مواد تشکیل دهنده ی شیشه چیست

شیشه یک ماده جامد غیر بلوری (آمورف) است که از ترکیب مواد معدنی در دمای بالا تولید می‌شود. فرمول شیمیایی شیشه به دلیل ساختار غیر بلوری آن ثابت نیست، اما عمدتاً از سیلیس (SiO₂) تشکیل شده است. در تولید شیشه، ترکیباتی مانند سیلیس، کربنات سدیم (Na₂CO₃) و کربنات کلسیم (CaCO₃) به کار می ‌روند.

مواد تشکیل دهنده ی شیشه اختلاطی از چند نوع اکسید است. تنوعی که در شیشه ها وجود دارد، بستگی به مقدار این اکسیدها و افزودنی های مختلف دارد. در علوم هفتم مواد تشکیل دهنده ی شیشه، سیلیس یا دی اکسید سیلیکن، به عنوان ماده اصلی شیشه معرفی شده است. سیلیس در طبیعت به صورت بلورهای خالص کوارتز، کریستوبالیت و دی اکسید سیلیکن وجود دارد. در حالت کلی می توان سه دسته ماده تحت عنوان شبکه سازها، واسطه ها و تعدیل کننده ها را برای مواد تشکیل دهنده ی شیشه نام برد. شبکه سازها بیشترین درصد مواد را به خود اختصاص می دهند و شامل اکسید سیلیسیم، پنو اکسید فسفر، اکسید بور و غیره می باشند. واسطه ها به موادی مانند اکسید آلومینیوم گفته می شود، که به شیشه استحکام می بخشند و تعدیل کننده ها در واقع نقطه ی ذوب را پایین می آورند و از طرفی مانع هوازدگی و کریستالیزه شدن شیشه ها می شوند. اکسید سدیم، اکسید منیزیم، اکسید پتاسیم و اکسید کلسیم از جمله تعدیل کننده ها در مواد تشکیل دهنده ی شیشه هستند.

شیشه از چی ساخته میشود

مواد تشکیل دهنده شیشه شامل چندین جزء اصلی است که در ادامه توضیح داده می شود:

• ماسه (سیلیس): ماسه ای که اغلب از سنگ های کوارتز به دست می آید، منبع اصلی سیلیس است. برای تولید شیشه با کیفیت بالا، ماسه باید حداقل درصد خلوص بالا و مقدار کمی آهن داشته باشد.
• سودا (کربنات سدیم): به عنوان ماده ای کاهنده دمای ذوب سیلیس عمل می کند و موجب کاهش انرژی مصرفی در فرایند ذوب می شود.
• آهک (کلسیم کربنات): علاوه بر ایجاد استحکام در ساختار شیشه، از نفوذ آب جلوگیری کرده و به پایداری شیمیایی آن کمک می کند.
• فلدسپات: یک نوع تعدیل کننده و کاهنده دمای ذوب مواد اولیه در میان مواد تشکیل دهنده ی شیشه است.
• افزودنی ها و مواد فرعی: بسته به نوع شیشه، ممکن است افزودنی هایی نظیر اکسیدهای فلزی (مانند اکسید آهن، کبالت، کروم و ...) جهت تنظیم رنگ و ویژگی های نوری و مکانیکی به ترکیب اضافه شوند.

در کنار مواد خام اصلی بالا تعدادی ماده خام فرعی نیز در ساختار شیشه به کار رفته است از جمله:

• سنگ گچ: عاملی برای تصفیه
• سولفات سدیم: عاملی برای تصفیه
• نیترات سدیم: عامل اکسید کننده
• آرسنیک: عامل متعادل کننده در از بین بردن رنگ ها
• زغال: عامل احیا کننده در ساخت شیشه
• اکسیدهای متفاوت مانند اکسید کبالت، اکسید مس، اکسید کادمیوم، اکسید کرم و بی کربنات پتاسیم

 لیستی کاربردی و کامل از مواد اولیه شیشه کریستال به همراه فرمول های شیمیایی، نوع ماده و توضیحات مربوط به نقش ماده اصلی شیشه در جدول آورده شده است:

شیشه از چه سنگی درست می شود؟

مواد تشکیل دهنده ی شیشه بر پایه ی ماسه است. اما سنگ اولیه ای که شیشه سیلیسی از آن ساخته می شود، سنگ آذرخشی نام دارد. با برخورد آذرخش با ماسه، واکنشی در ماسه شکی می گیرد که آن را شیشه شدگی کوارتز می نامند و در نتیجه ی آن یک نوع ساختار ریشه مانند، به نام سنگ آذرخشی به وجود می آید. پایه ای ترین ماده برای ساخت شیشه، سیلیسیم دی اکسید است. البته این تنها سنگی نیست که در ساخت شیشه بکار می رود؛ از سنگ آهک نیز برای جلوگیری از نفوذ آب در شیشه استفاده می شود. مواد دیگر به منظورها مختلف برای مناسب کردن شیشه برای کاربری های مختلف به آن اضافه می شود. که در بالا این مواد را معرفی کردیم.

شیشه چگونه درست میشود - چطور شیشه از ماسه درست می شود؟

در شن و ماسه، درصد بالای دی اکسید سیلیکون وجود دارد. ماده ی خام برای شیشه، ماسه است. ماسه ای که به عنوان مواد تشکیل دهنده ی شیشه بکار می رود باید تقریبا کوارتز خالص باشد. اگر قرار است شیشه را برای ساخت ظروف ناهار خوری به کار ببریم، درصد آهن آن نباید از 45 درصد بیشتر باشد. اما چگونه از ماسه شیشه می سازند؟ این پروسه با حرارت دادن ماسه به اندازه ای که کاملا ذوب و یکدست شود انجام می گیرد. ماسه حالت روان به خود می گیرد و دیگر نمی توان آن را به مرحله ی دانه ای قبل بازگرداند. از انواع کوره های بوته ای یا مخزنی، برای ذوب ماسه استفاده می شود. دمایی که به ماسه وارد می کنند، چیزی معادل 1200 درجه سانتیگراد است. انواع شیشه ها را با اضافه کردن مواد مختلف به نسبت های مختلف تولید می کنند.

مخلوط سازی و آماده سازی مواد اولیه

در ابتدا، مواد اولیه (ماسه، سودا، آهک و افزودنی های دیگر) به نسبت های مشخصی وزن و با هم مخلوط می شوند. دقت در این مرحله، تضمین کننده کیفیت نهایی شیشه است.

ذوب در کوره های دمای بالا

مخلوط تهیه شده در کوره هایی با دمایی بین ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتی گراد قرار می گیرد. در این دما، مواد به صورت مذاب درمی آیند و تمامی اجزای آن به طور یکنواخت با هم ترکیب می شوند.

پالایش و همگن سازی

پس از ذوب، ماده مذاب پالایش شده تا هرگونه ناخالصی یا حباب هوا از بین برود. این مرحله باعث ایجاد ساختار یکنواخت و کاهش تنش های داخلی در شیشه می شود.

بازپخت یا تمپر

 این فرآیند به نوار شیشه ای اجازه می دهد تا از لایه ای عبور کند که هرگونه تنش در سطح شیشه را از بین می برد و به تدریج آن را سرد می کند تا شکل نهایی آن سخت شود. این کار باعث می شود بریدن شیشه و شکل دادن آن آسان تر شود.

شکل دهی و سردسازی

ماده مذاب به فرم های مختلف (مانند ورقه های شیشه ای، ظروف یا اشکال سفارشی) قالب گیری می شود. سپس شیشه به آرامی در محیط های کنترل شده سرد می شود تا از بروز تنش های ناخواسته جلوگیری شده و ساختار نهایی حاصل گردد.

برش و پرداخت نهایی

شیشه به ابعاد و اشکال نهایی برش داده شده و در صورت نیاز، پردازش های اضافی مانند پوشش دهی یا چاپ روی آن انجام می شود.

این فرآیند تبدیل ماسه به شیشه، همزمان یک فرایند فیزیکی و شیمیایی پیچیده است که نیازمند دقت بالا در هر مرحله می باشد.

قیمت شیشه در آریا سازوکار

انواع کوره جهت تولید شیشه

جهت تولید شیشه در کارخانجات از دو نوع کوره‌ استفاده می‌شود:

• کوره بوته‌ای: این نوع کوره توانایی تولید 2 تن خمیر شیشه و تولید شیشه در مقدار کم در جهت حفاظت از کوره در برابر احتراق مناسب است. کوره‌های بوته‌ای از جنس خاک رس و پلاتین می‌باشند.
• کوره‌ مخزنی: این نوع کوره از جنس بلوک‌های نسوزی هستند که مواد از سر مخزن بزرگ وارد کوره می‌شود. دمای کوره‌ها با گاز یا برق افزایش می‌یابد و گرم می‌شوند. برای کاهش دمای دیواره کوره‌ها و همچنین جهت جلوگیری از ذوب و پوساندن آن، از لوله‌های خنک آب که در اطراف کوره قرار داده می‌شود استفاده می‌کنند. بعد از بی‌رنگ کردن و خارج کردن هوا و گاز موجود داخل شیشه برای کاهش شکننده بودن و مقاوم شدن آن به کوره دیگر با دمای بسیار پایین‌تر منتقل می‌گردد. با انجام برخی فرایندها تاب و موج شیشه را رفع می‌کنند. بعد از انجام مراحل تولید شیشه، شیشه تولید شده و آماده انتقال به بازار مصرفی می‌باشد.

خواص فیزیکی و شیمیایی شیشه

ماهیت فیزیکی شیشه

• دسته بندی ماده: شیشه یک ماده غیرفلزی و آمورف (بی شکل) است که برخلاف فلزات، الکترون های آزاد برای هدایت الکتریکی ندارد.
• دمای ذوب: دمای ذوب شیشه های سیلیکاتی معمولاً بین ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه سانتی گراد است، اما این مقدار بسته به ترکیب دقیق مواد اولیه ممکن است تغییر کند.
• حالت فیزیکی: شیشه در دمای اتاق به صورت جامد است، اما به دلیل ساختار آمورف خود، برخی ویژگی های آن مشابه مایعات فوق العاده سرد است.

ویژگی های شیمیایی شیشه

• پایداری شیمیایی: شیشه در برابر بسیاری از مواد شیمیایی، از جمله اسیدها و بازها، مقاوم است و به همین دلیل در ساخت ظروف آزمایشگاهی استفاده می شود.
• تأثیر افزودنی ها: افزودن اکسیدهای فلزی مانند اکسید آهن، کبالت و کروم می تواند رنگ و خواص نوری شیشه را تغییر دهد.

ترکیبات رنگ زا در شیشه

• اکسید آهن: ایجاد رنگ های سبز یا قهوه ای.
• اکسید کبالت: تولید رنگ آبی.
• اکسید کروم یا مس: تولید رنگ های سبز یا قرمز.

این افزودنی ها به طور دقیق به ترکیب شیشه اضافه می شوند تا علاوه بر زیبایی، خواص فنی مانند مقاومت در برابر اشعه و حرارت را نیز بهبود بخشند.

نتیجه گیری

شیشه از ترکیب دقیق مواد اولیه ای همچون ماسه (سیلیس)، سودا و آهک به همراه افزودنی های متنوع ساخته می شود. فرآیند تولید شامل مراحل مخلوط سازی، ذوب، پالایش، شکل دهی و سردسازی است که هر کدام نقش حیاتی در تضمین کیفیت و خواص نهایی شیشه دارند. از نظر فیزیکی، شیشه به عنوان یک ماده نافلز با دمای ذوب بالا و ساختار آمورف شناخته می شود و از نظر شیمیایی پایدار بوده و می توان با افزودن ترکیب های رنگ زا، ویژگی های بصری آن را بهبود بخشید.

منبع : ویکیپدیا