شیشه و سرامیک

شیشه :

شیشه از نظر ساختمانمولکولی در حالت جامد آرایش مولکولی نامنظم دارد . در درجه حرارت های بالا ، شیشهمثل هر مایع دیگری رفتار می کند . اما با کاهش دما ، گرانروی آن به طور غیر عادیافزایش می یابد و باعث می شود مولکول ها نتوانند در آرایشی که لازمه کریستال شدناست ، قرار گیرند . به این ترتیب شیشه از نظر ساختمان مولکولی مانند مایعات نامنظماست ، ولی این ساختمان غیر منظم ، دیگر متحرک نیست .

شیشه جسمی سخت است کهسختی آن حدود 8 است و همه اجسام بجز الماسه ها را خط می اندازد . وزن مخصوص شیشه2.5 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده و بسیار ترد و شکنده است . شیشه در مقابل تمام موادشیمیایی حتی اسیدهای قوی و بازها مقاومت کرده و تحت تاثیر خورندگی واقع نمی شود ،به همین علت ظرف آزمایشگاهی را از شیشه می سازند. فقط اسید فلوئوریدریک ( HF) بر آن اثر داشته و شیشه را در خود حل می کند .

تاریخچه :

شیشه گری یکی ازقدیمیترین حرفه های است که که بشر به آن اشتغال داشته است . مصری ها سازنده اولیناشیای شیشه ای بوده اند که ظروف بدست آمده از حفاری های مصر قدمت 5000 ساله دارد .رومیان نیز در فن شیشه گری مهارت داشته اند و در این صنعت از سایرین پیشرفته بودند. رونق شیشه سازی در نخستین ادوار تاریخ اسلامی صورت گرفته است ، زیرا هنری بود کهدر مساجد و زیارتگاه ها و تزئینات مذهبی جلوه خاصی داشته و مورد استفاده قرار میگرفت .

در ایران نیز ساختنشیشه قدمت تاریخی دارد . و نخستین واحد ماشینی تولید شیشه ساختمانی در ایران درسال 1340 شروع بکار کرد .

ترکیباتسازنده شیشه

اجزای اصلیتشکیل دهنده شیشه

با نگاه به جدولعناصر ، کمتر عنصری را می توان یافت که از آن شیشه بدست نیاید ، ولی سه مادهکربنات دو سود ، سنگ آهک و سیلیس ، مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه می باشند . موادشیشه ساز مورد تایید موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران عبارتند از سیلیس ( sio2 ) دی اکسید بور ( B2O3 ) ، پنتا اکسید فسفر ( P2O5 ) که از هر کدام به تنهایی می توانشیشه تهیه نمود .

گداز آورها :

کربنات سدیم ( Na2CO3 ) ، کربنات پتاسیم ( K2CO3 ) و خرده شیشه ، سیلیکاتسدیم و پتاسیم ( Na2Sio3 “ K2SIO3) که حاصل ترکیب سیلیس با گداز آورها می باشند ، در آبحل می شوند و از شفافیت شیشهبه تدریج کم می

کنند . به همین میشوند و نور از آنها بخوبی عبور نمی نماید .

تثبیتکننده ها :

برای آنکه مقاومتشیشه را در مقابل آب و هوا ثابت کنیم ، باید اکسید های دو ظرفیتی باریم ، سرب ،کلسیم ، منیزیم ، روی به مخلوط اضافه کنیم که به این عناصر ثابت کننده می گویند .

تصفیهکننده ها :

موجب کاستن حباب هوایموجود در شیشه می شوند و بر دو نوعند :

1 –فیزیکی : سلفات سدیم ( Naso4) ، کلرات سدیم . ( Naclo3 ) با ایجاد حباب های کوچک را جذب واز شیشه مذاب خارج می کنند .

2 –شیمیایی : املاح آرسینک و آنتموان ترکیباتی ایجاد می کنند که حبابهای کوچک داخل شیشه را از بین می برند .

تا اینجا به موادیاشاره کردیم که عدم وجودشان ، در مواد اولیه باعث از بین رفتن مرغوبیت کالا می شد. حال به چند ماده دیگر که به نوعی در تولید شیشه سهیم هستند ، اشاره می کنیم .

افزودنی ها :

1 – استفاده ازبوراکس به جای اکسید و کربنات سدیم ( گداز آور ) که در اثر حرارت به Na2O و B2O3 تجزیه می شود و در واقع بجای هر دوماده عمل می کند .

2 – استفاده ازنیترات سدیم NaNO3برای از بین بردن رنگ سبز شیشه ( ناشی از اکسید آهن که همراه مواد دیگر وارد کورهمی شود . )

3 – استفاده از اکسیدمنگنز که باعث مقاومت بیشتر در مقابل عوامل جوی شفاف تر شدن شیشه می شود .

4 – استفاده از اکسیدسرب PbO و PH3O4 به جای Cao برای ساختن شیشه های مرغوب بلور وکریستال که باعث درخشنده گی شیشه می شوند .

5 – برای ساختنکریستال مرغوب از اکسید نقره استفاده می کنند .

6 – استفاده ازفلدسپار که باعث مقاومت بهتر در مقابل مواد شیمیایی می شود .

7 – برای اینکه شیشهدر برابر اسید فلوئوریدریک هم مقاوم باشد ، ترکیباتی از فسفات به آن می افزایند .

8 – استفاده از خردهشیشه که به ذوب مواد سرعت بیشتری می دهد .

9 – استفاده از اکسیدفلزات برای تهیه شیشه های رنگی .

10 – اکسید سزیم برایجذب اشعه زیر قرمز و اکسید برای ازدیاد مقاومت حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند.

دو نمونهاز عناصر تشکیل دهنده که عمومیت بیشتری دارند ، در زیر ذکر می گردد

1 –ترکیبات 1 : ( اکسید سیلیسیم ( sio2 ) در حدود 74 تا 80 درصدو بقیه شامل پراکسید سدیم ( Nao2) تا 15 درصد و اکسید کلسیم 12 تا 7 درصد اکسید منیزیم 2 تا 4 درصد و 2 درصد همعناصر دیگر مانند – Mno– Fe2O3 sio3 – Tip2 – AL2O3

2 –ترکیبات 2 : اکسید سیلیسیم ( Sio2) در حدود 74 تا 80 درصد ، اکسید سدیم 15 درصد ، اکسید کلسیم 5.55 درصد ، اکسیدمنیزیم 3.6 درصد اکسید آلومینیوم 1.5 درصد ، اکسید بور ( B2O3 ) و اکسید پتاسیم ( K2O ) هر کدام 0.4 درصد ، اکسید آهن ( Fe2O3 ) و اکسید سیلیسیم 6 ظرفیتی sio2 هر کدام 0.3 درصد .

علاوه بر مواد فوقهمیشه مقداری خرده شیشه نیز با این مواد وارد کوره می گردد .

انواع شیشهوکاربرد های آنها :

شیشه به اشکال مختلفمورد استفاده قرار می گیرد . در ساخت لوازم تزیینی مانند گل ، تابلو و غیره درساختن ظروف آزمایشگاهی و یا ظروف آشپزخانه مانند لیوان ، بطری و غیری و بالاخره درساختن شیشه های مسطح که در دو نوع ساده و مشجر عرضه می گردد و مصارف مختلفی داردکه عمده کاربرد آن به عنوان در و پنجره در کارهای ساختمانی است که به شکل هایمختلف دارد که عمده ترین کاربرد آن به عنوان در و پنجره در کارهای ساختمانی است کهبه شکلهای مختلف اعم از شیشه های شفاف ، نیمه شفاف و رنگی ، جاذب حرارت ، ایمنی ،دو جداره ، سکوریت و . . . وجود دارد .

شیشه رنگی :

به دو طریق می توانشیشه رنگی بدست آورد .

1 – با افزودن و کمکردن بعضی مواد شیمیایی در مصالح اولیه تهیه شیشه برای نمونه اکسیدهای مسی به شیشهرنگ های مختلف قرمز می دهد و رنگ آبی پر رنگ بوسیله اکسید کبالت بدست می ]ید . رنگزرد با افزودن مقداری اکسید اورانیوم و کادمیوم حاصل می گردد .

2 – شیشه سفید را درشیشه مذاب رنگی فرو می کنند تا دو روی آن رنگی شود . شیشه های رنگی در ویترینمغازه ها ، نمایشگاها و ساختمانهای صنعتی بکار می روند .

شیشه ضدآتش ( پیرکس ) :

همراه مواد اولیه اینشیشه ها در مقابل حرارت ، مقاومت زیادی دارند ، مقدار زیادی اکسید بوریک بکار میرود و سیلیس آنها به عنوان ظروف آزمایشگاه و آشپزخانه و یا در جلوی بخاری هایدیواری و اجاقها استفاده می نمایند .

شیشه مسطح :

این نوع را با اضافهنمودن توری فلزی در میان شیشه می سازند و بیشترین برای درهای ورودی ، کارگاهها ،موتورخانه ها

آسانسورها و هر جاییکه خطر شکستن و فروریختن شیشه وجود دارد ، استفاده می نمایند .

شیشه دوجداره ( مضاعف ) :

این شیشه ها ، از دولایه ساده و گاهی رنگی که به موازات یکدیگر قرار گرفته اند و لبه ها یا درز هاآنها هوابندی شده است و فضای بین آنها با مواد خشک کننده ای مانند سیلیکاژل ، پر ویا در بعضی از موارد بین دو لایه ، خلاء ایجاد می شود . این نوع شیشه که عایق گرما، سرما و صداست در بسیاری از ساختمانها مانند فرودگاهها ، هتل ها و بیمارستانهابکار می رود .

شیشهسکوریت :

در این حالت ، شیشهمجددا تا حدود 700 درجه سانتی گراد حرارت داده و بعد بطور ناگهانی و تحت شرایط خاصو کنترل شده ای سرد می شود . این عمل باعث افزایش مقاومت شیشه ( حدود 3 الی 5برابر ) در مقابل ضربه و نیز شوکها حرارتی می گردد . این شیشه ها در صورت شکستن ،به ذرات ریز و مکعب شکل تقسیم می شوند که آسیب رسان نیستند . از این نوع شیشه درویترین فروشگاهها ، درها شیشه ای و پنجره ها جانبی اتومبیل ها استفاده می گردد .

شیشه نشکن :

این نوع شیشه ها شاملدو یا چند لایه شیشه اند که بوسیله ورقه هایی از نایلون شفاف تحت حرارت و فشار بههم متصل می شوند . همچنین بعضی از انواع شیشه های طلق دار به عنوان عایق صوتی ،جاذب حرارت ، کاهنده شفافیت و شیشه ایمنی بکار برده می شوند . وقتی که این شیشه هامی شکنند ، خاصیت کشسانی نایلون مانع از پخش و پراکندگی ذرات شیشه می گردد .

از جمله کاربردها اینشیشه ها در خودروها و ویترین مغازه هایی که اشیاء گرانقیمت می فروشند استفاده میگردد . ممکن است شیشه نشکن را از جنس شیشه سکوریت بسازند .

شیشه ضدگلوله :

از چند لایه شیشهسکوریت و یا نشکن ، شیشه ضد گلوله می سازند . در هنگام وارد شدن گلوله به داخلشیشه ، از نیروی آن کاسته و در میان شیشه متوقف می گردد .

شیشهانعکاسی ( بازتابنده ) :

در این شیشه ها ، یکسطح شیشه با یک پوشش منعکس کننده نور و حرارت از جنس فلز یا اکسید فلزی دارای اینخاصیت پوشاننده می شود . این نوع شیشه ها ، نور خورشید را منعکس می کنند و در کاهشحرارت و درخشنده گی نور موثر هستند . اگر در روشنایی روز از بیرون به شیشه انعکاسینگاه کنیم مشاهده می کنیم ، شیشه کاملا شفاف خواهد بود . شبها پدیده مذکور برعکساست . یعنی شیشه از خارج شفاف و از داخل مانند آینه است .

این شیشه با منعکسنور خورشید ، حرارت ناشی از تابش خورشید را بطور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد و درنتیجه ، باعث صرفه جویی در هزینه های احداث ، راه اندازی و نگهداری سیستمهای تهویهو تبدیل می شود .