طريق وصل كردن به خلاء، هواي بين لايه‌ها را خارج كرده، ضخامت شيشه و تلق را به هم مي‌چسبانند وبعد تحت فشار 13 اتمسفر در دماي C120، به مدت سه ساعت نگه مي‌دارند تا لايه‌ها كاملا به همديگر بچسبند.

الياف شيشه‌اي

اين نوع الياف، با عبور خمير شيشه از منافذ باريك يك قسمت غربال مانند، تهيه مي‌شوند. از اين الياف، در تهيه پارچه، پتو و لحاف و عايق‌بندي دستگاه‌هاي حرارتي و برودتي و عايق‌هاي الكتريكي، صحافي و غيره استفاده مي‌شود.

شيشه‌هاي نشكن

اين نوع شيشه‌ها داراي ضريب انبساط بسيار كم‌اند و در مقابل تغيير ناگهاني دما يا ضربه، مقاومت زيادي دارند. از اين رو، از انها براي تهيه ظروف و وسايل آزمايشگاهي و اخيرا ظروف اشپزخانه استفاده مي‌شود.

براي تهيه اين نوع شيشه‌ها ،به جاي Na2O و CaO از Al2O3، Zr2O3 و B2O3 استفاده مي‌كنند كه به نام شيشه‌هاي پيركس، ينا و كيماكس شهرت دارند.

شيشه‌هاي بلور

اين نوع شيشه‌ها بسيار ظريف و مشابه به كريستال‌اند. اما سنگين وصدادهندگي كريستال را ندارند و خاصيت شكست نور در انها كمتر است. داراي 75 درصد سيليس ، 18 درصد و7 درصد CaO اند.

شيشه ضد پرتو

اين نوع شيشه، شامل يك قسمت و چهار قسمت pbo است، به مقدار قابل توجهي پرتوهاي ايكس و پرتوهاي راديواكتيو را جذب كرده، جلوي اثرات زيان‌بار انها را مي‌گيرد.

شيشه جاذب نوترون

اين نوع شيشه با افزايش اكسيد كادميويم ( CdO ) به شيشه معمولي تهيه مي‌شود و به عنوان حفاظ در مقابل تابشهاي نوتروني،‌ بويژه در ارتباط با راكتورهاي اتمي كاربرد دارند.

شيشه شفاف در مقابل IR

اين نوع شيشه با اضافه كردن مقدار زيادي آلومين Al2O3 به شيشه معمولي حاصل مي‌شود و در دستگاههاي طيف نمايي و طيف نگاري IR مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

شيشه ضد اسيد فلوئوريدريك

مي‌دانيم كه بعضي مواد شيميايي مانند HF بر شيشه اثر مي‌كنند. اين تاثير در واقع به واكنش سيليسي موجود در شيشه با فلوئوريد هيدرژن است كه توليد اسيد مي‌كند. از اين خاصيت در حكاكي و نقاشي روي شيشه استفاده مي‌شود. اگر مقدار كافي فسفات آلومينيم كه ساختار سيليكات آلومينيم را دارد، در ساختار شيشه وارد مي‌شود،‌ شيشه بدست امده، مقاومت قابل توجهي در برابر HF از خود نشان مي‌دهد. علت اين است كه HF بر فسفات آلومينيم اثر ندارد.

شيشه‌هاي رنگي

 براي برخي مصارف ويژه، تهيه شيشه‌هاي رنگي ضرورت دارد. براي اين كار، عمدتا از اكسيد فلزات استفاده مي‌شود.

براي مات يا شيري كردن شيشه، فلوئوريت كلسيم، كريوليت، اكسيد آنتيموان (III)، فسفات كلسيم، سولفات كلسيم و دي‌اكسيد قلع استفاده مي‌شود، زيرا اين مواد، رسوبهاي كلوئيدي در خمير شيشه توليد مي‌كنند كه پس از سرد شدن، سبب شيري شدن ان مي‌شوند.

شيشه‌اي سرب‌دار

اين نوع شيشه‌ها از شيشه‌هاي معمولي شفافتر و سنگي‌ترند و ضريب شكست بالاتري دارند و داراي سه نوع‌اند:

كريستال:

كه بسيار شفاف، سنگين، صدادار و قابل تراش است و نور را در خود مي‌شكند و طيف رنگي مي‌دهد. از اين رو، در تهيه گلدان، لوستر و... بكار مي‌رود. داري 53 درصد سيليس، 11 درصد و 35 درصد Pbo است.

اشتراس:

كه سنگ نو نيز ناميده مي‌شود و از ان، جواهرات مصنوعي درست مي‌كنند. داراي 40 درصد سيليس 7 درصد و 52 درصد Pbo است.

فلينت:

كه در تهيه عدسي دوربينهاي عكاسي و اسباب دقيق فيزيكي بكار مي‌رود. داراي 20 تا 54 درصد سيليس، 5 تا 12 درصد و 34 تا 80 درصد سرب است.

تصفيه كننده‌ها

موجب كاستن حباب هواي موجود در شيشه مي‌شوند و بر دو نوعند:

- فيزيكي: سولفات سديم (Na2SO4)، كلرات سديم (NaClO3). با ايجاد حباب‌هاي بزرگ حباب‌هاي كوچك را جذب و از شيشه مذاب خارج مي‌كنند.

- شيميايي: املاح آرسنيك و آنتيموان تركيباتي ايجاد مي‌كنند كه حباب‌هاي كوچك داخل شيشه را از بين مي‌برند.

تا اينجا به موادي اشاره كرديم كه عدم وجودشان، در مواد اوليه باعث از بين رفتن مرغوبيت كالا مي‌شد. حال به چند ماده ديگر كه به نوعي در توليد شيشه سهيم هستند، اشاره مي‌كنيم.

افزودنيها

استفاده از بوراكس به جاي اكسيد و كربنات سديم (گدازاور) كه در اثر حرارت به Na2O و B2O3 تجزيه مي‌شود ودر واقع بجاي هردو ماده عمل مي‌كند.

استفاده از نيترات سديم NaNo3 رباي از بين بردن رنگ سبز شيشه (ناشي از اكسيد اهن كه همراه مواد ديگر وارد كوره مي‌شود).

استفاده از اكسيد منگنز كه باعث مقاومت بيشتر در مقابل عوامل جوي و شفاف‌تر شدن شيشه مي‌شود.

استفاده از اكسيد سرب PbO، PH3O4 به جاي CaO براي ساختن شيشه‌هاي مرغوب بلور و كريستال كه باعث درخشندگي شيشه مي‌شوند.

براي ساختن كريستال مرغوب از اكسيد نقره استفاده مي‌كنند.

استفاده از فلدسپار كه باعث مقاومت بهتر در مقابل مواد شيميايي مي‌شود.

براي اينكه شيشه در برابر اسيد فلوئوريدريك هم مقاوم باشد، تركيباتي از فسفات به ان مي‌افزايند.

استفاده از خرده شيشه كه به ذوب مواد سرعت بيشتري مي‌دهد.

استفده از اكسيد فلزات براي تهيه شيشه رنگي .

اكسيد سزيم براي جذب اشعه زير قرمز و اكسيد براي ازدياد مقاومت حرارتي مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

دو نمونه از عناصر تشكيل دهنده كه عموميت بيشتري دارند، در زير ذكر مي‌گردد:

تركيبات (1): اكسيد سيليسيم (SiO2) در حدود 74 تا 80 درصد و بقيه شامل پراكسيد سديم (NaO2) تا 15 درصد و اكسيد كلسيم 7 تا 12 درصد اكسيد منيزيم 2 تا 4 درصد و 2 درصد هم عناصر ديگر مانند – Al2O3 – MnO – Fe2O3 – SiO3 – TiP2.

تركيبات (2): اكسيد سيليسيم (SiO2) در حدود 73 درصد، اكسيد سديم 15 درصد، اكسيد كلسيم 5.55 درصد، اكسيد منيزيم 3.6 درصد، اكسيد آلومينيوم 1.5 درصد، اكسيد بور (B2O3) و اكسيد پتاسيم (K2O) هر كدام 0.4 درصد، اكسيد آهن (Fe2O3) و اكسيد سيليسيم 6 ظرفيتي SiO3 هر كدام 0.3 درصد.

علاوه بر موارد فوق هميشه مقداري خرده  شيشه نيز با اين مواد وارد كوره مي‌گردد.

انواع شيشه و كاربرد آنها

شيشه به اشكال مختلف مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در ساخت لوازم تزييني مانند گل، تابلو و غيره در ساختن ظروف ازمايشگاهي و يا ظروف اشپزخانه مانند ليوان، بطري و غيره و بالاخره در ساختن شيشه‌هاي مسطح كه در دو نوع ساده و مشجر عرضه مي‌گردد و مصارف مختلفي دارد كه عمده‌ ترين كاربرد ان به عنوان در و پنجره در كارهاي ساختماني است كه به شكلهاي مختلف اعم از شيشه‌هاي شفاف،‌نيمه شفاف و رنگي، جاذب حرارت، ايمني، دوجداره، سكوريت و ... وجود دارد.

همچنين در اينه سازي، صنايع نشكن، صنايع يخچال سازي، ميزهاي شيشه‌اي، انواع شيشه روميزي و تيغه كاري ساختمان كاربرد دارد.

شيشه رنگي

به دو طريق مي‌توان شيشه رنگي بدست اورد.

1-با افزودن و كم كردن بعضي مواد شيميايي در مصالح اوليه تهيه شيشه. براي نمونه اكسيدهاي مسي به شيشه رنگهاي مختلف قرمز مي‌دهد و رنگ ابي پررنگ بوسيله اكسيد كبالت بدست مي‌ايد. رنگ زرد با افزودن مقداري اكسيداورانيم و كادميوم حاصل مي‌گردد.

2-شيشه سفيد را در شيشه مذاب رنگي فرو مي‌كنند تا دو روي ان رنگي شود. شيشه‌هاي رنگي در ويترين مغازه‌ها، نمايشگاهها، ازمايشگاهها و ساختمانهاي صنعتي بكار مي‌روند.

شيشه ضد آتش (پيركس)

همراه مواد اوليه اين شيشه‌ها در مقابل حرارت، مقاومت زيادي دارند، مقدار زيادي اكسيد بوريك بكار ميرود و سيليس انها از انواع شيشه‌هاي معمولي بيشتر است. معمولا از انها به عنوان ظروف ازمايشگاه و اشپزخانه و يا در جلوي بخاري‌هاي ديواري و اجاقها استفاده مي‌نمايد.

شيشه مسطح

اين نوع شيشه را با اضافه نمودن توري فلزي در ميان شيشه مي‌سازند و بيشتر براي درهاي ورودي، كارگاهها، موتورخانه‌ها، اسانسورها و هر جايي كه خطر شكستن و فروريختن شيشه وجود دارد، استفاده مي‌نمايند.

شيشه دوجداره (مضاعف)

اين نوع شيشه‌ها، از دو لايه ساده و گاهي رنگي كه به موازات يكديگر قرار گرفته‌اند و لبه‌ها يا درزهاي انها هوابندي شده است و فضاي بين انها با مواد خشك كننده‌اي مانند سيليكاژل، پر و يا در بعضي از موارد بين دو لايه، خلاء ايجاد مي‌شود. اين نوع شيشه كه عايق گرما، سرما و صداست، در بسياري از ساختمانها مانند فرودگاهها، هتل‌ها و بيمارستانها بكار مي‌رود.

شيشه سكوريت

در اين حالت، شيشه مجددا تا حدود 700 درجه سانتي گراد حرارت داده وبعد بطور ناگهاني و تحت شرايط خاص و كنترل شده‌اي سرد مي‌شود. اين عمل باعث افزايش مقاومت شيشه (حدود 3 الي 5 برابر) در مقابل ضربه و نيز شوكهاي حرارتي مي‌گردد. اين شيشه‌ها در صورت شكستن، به ذرات ريز و مكعب شكل تقسيم مي‌شوند كه اسيب رسان نيستند. از اين نوع شيشه در ويترين فروشگاه‌ها،درهاي شيشه‌اي و پنجره‌هاي جانبي اتومبيلها استفاده مي‌گردد.

شيشه نشكن

 اين نوع شيشه‌ها شامل دو يا چند لايه شيشه‌اند كه بوسيله ورقه‌هايي از نايلون شفاف تحت حرارت و فشار به هم متصل مي‌شوند. همچنين بعضي از انواع شيشه‌هاي طلق‌دار به عنوان عايق صوتي، جاذب حرارت، كاهنده شفافيت و شيشه ايمني بكار برده مي‌شوند. وقتي كه اين شيشه‌ها مي‌شكنند، خاصيت كشساني نايلون مانع از پخش و پراكندگي ذرات شيشه مي‌گردد.

از جمله كاربردهاي اين نوع شيشه‌ها در خودروها و ويترين مغازه‌هايي كه اشياء گرانقيمت مي‌فروشند استفاده مي‌گردد. ممكن است شيشه نشكن را از جنس شيشه سكوريت بسازند.

شيشه ضد گلوله

از چند لايه شيشه سكوريت و يا نشكن، شيشه ضد گلوله مي‌سازند. در هنگام وارد شدن گلوله به داخل شيشه، از نيروي ان كاسته و در ميان شيشه متوقف مي‌شود.

شيشه انعكاسي (بازتابنده)

در اين نوع شيشه‌ها، يك سطح شيشه با يك پوشش منعكس كننده نور و حرارت از جنس فلز يا اكسيد فلزي داراي اين خاصيت پوشانده مي‌شود. اين نوع شيشه‌ها،‌نور خورشيد را منعكس مي‌كنند و در كاهش حرارت و درخشندگي نور موثر هستند. اگر در روشنايي روز از بيرون به شيشه انعكاسي نگاه كنيم مشاهده مي‌كنيم كه تصاوير اطراف را مانند اينه باز مي‌تاباند و اگر از داخل به بيرون نگاه كنيم، شيشه كاملا شفاف خواهد بود. شبها پديده مذكور برعكس است. يعني شيشه از خارج شفاف و از داخل مانند اينه است.

اين شيشه با منعكس نور خورشيد، حرارت ناشي از تابش خورشيد را بطور قابل ملاحظه‌اي كاهش مي‌دهد و در نتيجه، باعث صرفه‌جويي در هزينه‌هاي احداث، راه‌ اندازي و نگهداري سيستمهاي تهويه و تبديل مي‌شود.

جريان توليد شيشه تخت

ديد كلي

براي ساخت شيشه، مراحلي وجود دارد كه بايد طي شودتا مواد اوليه شيشه به محصولي با كيفيت وقابل قبول تبديل شود.اما در طي ساخت شيشه، ظرافت‌هايي وجود دارد كه بايد انها را در يك كارخانه شيشه مشاهده كرد و نمي‌توان بصورت تئوري ان را بيان كرد.

مراحل ساخت شيشه

ذوب

كوره‌هاي شيشه سازي را مي‌توان به كوره‌هاي بوته‌اي يا كوره‌هاي مخزني تقسيم بندي كرد.كوره‌هاي بوته‌اي با ظرفيت تقريبي 2 تن يا كمتر براي توليد شيشه‌هاي ويژه به مقدار كم يا هنگامي كه حفاظت از پيمانه مذاب در برابر محصولات احتراق الزامي است، بسيار مفيدند. بوته‌ها از جنس خاك رس يا پلاتين هستند. در كوره مخزني، مواد پيمانه از يك سرمخزن بزگي كه از جنس بلوكهاي نسوز است، وارد مي‌شوند.اين كوره‌ها با گاز يا برق گرم مي‌شوند.

بسته به توانايي اجر نسوز كوره براي تحمل انبساط، دماي كوره‌اي كه به تازگي شروع به توليد كرده است، روزانه تنها به اندازه معيني افزايش مي‌يابد.پس از گرم شدن كوره بازيابي گرما، در تمام اوقات دمايي كه دست كم معادل با 1200 درجه سانتي گراد است،همچنان حفظ مي‌شود.بخش زيادي از گرما به جهت تابش در كوره تلف مي‌شود و در واقع مقدار بسيار كمتري از گرما براي ذوب شيشه به مصرف مي‌رسد.

در هر حال، دماي ديواره‌هاي كوره ممكن است چنان بالا رود كه شيشه مذاب انها را حل كند يا بپوساند، مگر اينكه اجازه داده شود ديواره‌ها ضمن تابش مقداري خنك شوند. به منظور كاهش كنش شيشه مذاب، غالبا در ديواره‌هاي كوره،لوله‌هاي اب خنك‌كن كار گذاشته مي‌شود.

شكل دهي

شيشه را مي‌توان با قالب‌گيري ماشيني يا دستي شكل داد. عامل مهمي كه بايد در قالب‌گيري ماشيني شيشه مدنظر داشت، اين است كه طراحي ماشين بايد چنان باشد كه كالاي موردنظر، ظرف چند ثانيه كاملا شكل گيرد. در طي اين زمان نسبتا كوتاه، شيشه از حالت يك مايع گرانرو به جامد شفاف تبديل مي‌شود.در نتيجه به سهولت مي‌توان دريافت كه حل مشكلات طراحي همچون جريان گرما، پايداري فلزات ولقي ياتاقانها بسيار پيچيده است و موفقيت چنين ماشينهايي به مهندس شيشه كمك شاياني مي‌كند. شيشه پنجره،‌ شيشه جام،‌ شيشه شناور، شيشه نشكن و مشجر، شيشه دمشي و ...،‌با ماشين شكل داده مي‌شوند.

تابكاري

به منظور كاهش كرنش در تمام كالاهاي يششه‌اي، اعم از انكه به روشهاي ماشيني يا دستي قالب‌گيري شده‌اند، لازم است كه تحت عمليات تابكاري قرار گيرند. بطور خلاصه، عمليات تابكاري دو بخش دارد:

اول، نگه داشتن توده‌اي از شيشه در دمايي بالاتر از يك دماي بحراني معين تا زماني كه ميزان كرنش دروني، ضمن ايجاد يك سيلان پلاستيكي ، كمتر از يك مقدار حداكثر از پيش تعيين شده ميگردد.

دوم، خنك كردن تدريجي اين توده تا دماي اتاق به نحوي كه مقدار كرنش همچنان كمتر از ان ميزان حداكثر باقي مباند.

تاباندن يا آون تابكاري چيزي بيش از يك محفظه گرم و به دقت طراحي شده نيست كه در ان سرعت خنك كردن چنان كنترل مي‌شود كه شرايط گفته شده رعايت شود. ايجاد يك رابطه كمي ميان تنش و شكست مضاعف ناشي از تنش، متخصصان شيشه را قادر به طراحي شيشه‌اي كرده است كه مي‌تواند شرايط خاصي از تنش‌هاي مكانيكي و گرمايي را تحمل كند.

با استفاده از اين اطلاعات، مهندسان، مبنايي براي توليد تجهيزات پيوسته تابكاري يافته‌اند. اين تجهيزات، مجهز به وسايل خودكار تنظيم دما و گردش كنترل شده هستند كه امكان انجام بهتر تابكاري با هزينه سوخت پايين‌تر و ضايعات كمتر محصول را فراهم مي‌اورند.

تمام انواع شيشه‌هاي تابكاري شده بايد تحت عمليات تكميلي خاصي قرار گيرند. اين عمليات در عين انكه نسبتا ساده‌اند، از اهميت بسياري نيز برخوردارند و مشتمل بر موارد زيرند:

تميزكاري، سنگ زني، پرداخت، برش، ماس زني، لعاب كاري، درجه بندي و شابلن زني. هر چند كه لازم نيست تمام اين عمليات روي همه كالاهاي شيشه‌اي صورت گيرد، اما تقريبا همواره يك يا چندتاي انها مورد نياز خواهند بود.

شيشه سيليسي يا كواتزي

اين شيشه‌ها از ذوب شن‌هاي كوارتزي بدست مي‌ايد و معمولا براي ساختن ظروف ازمايشگاهي كه نياز به تحمل دماهاي بالاتر دارند (بيش از دمايي كه شيشه‌هاي پيركس تحمل مي‌كنند) بكارمي‌رود. ساخت سيليس 100% و كار با ان مشكل است، زيرا سيليس در دماهاي بالا ميل به تبخير شدن دارد.

مشخصات شيشه‌هاي سيليسي

شيشه‌هاي سيليسي داراي 99.8% سيليس بوده، دماي كار با  ان ،‌حدود 800 است. ضريب انبساطي شيشه كوارتزي 6-0.510 در هر درجه سانتي گراد است و دماي تاباندن ان 1050 است. براي تاباندن ظروف شيشه‌اي سيليسي كه ضخامت جداره ان تا mm2 باشد، مي‌توان از شعله استفاده كرد. طيف دمايي كه در ان سيليس نرم شكل‌پذير است،‌بطور محسوس كوتاه بوده، براي عمليات شكل دادن به ان،‌بجاي دميدن از ابزارهاي زغالي استفاده مي‌شود.

انواع شيشه‌هاي سيليسي

نوع اول

نوع اول به شيشه جلا داده شده معروف است. شفاف بوده، داراي سطوح داخلي و خاجي صاف است. از ان،‌ به عنوان روكش ترموكوپلها در كوره‌هاي گازي و اجاق گازها استفاده مي‌شود.

نوع دوم نوع دوم داراي سطوح خارجي زبر و ناهموار است. در ساختمان كوره‌هاي الكتريكي بكار مي‌رود و به شيشه‌هاي شني معروف است.

 نوع سوم

نوع سوم از گداختن شيشه‌هاي شني بدست مي‌ايد. داراي سطوح خارجي و داخلي نسبتا صاف بوده، براي انجام واكنش‌هاي شيميايي و يا احتراقي در فشار جو يا تحت خلاء بكار مي‌رود و به شيشه لعابدار معروف است.

نوع چهارم

شيشه‌هاي سيليسي نوع چهارم داراي شفافيت زياد در برابر نور مرئي و اشعه ماوراي بنفش و مادون قرمز است. داراي قدرت مكانيكي و مقاومت شيميايي بالاتري از شيشه‌هاي نيم شفاف است و براي كارهاي تحت خلاء مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين شيشه به شيشه استاندارد و شفاف معروف است و بسيار گرانتر از ساير شيشه‌هاي سيليسي است. شيشه سيليسي نوع چهارم، تركيبي از سيليس 5.96%، اكسيد بور 3% و اكسيد الومينيم 0.5% مي‌باشد.

خواص شيشه‌هاي سيليسي نوع چهارم

اين شيشه در دماي 1520 شكل‌پذير مي‌شود و انرا با چراغهايي كه سوخت انها هيدروژن همراه با گاز مايع است كه بطور محسوس از ضريب انبساط شيشه‌هاي پيركس كمتر و اندكي از ضريب انبساط سيليس خالص بيشتر است. اين شيشه، استعداد تاباندن خوبي دارد و تا دماي 900 را بدون تغيير شكل تحمل مي‌كند و براي مواردي كه نياز به تحمل حرارت‌هاي بسيار بالا ضروري است،‌از اين شيشه‌ها استفاده مي‌شود.

كاربرد شيشه‌هاي سيليس نوع چهارم

به دليل شفافيت فوق‌العاده از اين شيشه‌ها براي ساخت سلهاي اندازه‌ گيري طول موج ، دماغه موشك‌ها و شيشه‌هاي سفينه‌هاي فضايي استفاده مي‌شود. اين شيشه‌ها از لحاظ فيزيكي بسيار مقاوم بوده ، استفاده از در كارهاي معمول.