آموزش شیشه سازی و کاربرد سیلیس و آلومینا در آن

شیشه سازی چیست؟

شیشه به دلیل شکنندگی و همچنین سفتی که آن را به یک جامد تبدیل می کند، شناخته شده است.

در عین حال، به دلیل ماهیت تا حدودی سیال آن، می توان آن را به عنوان مایع تلقی کرد.

اما، از نظر علمی، شیشه چیزی است که جامد آمورف نامیده می شود – حالتی بین دو حالت ماده.

از نظر رسانایی، شیشه نه حرارتی و نه الکتریکی دارد، زیرا هیچ واکنشی با ترکیبات شیمیایی رایج ندارد.

شیشه سازی یک هنر و علم جذاب ، ایجاد حجم های مختلف در ظاهر رنگارنگ از جنس شیشه است که هزاران سال است که انجام می شود.

ترکیب اصلی شیشه سازی

برای یک شیشه معمولی که شامل سیلیس و آلومینا است این ترکیبات برای شامل مواد زیر است:

ماسه سیلیسی (70-75%): منبع اولیه دی اکسید سیلیکون که ساختار اولیه شیشه را تامین می کند.

سیلیس (سیلیس دی اکسید، SiO2)، که از شن و ماسه به دست می آید.

خاکستر سودا (Na2CO3) یا سنگ آهک (CaCO3): یک اکسید فلز قلیایی، مانند اکسید سدیم (Na2O) یا اکسید پتاسیم (K2O) است .

این اکسید از منابعی مانند خاکستر سودا یا پتاس به دست می آید. . اینها به عنوان شار برای کاهش دمای ذوب سیلیس عمل می کنند.

 آلومینا (Al2O3) یا اکسید آلومینیوم: آلومینا (اکسید آلومینیوم Al2O4) یکی دیگر از مواد ضروری است که اغلب برای افزایش خواص آن به شیشه اضافه می شود.

یکی دیگر از مواد ضروری است که اغلب به شیشه اضافه می شود تا خواص آن را افزایش دهد.

آلومینا برای بهبود دوام شیمیایی شیشه و مقاومت در برابر شوک حرارتی به دسته اضافه می شود.

معمولاً به شکل فلدسپات یا خاک رس جود دارد که منابع طبیعی آلومینا هستند.

کولت (شیشه بازیافتی): افزودن کولت می تواند به کاهش مصرف انرژی و انتشار CO2 کمک کند.

سایر ترکیبات : بسته به نوع شیشه تولید شده، ممکن است مقادیر کمی از اکسیدها و کربنات های مختلف برای ایجاد ویژگی های خاص مانند رنگ یا افزایش دوام استفاده شود.

ترکیب دقیق دسته و شرایط در حین ذوب می تواند به شدت بر خواص محصول نهایی شیشه ای تأثیر بگذارد.

به عنوان مثال، افزایش محتوای آلومینا می تواند دوام شیمیایی و مقاومت شیشه را در برابر دماهای بالا بهبود بخشد و آن را برای کاربردهایی مانند ظروف پخت و پز یا تجهیزات آزمایشگاهی مناسب کند.

برعکس، آلومینا بیش از حد می تواند شیشه را مستعد تر شدن شیشه کند، فرآیندی که در آن شیشه به حالت کریستالی باز می گردد و شفافیت و استحکام خود را از دست می دهد.

بنابراین کنترل دقیق ترکیب دسته ای و شرایط ساخت در شیشه سازی باکیفیت ضروری است.

در  ادامه به اهمیت سیلیس و آلومینا در شیشه سازی پرداخته و دستورالعمل های استفاده از آن ارائه خواهد شد.

نقش سیلیس در شیشه سازی

سیلیس جزء اصلی شیشه است که معمولاً حدود 70 تا 75 درصد از ترکیب آن را تشکیل می دهد.

نقطه ذوب بالا و ضریب انبساط حرارتی پایینی برای شیشه فراهم می کند که برای حفظ یکپارچگی ساختاری و مقاومت آن در برابر شوک حرارتی ضروری است.

با این حال، سیلیس خالص نقطه ذوب بسیار بالایی دارد (حدود 1700 درجه سانتیگراد) و کار با آن دشوار است.

بنابراین، اغلب با مواد دیگر ترکیب می شود تا شیشه ای کارآمدتر را تشکیل دهد.

نقش آلومینا در شیشه سازی

آلومینا در مقادیر کمتر، معمولاً 5-15٪ به شیشه اضافه می شود. چندین عملکرد مهم را انجام می دهد:

کنترل دما: آلومینا به عنوان یک شار عمل می کند و دمای ذوب کلی شیشه را کاهش می دهد.

این اجازه می دهد تا سیلیس در دماهای قابل کنترل تری ذوب شود و دستکاری شیشه را آسان تر می کند.

دوام: آلومینا مقاومت شیشه را در برابر حملات شیمیایی و سایش فیزیکی افزایش می دهد و باعث دوام بیشتر و مناسب برای کاربردهای مختلف می شود.

شفافیت: وجود آلومینا تمایل شیشه به کریستال شدن را کاهش می دهد که به حفظ شفافیت کمک می کند.

استحکام: آلومینا به سفتی شیشه کمک می کند، که برای ایجاد محصولاتی که کمتر تحت فشار یا گرما تغییر شکل می دهند بسیار مهم است.

روش شیشه سازی :

شیشه سازی با سیلیس (سیلیس دی اکسید، SiO2) و آلومینا (اکسید آلومینیوم، Al2O3) یک فرآیند پیچیده است که شامل چندین مرحله است.

این مراحل بسته به نوع شیشه مورد نظر و ترکیب خاص دسته می تواند کمی متفاوت باشد، اما روند کلی در زیر توضیح داده شده است:

1. آماده سازی : اولین مرحله در شیشه سازی، تهیه بچ است که مخلوطی از مواد خام به دقت اندازه گیری شده است.

2.خرد کردن و مخلوط کردن: مواد اولیه را به صورت پودر ریز خرد می کنند تا از یک مخلوط همگن اطمینان حاصل شود.

این برای کیفیت شیشه ثابت بسیار مهم است. سپس دسته به طور کامل مخلوط می شود تا اطمینان حاصل شود که همه اجزا به طور مساوی توزیع می شوند.

3. ذوب: دسته به یک کوره منتقل می شود و تا دمای بسیار بالا، معمولاً بین 1500-1700 درجه سانتیگراد گرم می شود.

در این دماها، مواد ذوب می شوند و با هم ترکیب می شوند و شیشه مذاب را تشکیل می دهند.

دمای بالا اجازه می دهد تا سیلیس ذوب شود و آلومینا در شبکه سیلیکا حل شود و مایع چسبناکی را تشکیل دهد.

4. تصفیه : با ذوب شدن شیشه، فرآیندی به نام پالایش در شیشه سازی انجام می شود که در آن حباب های گاز حذف می شوند.

این کار اغلب با افزودن مواد شیمیایی که با شیشه واکنش می‌دهند و حباب‌هایی تشکیل می‌دهند که می‌توانند از سطح جدا شوند یا با هم زدن شیشه مذاب برای تشویق حباب‌ها به بالا آمدن و فرار انجام می‌شود.

5. فرم دادن: پس از ذوب کامل و تصفیه شدن شیشه، می توان آن را به شکل دلخواه در آورد.

این کار را می توان از طریق روش های مختلفی مانند دمیدن، غلتاندن، فشار دادن یا ریخته گری انجام داد.

بسته به کاربرد مورد نظر، شیشه را می توان به ورق، لوله یا اشکال دیگر نیز تبدیل کرد.

6.کاهش دما : پس از شکل گیری شیشه باید به آرامی در محیطی کنترل شده خنک شود تا تنش های داخلی از بین برود.

در شیشه سازی این فرآیند به عنوان آنیلینگ شناخته می شود.

اگر شیشه خیلی سریع سرد شود، ممکن است در اثر استرس حرارتی ترک بخورد یا بشکند.

دمای بازپخت معمولاً حدود 600 درجه سانتیگراد است و شیشه برای مدت زمان مشخصی در این دما نگه داشته می شود تا به تدریج خنک شود و به دمای اتاق برسد.

7. بازرسی و تکمیل: پس از خنک شدن کامل شیشه، از نظر عیوب مورد بازرسی قرار می گیرد و هر گونه فرآیند تکمیلی لازم مانند برش، صیقل دادن یا تمپر کردن را طی می کند.

8. بسته بندی و توزیع : در نهایت محصولات شیشه ای برای جلوگیری از آسیب در هنگام حمل بسته بندی شده و به مقصد نهایی ارسال می شوند.

نوشته شده در : دانشنامه پارس اور