تحقیق صنعت شیشه

شیشه جزو مایعات است ...

شیشه مایعی است سفت تمام مایعات جز هلیوم که مایعی است بسیار روان مقداری ناروانی دارند شیشه معمولی در ده ای اتاق آنقدر ناروان است که جریان آن را تنها با آزمایشات بسیار دقیق می توان اندازه گرفت خواص مشهور شیشه نتیجه همین ساختمان مایعی آن است همه می دانند که ناروانی مایعات با کاهش دما افزایش می یابد اما بیشتر مایعات در دمایی که به ناروانی شیشه می رسند به حالت مایع نمی مانند. مایعات بسته به نوع مواد نشان هر کدام در دمای خاصی منجمد می شوند به عبارت دیگر تغییراتی مشخص و ناپیوسته از مایع به جامد را طی می کنند. خاصی منجمد می شوند به عبارت دیگر تغییراتی مشخص و ناپیوسته از مایع به جامد را طی می کنند . در سمت مانند زمانی که آب یخ می بندد اما شیشه را که سرد کنیم دستخوش چنین تغییراتی نمی شود بلکه بیش از پیش ناروان می گردند تا به سفتی یک جسم جامد معمولی برسد. شیشه مایعی است که آنقدر سرد شده که منجمد نمی شود.

جامدات و مایعات:

اغلب جامدات از همچون ساختمان بطوری منظمی برخوردارند اما شیشه چنین نیست ساختمان درونی شیشه از بی نظمی برخوردار است که معمولاً در مایعات معمولی مشاهده می شود شیشه در دماهایی که به اندازه کافی بالا باشد به سهولت آب جاری می شود اما شیشه در دمای اتاق به سفتی یخ و ظاهراً مانند آن جامد است شیشه را هنگامی که سرد می کنیم فقط بیش از بیش ناروان می شود تا به ماده ای سفت و عملاً جامد تبدیل می گردد طوری که می توان در زندگی روزمره از آن استفاده کرد شیشه معمولی از آن جا که دمای آن را از نقطه ای که جسم می تواند متبلور شود (و گاهی هم می شود) بسیار پایین تر آروده اند، مایعی است (جزو تافته) به این معنی که دمای آن را از نقطه انجماد تئوریکی این پائین تر آورده اند در صورتی که خواص و ساختمان درونی خود در حالت مایع را همچنان حفظ کرده است.

* موادی که شیشه از آنها درست می شود

دی اکسید سیلیکون (sio2) ماده اصلی بخش عظیمی از شیشه های معمولی است دی اکسید سیلیکون در طبیعت به صورت بلور خالص مانند کوارتز و کریستوبالت و به صورت ترکیباتی از تعداد کثیری از سیلیکاتهای معدنی به وفور وجود دارند شن و ماسه درصد بالایی از دی اکسید سیلیکون دارند. نقطه ذوب بلورهای خالص دی اکسید سیلیکون در حدود 1700 درجه سانتی گراد است بنابراین شیشه هایی از جنس sio2 خالص تقریباً از دمای c1700 به پایین به زیر نقطه انجماد می رسند فرمول sio2 طبیعت دی اکسید سیلیکون را آنچنان که باید و شاید نشان نمی دهد هر اتم سیلیکون در حقیقت با 4 اتم اکسیژن پیوند دارد و هر اتم اکسیژن میان دو اتم سیلیکون مشترک است از شیشه هایی که از جنس sio2 خالصند و به کوارتز گداخته یا سیلیسی گداخته مشهورند در موارد حساسی استفاده می شود اما دمای نرم شدن این نوع شیشه آنقدر بالاست که در موارد معمولی نمی توان از آن استفاده کرد. Sio2 مایع در دمای لازم برای ذوب لانه های کوارتز (یعنی c1700) کاملاً ناروان است و پیش از آنکه به زیر نقطه انجماد و دمای c1300 برسد ناروانی آن به موز 1012 پواز می رسد و جسم در این حالت آنقدر سفت است که نمی توان آن را بوسیله باد کردن یا قالبگیری شکل داد اما افزودن پاره ای از اکسیدهای فلزی مانند سوادا (Na2) و آهک (cao) ناروانی sio2 (و دمایی را که برای ذوب مواد تشکیل دهنده آن لازم است) به سطحی پایین می آورد که عملاً میشود از آن استفاده کرد. در کارخانه موقعی روی شیشه کار می کنند که ناروانی آن به میان 103 تا 106 پواز رسیده باشد و حوارت لازم برای شیشه های تجاری با ترکیب سودا با آهک و سیلیس فقط 600 الی 700 درجه سانتی گراد است علاوه بر سیلیکون تعدادی از عناصر وجود دارند که اکسیدها- سولفیدها- تلورید ها و سلیندهایشان، شیشه های غیر آلی را می سازند برای مثال می توان از بورون، ژرمانیم- فسفر – وانادیمه- آرستیک و زیر کونیم نامه بود بعد از اینها نوبت می رسد به اصطلاح واسطه ها از قبیل تیتانیوم- روی- قلع- آلومینیوم- توریمه- برلیوم- و کادمیوم . از اکسید اینها به تنهایی شیشه در سمت نمی شود بلکه این اکسیدها با یکی از مواد اصلی شبکه شیشه ای پیوند برقرار می کنند هم مواد اصلی سازنده شیشه و هم واسطه ها پیوند های قطبی پدید می آورند و باعث محکم شدن ساختمان شیشه می شوند از قبیل na2o و cao بلکه معمولاً ناروانی شیشه را پایین می آورند همچنین ویژگی های مطلوب شیشه اصلی از نظر شیمیایی اپتیتکی و اقصتادی را تشدید می کنند. به ترتیب که از مواد اصلی سازنده شیشه به طرف واسطه ها و سپس تعدیل کننده ها می رویم استحکام پیوندها به طور منظم کاهش می یابد.

لا اقل یک شیشه تک عنصری (شیشه ای که از یک عنصر تشکیل شده نه از یک جنس مرکب) را می شناسیم، گوگرد مایع را چنانچه خیلی سرد کنیم در دمای اتاق به صورت شیشه ای لاستیکی و قابل کشش در خواهد آمد اما این شیشه فقط تا یک حد متوسطی از ثبات برخوردار است و نسبتاً زود از حالت شیشه ای خارج می شود.

خواص شیشه

خواص مکانیکی :

پیوند سیلیکون- اکسیژن پیوندی است بسیار محکم و بنابراین شیشه باید ماده محکمی باشد و در اساسی چنین هم هست رشته های نازک شیشه ای که تازه درست شده باشد وزنی بیش از هفتاد هزار کیلوگرم بر سانتی متر مربع را تحمل می کند این رقم 5 برابر مقاومت بهترین فولاد و مهمتر اینکه در برابر مقاومت تئوریک فولاد است اما وجود معایب و نواقعی تأثیر عمده ای بر استحکام عملی مواد دارند چنین معایبی به ویژه معایب سطح جسم که باعث ترک برداشتن آن می شوند استحکام واقعی شیشه معمولی را به کمتر از 0.01 استحکام تئوریک آن که از روی قدرت پیوندهای اتمی محاسبه شده می رساند. دسته کم سه راه برای افزایش استحکام سودمند شیشه وجود دارد اول بر طرف کردن نواقص سطح شیشه که باعث ترک خوردگی آن می شود دوم جلوگیری از اعمال نیروهای کششی در سطح شیشه سوم جلوگیری از گسترش ترک خوردگی .

از همه این روشها استفاده می شود جلوگیری از گسترش ترکهای ریز در سطح شیشه کار مقرون به صرفه ای نیست و در عوض شیشه را با لایه سفتی از ماده ای دیگر روکش می کنند این روکش شیشه را از آسیبهای شیمیایی و مکانیکی دور نگه می دارد. ترک خوردگیهای مزاحم از معایب سطح جسم ناشی می شوند چنانچه سطح شیشه تحت فشار کششی قرار گیرد این ترک خوردگیها به داخل شیشه سوایت می کند. دومین طریقه برای استحکام بخشیدن به شیشه که به آن اشاره کردیم .

جلوگیی از قرار گرفتن سطح آن در معرض نیروی کششی است اگرچه این روش یک کمی با معجزه شبیه است لااقل دو راه برای انجام آن وجود دارد و آن، سفت کردن حرارتی و شیمیایی جسم است در طریقه سفت کردن حرارتی جسم را تا بالاتر از دمای تحول حرارت می دهند و سپس سطح آن را به طور ناگهانی سرد می کنند به این ترتیب انقبافی آرایشی سطح شیشه متوقف می شود اما داخل آن که هنوز سرد نشده به انقباض آراریشی خود ادامه می دهد موقعی که جسم را سرد می کنند. داخل آن همیشه در حال کشش و سطح آن در حال فشردگی خواهد بود طریقه سفت کردن شیمیایی به این ترتیب است که جسم داغ شیشه ای را در مجاورت نمکی که یونهای درشت فلزی اش را با یونهای ریزتر سطح شیشه مبادله کند.