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.

صنعت شیشه

بطور کلی در صنعت شیشه حداکثر دمای مورد نیاز برای ذوب مواد اولیه 1600 درجه سانتیگراد است. ترکیب بیشتر شیشه‌ها در محدوده کوارتز ، کریستوبالیت و یا تریدیمیت قرار می‌گیرد. در صورتی که مواد اولیه با سیلیس بیشتر انتخاب شوند و یا این که کانیهای نا نقطه ذوب بالا در مواد اولیه موجود باشند، باید مواد تا 1600 درجه حرارت داده شوند. در دمای بالا با کاهش غلظت ، گاز CO₂ به آسانی ماده مذاب را ترک کرده و ناخالصیها نیز ذوب می‌شوند و در نتیجه محصول شفاف و خالی از حباب و مواد ذوب نشده خواهد بود.

مواد اولیه شیشه

مهمترین مواد تشکیل دهنده شیشه شامل SiO₂ ، CaO و Na₂O است.

• SiO₂ : مهمترین منابع SiO₂ ، ماسه‌های سیلیسی ، کوارتزیت و رگه‌های کوارتزی است. اکسیدهای آهن موجب رنگین شدن شیشه و کرومیت غالبا ذوب نمی‌شود و به صورت ناخالصی در شیشه باقی می‌ماند. ناخالصی آلومینیوم در ماسه سیلیسی موجب کاهش دمای ذوب و افزایش کیفیت شیشه می‌شود.
  
  
• CaO : مهمترین منابع اولیه CaO ، سنگ آهک است. هر تن CaCO₃ حاوی 560 کیلوگرم CaO و 440 کیلوگرم CO₂ است. ناخالصیهای سنگ آهک شامل MgO ، FeO ، MnO ، کانیهای رسی و نودولهای چرت هستند. MgO با SiO₂ برای ترکیبات خاص تشکیل دو مایع با حالت امولسیون را می‌دهد. محدوده این دو مایع با حالت امولسیون وسیعتر از محدوده دو مایع SiO₂ - Na₂O است. میزان MgO برای شیشه‌های مختلف متفاوت است و چنانچه سنگ آهک خالص باشد جهت تامین MgO مورد نیاز می‌توان از دولومیت استفاده نمود.
  
  
• Na₂O : مهمترین منابع تامین Na₂O مورد نیاز شیشه عبارتند از کربنات سدیم Na₂CO₂ ، آبسیت و آلکالی فلدسپات ، نفلین سیانیت ، هر تن کربنات سدیم حاوی 580 کیلوگرم Na₂O و 420 کیلوگرم CO₂ است.
  
  
• بوراکس : برای افزودن مقاومت شیمیایی و ضریب شکست در شیشه‌های مخصوص از بوراکس استفاده می‌کنند. باید دانست که بوراکس ، نقطه ذوب سیلیس را کاهش می‌دهد. در شیشه‌های نسوز مواد نسوز را بکار می‌گیرند.
  
  
• مواد رنگی شیشه‌ها : هر یک از رنگهای ویژه توسط مواد شیمیایی آنها ، در شیشه ایجاد می‌شوند، رنگ سبز (Cr₂O₃) ، رنگ سبز تا زرد (CrO₃)، رنگ آبی (CaO)، رنگ قرمز (CuO) و رنگ قهوه‌ای (Fe₂O₃). مواد بی رنگ کننده شیشه عبارت است از اکسید سلنیوم ، اکسید سدیم و اکسید نئومیوم.

مباحث مرتبط با عنوان

• بوراکس
• بوکسیت
• سیلیس
• صنعت شیشه سازی