شنبه , ۲۰ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی

فرایند تولید شیشه

فرایند تولید شیشه

ارسالی از : دانیال اعزازی

ترکیبات شیشه
تعداد ترکیبات شیشه بسیار زیاد است بطوریکه تاکنون بیش از ۶۵۰۰ ترکیب مختلف ساخته شده و مشخصات و خواص آنها ثبت گردیده است .
این ترکیبات ممکن است تقریبا نیمی از عناصر جدول تناوبی را به نسبت های مختلف دارا باشند و مشخصات فیزیکی و شمیائی و اپتیک هر ترکیب با ترکیب دیگر فرق دارد .
ساده ترین و رایج ترین نوع شیشه ای که ساخته می شود به شیشه قلیائی معروف است که تقریبا ۷۳% سیلیس (Sio2) ، ۱۳% اکسید کلسیم (Cao) و ۱۴% اکسید سدیم (Na2o) دارد .

این شیشه در پنجره و به مقدار زیادی در ساخت بطری و ظروف شیشه ای به کار می رود . این نوع شیشه ها یک ماده اضافی نیز در بردارند که به عامل صاف کننده معروف است و باعث کاهش ویکوریته (غلظت و چسبندگی) شیشه مذاب در کوره می شود و در نتیجه حباب های گاز و خرده های دیواره کوره شناور شده و به سطح مایع مذاب می آیند متاسفانه این ماده اضافی موجب می گردد که شیشه در مراحل بعدی بر اثر شعله چراغ کریستال بشود و بنابراین چنین شیشه ای برای کارهای شیشه گری ساخت لوازم آزمایشگاهی مناسب نیست .البته کارخانجات شیشه سازی روش های تولید خود را چنان کامل کرده اند که بدون استفاده از عامل صاف کننده نیز محصولات آنها از هر گونه حباب هوا (که به آن خط می گویند) و خرده های مواد کوره (که به آن شن می گویند)عاری است .
عیب یا نقص دیگری که بندرت در شیشه های جدید دیده می شود به نخ شیشه ای به صورت یک خط باریک موجدار به چشم می خورد ، خظی که مرز بین دو ناحیه از شیشه با ضرایب شکست نوری مختلف را تشکیل می دهد . علت بوجود آمدن نخ شیشه اینست که مواد متشکله کاملا با هم مخلوط نشده اند . حباب هوا ، شن و نخ شیشه تاثیر چندانی در کار شیشه گری و یا در استحکام و مقاومت مکانیکی شیشه ندارند ، اما ظاهر شیشه را به صورت ناخوشایندی خراب می کنند
شیشه هائی که در کارگاههای شیشه گری بکار می روند ، غالبا به شکل لوله یا میله ساخته می شوند . مسئله بسیار مهم این است که کلیه شیشه هائی که از یک نوع خاص در سفارشات متوالی به دست شیشه گر می رسد ، باید دارای خواص فیزیکی و تا حدودی شمیائی یکسانی باشد . این مسئله از نقطه نظر یک شیشه گر حائز اهمیت فراوانی است ، زیرا او باید این مواد را به نحو موفقیت آمیزی به یکدیگر متصل نماید .

این شیشه ها بطور کلی به سه طبقه اصلی تقسیم می شوند که عبارتند از :
۱- شیشه های قلیائی
۲- شیشه های بورو سیلیکات
۳- شیشه های مخصوص

شیشه قلیائی
شیشه قلیائی که بسادگی به اشکال مختلف در می آیند در ساخت آن دسته از وسائل آزمایشکاهی که احتیاج به طرح پیچیده ، و جداره ضخیم ندارند و با حرارت زیاد نیز در تماس نیستند و همچنین در ساخت چراغ ها و تابلوهای نئون بکار می رود .
کار با شیشه قلیائی و تاباندن آن در شعله گاز و هوای فشرده بسیار آسان است . این شیشه می تواند با آلیاژهای آهن و کرم جوش خورده و متصل شود . حداکثر دمائی که این شیشه در هنگام استفاده تحمل می کند ۴۵۰ درجه سانتیگراد است این شیشه در ۵۶۰ درجه سانتیگراد وجود ندارد . البته برای انجام کارهای شیشه گری و ساخت وسائل از شیشه قلیائی دمای بیشتری لازم است .
منظور از حداکثر دمائی که شیشه تحمل می کند ، بالاترین دمائی است که در آن شیشه بدون اینکه تنش یا تغییر شکل دائمی پیدا کند می تواند مورد استفاده قرار بگیرد .
مقاومت در تغیرات ناگهانی دما (شوک حرارتی) عبارتست از طیفی از دما که در آن ظرف شیشه ای با ضخامت جداره متوسط بر اثر سرد شدن ناگهانی نمی شکند
ضریب انبساط حرارتی شیشه مهمترین مشخصه فیزیکی آن است و تعریف آن برای تمام جامدات عبارتست از مقدار افزایش طولی هر واحد به ازاء افزایش یک درجه حرارت . ضریب انبساط حرارتی یک نسبت است و بنابراین واحدی ندارد . با وجود این لازم است واحد اندازه گیری و دمائی که در محاسبه آن بکار رفته است را مشخص کنیم .
ضریب انبساط شیشه قلیائی بین ۲۰ درجه سانتیگراد و ۳۵۰ درجه سانتیگراد در حدود ۶- ۱۰* ۶/۹ در هر درجه سانتیگراد است .
شیشه قلیائی نو در شعله خیلی مقاوم است ، در صورتی که زمان کار خیلی طولانی نشود و یا دمای شعله خیلی پائین نباشد .
حالا لحظه ای بر می گردیم به یکی از تعاریف شیشه که بیشتر پذیرفته شده است . شیشه یک ماده معدنی است در شرایطی که ادامه ی از حالت مایع همان ماده و مشابه با آن می باشد ؛ ولی در اثر تغییر قابل برگشت و یسکوزیته در هنگام سرد شدن چنان درجه ویسکوزیته بالائی کسب کرده که برای تمام مقاصد عملی سخت و شکننده شده است .
تولید گنندگان شیشه باید نسبت عناصر محصولات خود را طوری انتخاب کنند که پس از سرد شدن محصول کریستالیزه نشود . با این وجود اگر سطح شیشه برای مدت قابل توجهی در معرض مایعات حلال و یا رطوبت هوا قرار بگیرد قسمتی از مواد متشکله شیشه در لایه سطحی ممکن است خراب شوند .
درنتیجه ترکیب این لایه سطحی تغییر پیدا می کند و تعادل شیمیائی شیشه از بین می رود . این لایه سطحی ممکن است بر اثر حرارت دیدن و سپس سرد شدن شیشه کریستالیزه شود . این کریستالیزه شدن سطحی ، شفافیت طبیعی شیشه را از بین می برد و به خوردگی شیشه معروف است . این حالت برای شیشه های کهنه و ظروف آزمایشگاهی که برای مدت طولانی استفاده شده اند پیش می آید و معمولا وقتی به آن پی می بریم که بخواهیم تعمیر یا تغییری در شیشه انجام دهیم و در نتیجه آن را در مجاورت شعله قرار دهیم .
چنین شیشه هائی باید دور ریخته شوند .
مواد متشکله قلیائی درصد
سیلیس (Sio2) 5/70
اکسید آلومینیوم (Al2o3) 6/2
اهک (Cao) 7/5
اکسید منیزیم (Mgo) 9/2
اکسید سدیم (Na2o) 3/16
اکسید پتاسیم (K2o) 2/1
انیدرید بوریک (B2o3) 5/0
انیدریک سولفوریک (So3) 2/0

شیشه بورو سیلیکات
در طول ۵۵ سال اخیر انواعی از شیشه های بور سیلیکات که برای کارهای عمومی ساخت لوازم آزمایشگاهی مناسب هستند بدست آمده اند و اکنون در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند .
با چند مقایسه خواهیم دید که برتریهای شیشه های بوروسیلیکات باعث شده است که برای مصارف ازمایشگاهی بیش از شیشه های قلیائی استفاده شوند .
به تجربه ثابت گردیده است که اغلب شیشه گران سازنده وسائل آزمایشگاهی ترجیح می دهند که از این وسائل شیشه ای استفاده نمایند .
یعضی از برترهای شیشه های بورو سیلیکات نسبت به شیشه های قلیائی عبارتند از :
ضریب انبساط حرارتی این نوع شیشه بسیار پائین تر و در نتیجه خطر شکستن آنها در هنگام گرم کردن و یا سرد کردن ناکهانی کمتر است .
اشیاء شیشه ای را می توان با جداره ضخیم تر درست کرد بطوریکه بدون تاثیر در مقاومت حرارتی ، مقاومت مکانیکی زیادی نیز داشته باشند .
مقاومت این نوع شیشه در تماس با مواد شیمیائی زیاد است و امکان خرابی سطح شیشه بر اثر مرور زمان کمتر است و امکان ایجاد خوردگی نیز به شدت کاهش می یابد . مهم تر اینکه امکان خراب شدن مایعات و حلال های محتوی این ظروف بر اثر مواد جداره داخلی شیشه نیز از بین می رود .
این شیشه های سخت ترد هستند و در مقابل سایش سطحی بیشتر مقاومت می کنند و در نتیجه مقاومت مکانیکی آنها نیز بیشتر است .
اگر شیشه مورد استفاده از جنس بوروسیلیکات باشد بسیاری از لوازم آزمایشگاهی شیشه ای که ساختن آنها از شیشه قلیائی بسیار مشکل و یا غیر ممکن است را می توانیم بسازیم و یا تعمیر نمائیم .
بعضی از معایب شیشه های بوروسیلیکات عبارتند از :
شیشه های بوروسیلیکات از شیشه های قلیائی گران تر است .
وجود شیشه های بوروسیلیکات برای کار به حرارت بیشتری نیاز دارد . باید از چراغ های شیشه گری یا مشعل های دستی استفاده شود که مجهز به شیرهای اکسیژن و یا هوای فشرده هستند . چنین حرارت زیادی بر روی شیشه به مدت زیادی دوام نمی آورد و بنابراین شیشه را باید به سرعت شکل داد زیرا شیشه بلافاصله پس از دور کردن از شعله سرد و خشک می شود .
در اتصالات شیشه های بوروسیلیکات باقی ماندن سوراخ های سوزنی رایج است و اغلب اتفاق می افتد و بنابراین توجه زیادی باید به تمیزی و ذوب کامل اتصالات ابراز گردد .
حداکثر دمائی که شیشه های بوروسیلیکات تحمل می نمایند تا حد ۵۰۰ درجه سانتیگراد و با بعضی ترکیبات بخصوص تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد می باشد .
انواع بخصوصی از این شیشه برای اتصال با آلیاژهای آهن نیکل – کبالت و با مولیبدنیم و تنگستن بکار می رود . شیشه بوروسیلیکات بر حسب نوع ترکیب آن در حدود دمای ۶۲۵ درجه سانتیگراد نرم می شود و ضریب انبساط حرارتی آن نیز به نوع ترکیب بستگی دارد و از ۶- ۱۰*۳/۳ در هر درجه سانتیگراد برای شیشه های معمولی بوروسیلیکات (که معمولا برای وسایل آزمایشگاهی بکار می روند .) تا ۶-۱۰*۲/۷ در هر درجه سانتیگراد برای انواع مخصوص (که در جوش های پیوندی به کار می روند .) متغیر است .
دمای عملیات حرارتی تاباندن به منظور بادوام کردن این شیشه بر حسب نوع ترکیبات آن از ۵۱۰ درجه تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد است .
مواد : شیشه بوروسیلیکات درصد ترکیبات
سیلیس (Sio2) 3/74
آلومینا (Al2o3) 00/2
اکسید سدیم (Na2o) 5/4
اکسید پتاسیم (K2o) 00/2
اکسید کلسیم (Cao) 2/0
انیدریک سولفوریک (So3) 00/17

شیشه های مخصوص
شیشه سرب (شیشه با ضریب انکسار زیاد)
این شیشه غالبا در صنایع برق و الکترونیک از جمله در ساخت لامپ های رادیوئی بکار می رود . این شیشه به سادگی به سیم های پلاتین و سیم های مسوار (اب مس داده شده) جوش خورده و اتصالات محکم و بادامی حتی در شرایط خلاء ایجاد می نماید . شیشه سرب به شیشه قلیائی نیز متصل می شود .
پایداری این شیشه در شعله مناسب قابل توجه است و هیچگونه اثری از خوردگی نشان نمی دهد . برای کار کردن با شیشه سرب باید از شعله های اکسد کننده استفاده شود زیرا زیرا در غیر اینصورت اکسید سرب واقع در لایه سطحی شیشه احیاء شده و به فلز تبدیل می گردد و این حالت باعث می شود که سطح شیشه رو به سیاهی برود و شفافیت خود را از دست بدهد . چنین شیشه ای دیگر برای کارکردنی وجوش دادن مناسب نخواهد بود و همیشه نمی تواند سرب به وجود آمده را مجددا اکسید نمود .
ضریب انبساط حرارتی شیشه سرب ۶-۱۰*۰۵/۹ در هر درجه سانتیگراد و حداکثر دمائی که تحمل می نماید ۳۵۰ درجه سانتیگراد است .
شیشه سرب درصد مواد متشکله
سیلیس (Sio2) 5/70
اکسید آلومینیوم (Al2o3) 3/1
اکسید سرب (Pbo) 00/30
اکسید سدیم (Na2o) 4/6
اکسید پتاسیم (K2o) 00/8

سیلیس
اگر قرار باشد وسائل شیشه ای در دمائی بیش از دمائی که شیشه بورسیلیکات تحمل نماید بکار روند ، از دشیشه دیگری به نام سیلیس بلوری با شیشه کوارتز استفاده می شود . ساختن سیلیس ۱۰۰% و کار با آن مشکل است ، چون سیلیس در دمای تمایل به تبخیر شدن دارد . بنابراین شیشه کوارترز که معمولا مورد استفاده قرار می گیرد دارای ۸/۹۹ درصد سیلیس است . دمای کار با این شیشه در حدود ۱۸۰۰ درجه سانتیگراد است و شیشه گر باید حتما به عینک محافظ مجهز باشد .
ضریب انبساط حرارتی شیشه کوارتز ۶- ۱۰* ۵/۰ در هر درجه سانتیگراد و دمای تاباندن آن ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد است . برای تاباندن ظروف و آلات یلیسی که ضخامت جداره آنها تا دو ملیون است می توانیم از شعله استفاده کنیم .
طیف دمائی که در آن سیلیس شکل پذیر و نرم است . بطور محسوسی کوتاه است و برای عملیات شکل دادن آن به جای دمیدن از ابزارهای زغالی و یا ساخته شده از مولیبدنیم استفاده می شود .
لوله های سیلیسی در ابعاد مختلف و در چهار نوع تولیدی می شوند . نوع اول که به شیشه جلاداده شده معروف است . شفاف و دارای سطوح داخلی و خارجی صاف است و از آن به عنوان پوشش ترموکوپل و نمونه هائی از اجاق ها و کوره های گازی استفاده می شود . نوع دوم که دارای سطح خارجی زیر و ناهموار است در ساختمان کوره های الکتریکی به کار می رود و به شیشه شنی معروف است . نوع سوم از گداختن بیشتر لوله های معروف شنی به دست می آید که سطح داخلی و خارجی آن نسبتا صاف تر می شود و برای کارهای شمیایی و یا احتراقی در فشار جو و با تحت خلاء بکار می رود و به شیشه لعاب دار معروف است . نوع چهارم که دارای شفافیت زیاد در برابر نورمرئی و اشعه های ماوراء بنفش مادن قرمز است ، قدرت مکانیکی و مقاومت به خوردگی بیشتری از شیشه های نیم شفاف دارد .و برای کار در خلاء زیاد توصیه می شود این شیشه با لوله شیشه ای استاندارد شفاف معروف است لوله شیشه ای استاندارد شفاف بسیار گرانتر از شیشه نیمه شفاف است . قبل از سفارش خرید لوله و میله شیشه ای سیلیسی باید راهنمای تهیه شده توسط تولید کنندگان در مورد مشخصات این نوع شیشه ها کاملا مطالعه شود . نوع از شیشه سیلیسی با خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار نزدیک به شیشه کوارتز در آمریکا تولید می شود (در کشورهای دیگر نیز موجود است ) . که به سیلیس ۹۶% معروف است و ترکیب آن چنین است .
سیلیس ۵/۹۶ درصد
اکسید بور ۰۰/۳ درصد
اکسید آلومینیوم ۵/۰ درصد
این شیشه در دمای ۱۵۲۰ درجه شکل پذیر می شود و می توانیم آن را بدون ترس از تبخیر سیلیس بدمیم ، خم کنیم و یا بچسبانیم این شیشه را می توانیم با چراخهایی که سوخت آنها هیدروژن ، گاز زغال سنگ و یا گاز مایع نفت همراه با اکسیژن است ذوب نمائیم ضریب انبساط آن ۶-۱۰*۸/۰ در هر درجه سانتیگراد است که به طور محسوسی از ضریب انبساط شیشه های بوروسیلیکات کمتر و اندکی از ضریب انبساط سیلیس خالص بیشتر است بنابراین استعداد تاباندن خوبی دارد . این شیشه تا دمای ۹۰۰ درجه را بدون تغییر شکل تحمل می کند .

شیشه های رنگی
میله و لوله شیشه ای رنگی در کارگاههای شیشگری ازمایشگاهی کاربرد محدودی دارد . اکثر آنها متعلق به انواع شیشه سربی یا قلیائی هستند و به‌اسانی به شیشه هایی از همان نوع جوش می خورند کار با شیشه های میله ای رنگی و لوله شیشه ای رنگی شفاف مشکل نیست البته آنهایی که از نوع شیشه سربی هستند را می بایست در شعله اکسید کننده حرارت داد . برای کار با لوله شیشه ای مات یا نیمه شفاف تجربه و مهارت زیادی لازم است ، زیرا ضخامت دیواره لوله می بایست به طور کاملا یکنواختی حفظ شود و از طرفی امکان بررسی مستقیم چشمی آن نیز وجود ندارد . از شیشه های رنگی برای مصارف تزئینی مثل علائم بر جسته روی دستگاه شیشه ای ، برای علائم سبز شده فلزی بر روی شیشه ها که به سهولت قابل شناسایی هستند و همین طور برای فیلترهای نوری استفاده می شود .
شیشه سازها مواد معدنی مخصوصی را قبل از ذوب کردن شیشه در ظرف نسوز به ترکیبات معمولی آن اضافه می کنند . آنها باید علاوه بر رنگ مطلوب ، خواصی را در شیشه تولید کنند که از لحاظ کار و ضریب انبساط به شیشه های بی رنگ مشابه بسیار نزدیک باشد .
کر چه مقادیری بسیار کمی از مواد افزونی برای رنگی کردن شیشه کافی می باشد ، ولی رنگ نهایی در حرارت معمولی نه تنها به مقدار مواد افزونی و درجه خلوص آن ، بلکه به ترکیب این مواد افزونی نیز بستگی دارند جدول ۲ رنگ های تولید شده توسط مواد افزونی مختلف را نشان می دهد .

جدول ۲
 ماده افزونی رنگ
نقره زرد
اکسید مس سبز و ابی
مس کلوئیدی قرمز یاقوتی
سولفید کادمیم به تنهایی و با سلنیوم زرد
آرسنیک با اکسید سرب سایه های از قرمز روشن و نارنجی

ترکیبات و رنگ های ظاهر شده در انواع شیشه ها
دی اکسید بمریوم و تینانیوم صورتی ، قرمز ، قهوه ای متمایل به قرمز
دیدیمیوم ها سبز (فیلترهای ماوراء بنفش) قرمز مایل به بنفش (کبود)
اورانیوم زرد سبز فلوئور سانت
گوگرد گهربائی
گوگرد و سرب ، آهن ، نیکل یا کبالت سیاه سیر
طلای کلوئیدی (به مقدار بسیارکم) رنگ یاقوتی ، قهوه ای ، بنفش
اکسید آهن آبی ، سبز و کهربائی
اکسید منگنز کهربائی
اکسید منگنز با اکسید آهن صورتی ، ارغوانی سیر ، سیاه
اکسید کروم سبز
اکسید کروم به مقدار زیاد در حالت بلوری ، بصورت شیشه ای
براق یا نوعی شیشه معروف به سنگ
دلربا در می آید
اسید فسفریک ترکیبی از شیشه شیری سفید رنگ
و در صورت استفاده از آهن فرو ، شفافیت
به نور ماوراء بنفش و یا کدری به نور مادون
قرمز را افزایش می دهد .
اکسید های نیکل و اکسید های کبالت قهوه ای ، ارغوانی را افزایش می دهد.

جامدات معدنی

فراورده های سیلیکاتی
شیشه
هنر شیشه گری از قدمت ۵۰۰۰ ساله برخوردار است کشف میله دم شیشه گری احتمالا در یک قرن قبل از میلاد اولین پیشرفت برجسته تکنیکی در این حوزه به شمار می آید وهنوز هم به عنوان یکی از ابزارهای مورد استفاده در تولید فراورده های شیشه ای ویژه حائز اهمیت می باشد تولید انبوه شیشه با ظهور تولید و فراوردی مکانیکی شیشه در پایان قرن پیش پا به عرصه گذاشت

اهمیت اقتصادی
تولید جهانی شیشه در سال ۱۹۷۷ حدود ۶ ۱۰*۶۳ تن براورد شد است که از این مقدار ۲۶% در ایالات متحده امریکا ۹% در شوروی (سابق) و ۸% در ژاپن تولید گردیده است . این کشورها به همراه کشورهای اروپایی غربی ، ۷۰% کل تولید شیشه را به خود اختصاص می دهند . محصولات تولیدی را می توان به دو دسته شیشه تخت (مثل شیشه پنجره ، شیشه آینه) و شیشه ظروف (مثل بطری ، ظروف، حباب ، روشنایی ، وسایل شیشه ای آشپزخانه) با نسبت حدود ۴ به ۱۰ تقسیم بندی نمود .مقدار تولید شیشه های ویژه با مقایسه با شیه تخت و ظروف ناچیز است اما ارزش این محصولات بیش از ۱۰% کل برگشت سرمایه در صنعت شیشه را به خود اختصاص می دهد .
مقدار تولید ایالات متحده آمریکا در سال ۱۹۸۱ ، ۶ ۱۰* ۲/۳ تن شیشه تخت و ۶ ۱۰*۱/۱۲ تن ظرف شیشه ای بوده است . در سال ۱۹۸۵ ، آلمان غربی (سابق) ۶ ۱۰*۱/۱ تن شیشه تخت و ۶ ۱۰* ۴/۳ تن ظروف شیشه ای تولید کرده است .

اطلاعات عمومی
شیشه ، فراورده معدنی (غیرآلی) ذوب شده ای است که به صورت غیر بلورین (بی شکل) انجماد یافته است و بر خلاف مواد بلورین الگوی پراش اشعه x پخش شده از خود نشان می دهد . آرایش شبه بلور و منظم موضعی اتمها و همچنین آرایش شبه مایع و غیر تناوبی ماکروسکوپی اتمهای آن در خور توجه بوده است و به همین دلیل به عنوان یک مایع فوق تبریدی توصیف می شود .
شیشه های سیلیکانی مرسوم ترین شیشه های صنعتی مورد استفاده به شمار می آیند . این شیشه ها از شبکه سه بعدی شامل چهارو جهی های s io4 تشکیل شده اند که می توانند در اثر الحاق اکسید عناصر دیگر (مثل T io2 ,p2o5,B2o3) یا کاتیونها (مثل La3+ , Ca2+ . K+ , Na+) به شبکه یا فضاهای بین نشینی باقیمانده ، تقریبا به طور نامحدودی تغییر یابد . این ویژگی اساس طیف کاربرد گسترده و گوناگون شیشه های سیلیکاتی را بیان می دارد .

ترکیبات شیشه
از نظر صنعتی تاکنون مهم ترین شیشه یک جزئی مورد استفاده ، شیشه کوارتزی بوده است که در حقیقت تنها شیشه سیلیکاتی یک جزئی می باشد خواص دی الکتریکی و شمیایی بسیار خوب ، ضریب انبساط حرارتی پایین ، پایداری حرارتی بالا و شفافیت استثنایی بالا در برابر نور فرابنفش ، از جمله ویژگیهای در خور توجه این شیشه به شمار می رود . نقطه نرم شوندگی و دمای کارپذیری بالا ( c 2000 >) از معیب آن می باشد از این رو غالبا محصولات تف جوش شده کوارتزی مورد استفاده قرار می گیرند . این محصولات به دلیل وجود جبابهای هوا ، مات به نظر می رسند .
سایر شیشه ها (سیلیکاتی) ، جزء شیشه های چندین جزئی بوده و ترکیب آنها می تواند بسته به نوع کاربرد در محدوده وسیعی تغییر یابد .
از لحاظ صنعتی ، شیشه های معروف به سودا – لایم ، مهم ترین نوع شیشه هستند . شیشه های سودا – لایم ، ۹۰% کل تولید شیشه را به خود اختصاص داده اند و برای تولید شیشه تخت و ظروف شیشه ای به کار می روند . این شیشه ها شامل مقادیر زیادی اکسیدهای قلیایی و قلیایی خاکی ، Ca o . K2o Na2o
بوده و از لحاظ شمیایی پایدارتر از سیلیکاتهای صرفا قلیایی می باشند . افزودن مقادیر کمی اکسید آلومینیوم پایداری حرارتی شیشه را بهبود می بخشد . اکسید منیزیم تمایل به تبلور را کاهش داده و اکسیده های آهن و کروم جهت ایجاد رنگ به شیشه افزوده می شوند .
شیشه های مورد استفاده در وسایل آزمایشگاهی از لحاظ مقدار بالای اکسید بور و مقدار پایین اکسید قلیایی موجود با شیشه های دیگر متفاوت می باشند . این مسئله ، پایداری شمیایی بهتر و ضریب انبساط حرارتی کمتر را برای این نوع شیشه ها به ارمغان می آورد . اکسید بور و اکسید های قلیایی (یا قلیایی خاکی) دمای ذوب شیشه را کاهش می دهند .
شیشه های سربی ذوب می شوند و کار کردن بر روی آنها بسیار آسان است . این مسئله به همراه شاخص شکست بالا سبب گردیده تا این شیشه ها در ساخت وسایل شیشه ای دست ساز و ظریف و شیشه های اپتیکی مورد استفاده قرار گیرند . شیشه های سربی به دلیل جذب شدید تشعشع انرژی بالا ، جهت استفاده در لوله های اشعه کاتدی و پنجره های سربی (برای واحدهای هسته ای) مناسب می باشند .
شیشه های اپتیکی ، شیشه هایی همگن با کیفیت بسیار بالا هستند که از خواص اپتیکی (جذب ، پراکندگی ، شاخص شکست) کاملا مشخص و تعریف شده برخوردارند . این شیشه ها به دو گروه اصلی تقسیم بندی می شوند : شیشه فلینت یا زلال (سیلیکاتهای قلیایی سربی) و شیشه کروان یا تاج (سیلیکاتهای قلیایی) خواص اپتیکی خاص با افزودن اسید بوریک ، اسید فسفریک و فلوئوریدها قابل دستیابی است . مقادیر زیادی اکسید های خاکهای کمیاب (مثل N d2o3 , Y2o3 , La2o3) اکسید توریم IV، اکسید نئوبیمV و اکسید تانتالم V نیز غالبا به کار می روند
شیشه سرامیکها از جمله موارد ویژه به شمار می آیند این مواد اساسا از فازهای بلوری با دانه های ریز همگن تشکیل شده اند . در تولید این فراورده ها ، شیشه های پیش شکل داده شده در معرض عملیات حرارتی قرار گرفته تا جوانه های بلوری ایجاد شوند سپس با افزایش بیشتر دما ، بلورهای فوق ، عمدتا رشد می کنند . تعداد و اندازه بلورهای تشکیل شده معمولا توسط فاز جوانه زا و ترکیب شیشه تحت تاثیر قرار می گیرند . فلزات قیمتی ، (T io2 , Zro2) سولفیدها و فسفاتها در مقادیر تا ۳% به عنوان جوانه زاهایناهمگن به کار می روند شیشه های سرامیکهای شفاف از کریستالهای بسیار ریز تشکیل شده اند (اندازه بلور به قدر کافی کوچکتر از طول موج نور مرئی است مثلا n m 50 و شاخصهای شکست فازهای بلوری و بی شکل تقریبا یکسان می باشند
شیشه سرامیکهای پایداری حرارتی بالاتری نسبت به شیشه های با همان ترکیب دارند و در کل ، بر خلاف مواد سرامیکی غیر متخلخل هستند . شیشه سرامیکهای سیلیکات آلومنیم ، منیزیم و لیتیم ، از مهم ترین شیشه سرامیکهای صنعتی و وسایل آشپزخانه و سطوح اجاقها مدرن پخت و پز خانگی به شمار می آیند . این محصولات به دلیل مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی که به ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین و یا حتی منفی فاز بلوری موجود درآنها (مثل کوردیریت ، ۲Mgo . 2Al2 . 5sio2)بتا – اسپادومن Li2o ,Al2o3 ,4Sio22 نسبت داده می شود ، درخور توجه می باشند از جمله شیشه سرامیکهای دیگر به نور و قابل حک کاری انتخابی اشاره نمود .

تولید شیشه

مواد اولیه شیشه
ماسه ریزدانه جزء اصلی تمام شیشه به شمار می آید که ترجیحا به صورت اسید بوریک ، بوراکس یا کلمانیت به کار می رود . مهم ترنی مواد اولیه اکسید قلیایی شیشه کربنات سدیم کربنات پتاسیم ، آهک و دولومیت می باشد .
سولفات سدیم به عنوان عامل زلال کننده مورد استفاده قرار می گیرد .
شیشه های حاوی اکسید آلومینیم از کربنات پتاسیم ، آهک و فلدسپات سدیم و یا از سیلیکاتهای آلومینیم دیگری به صورت مصنوعی یا طبیعی تولید شده اند ، ساخته می شوند . سایر کاتیونهای مورد نیاز در تولید شیشه به صورت اکسید کربنات ، سلیکات یا فسفات (مثل Aipo4 . Zrsio4, Baco3. Pbo2 Tio12 , Zno)
افزوده می شوند . شیشه خرده ، ماده اولیه مهم دیگری است که بسیاری مقرون به صرفه است و استفاده از آن همراه با صرفه جویی در انرژی ذوب و مواد اولیه خواهد بود . مقدار شیشه خرده تولید شده در صنعت شیشه بسیار متغیر است . برای ظروف شیشه ای مقدار آن ۱۵- ۱۰% ، شیشه تخت ۳۰-۲۰% و در مورد شیشه لامپ (حباب روشنایی) ۷۰-۵۰% است . شیشه بازگردانی (شیشه ای که در خود کارخانه تولید نشده است .) نیز دارای اهمیت بوده اما صرفا می توان آن را در تولید شیشه تخت بدون هیچگونه مشکلی به کار برد . سهم شیشه بازگردانی یا بازیافتی در تولید شیشه تخت در اروپای غربی در سال ۱۹۸۳ به ۱۵-۱۰% (در برخی مناطق به ۵۰%) رسیده است که معادل ۶ ۱۰* ۵/۲ تن شیشه می باشد .
مواد اولیه شیشه به همراه اجزای تصفیه کننده وایجاد کننده رنگ در واحدهای اختلاط ، توزین شده و در مخلوط کن ها (نوع نواری یا پره ای مارپیچی) به صورت همگن مخلوط می شوند . دقت در توزین و کارامد بودن عمل اختلاط تاثیر بسزایی بر کیفیت شیشه نهایی خواهند داشت .
غالبا ۳ تا ۴% آب به مخلوط افزوده می شود تا گرد و غبار ایجاد شده را کاهش داده و همگن سازی را بهبود بخشد این عمل می تواند از طریق خشته سازی یا گندله سازی مخلوط نیز انجام گیرد .
حضور مقادیر کمی اکسیدهای نیکل ، وانادیم ، مس منگنز ، کروم و خصوصا آهم در مواد اولیه ، بسته به شرایط اکسیداسیون – احیا در مذاب شیشه ، منجر به تغییر رنگ نامطلوب شیشه خواهد شد جایگزین شوند حداکثر مقدار مجاز Fe2o3 برای شیشه های عبور دهنده نور فرابنفش ۰۰۴/۰% شیشه های عینک ۰۲/۰% و جهت شیشه پلیت ۰۱/۰% است .

رنگ بری شیمیایی
برای مقادیر کمتر از Fe2o3 1/0 % به کار می رود . در این فرایند مواد اکسید کننده ای که در دماهای بالا اکسیژن ایجاد می کنند (مثل Mno2 , Ceo2. Kno3 ) (صابون شیشه گرها) به مخلوط شیشه افزوده می شوند . این مواد آهن (I I) را به آهن (III) اکسید می کنند در مقادیر بالاتر اکسید آهن ، رنگ زرد مایل به سبز شیشه را می توان به صورت فیزیکی از طریق افزودن مواد اولیه ی که رنگها مکمل ایجاد می نماید خنثی کرد .
فرایند ذوب
فرایند ذوب را می توان به بخشهای مختلفی تقسیم بندی نمود : ذوب تصفیه ، همگن سازی و آرام سازی (کاهش دما قبل از قالب گیری) براساس نظریات جدید ، فرایند ذوب با تشکیل سیلیکات در دماهای c 900- 800 اغاز می شود در این مسیر مواد واسط یوتکتیک در واکنشهای حالت جامد و فاز مایع و به صورت تعادلی با سیلیکای واکنش نکرده دی اکسید کربن و بخار اب تشکیل می شوند ، دیگر کربنات ها و بقیه اجزاء با نقطه ذوب بالا مثل فلدسپاتها به همین شکل واکنش می نمایند .
در این واکنش ، مخلوط پس از تف جوش شدن به حالت مذاب تبدیل می شود مذابی که در دماهای C 1650 –۱۲۰۰ (بسشته به ترکیب مخلوط) به دست می آید همگن نخواهد بود .به علاوه به دلیل رطوبت و هوای موجود در مخلوط مواد اولیه و همچنین گازهای تشکیل شده حین تجزیه سولفاتها ، نیتراتها ، کربناتها و هیدراتها مذاب شامل حبابهای گاز خواهد بود .
این حبابها از طریق تصفیه کردن مذاب شیشه توسط افزودن عوامل تصفیه کننده خارج می شوند این عوامل فشار تجزیه گازها در شیشه را افزایش می دهند و گازهای آزاد شده به صورت حباب در مذاب به سمت بالا حرکت می کنند . اثر فوق می تواند با کاهش ویسکوزیته مذاب از طریق دما تحت حمایت قرار گیرد .
سولفات سدیم برای تصفیه شیشه تولید شده به صورت انبوه ، به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد وSO3 آزاد می شود . از نیترات سدیم یا پتاسیم همراه با اکسید آرسنک ( V) (شیشه های با نقطه ذوب بالاتر C1500-1450) یا اکسیدآنتیموان (III) (شیشه های با نقطه ذوب پایین تر ، C 1400-1300) نیز به این منظور استفاده می شود .
وجود ناهمگنی در مخلوط شیشه ، جدایش مذاب ، تبخیر و خوردگی دیواره کوره سبب بروز تفاوتهای موضعی در ترکیب مذاب خواهد شد . از این رو بایستی مذاب ، همگن سازی شود . این عمل برای مثال به کمک دمیدن هوا یا بخار از کف مخزن ذوب وی یا توسط اختلاط مکانیکی مذاب شیشه صورت می گیرد .

کوره های ذوب
کوره های ذوب مختلفی در صنعت شیشه مورد استفاده قرار می گیرند مخازن بزرگ بیشتر برای تولید شیشه تخت یا ظروف به کار می روند در صورتی که ترکیب شیشه در تولید غالبا تغیر کند (مثا شیشه های اپتیکی) از کوره های کوچکتر مانند کوره های پاتیلی یا روزکار استفاده می شود . کوره های ساده از لحاظ اندازه بین این دو گروه قرار می گیرند .

کوره های مخزنی
تولید انبوه شیشه در کوره های مخزنی مداوم با ظرفیت تا ۹۰۰ تن در روز برای شیشه های تخت و تا ۳۰۰ تن در روز برای ظروف شیشه ای انجام می گیرد . مخزن ذوب را محفظه مستطیلی شکل کشیده ای به ابعاد مثلا m 40* m 10و عمق m 5/1 –۵/۰ تشکیل می دهد . مخلوط مواد اولیه به طور یکنواخت از یک سر کوره وارد می شود و شیشه پس از خارج شدن از سر دیگر کوره وارد قالبها می گردد . دماهای لازم برای ذوب و تصفیه شیشه با دمای مذاب شیشه نهایی تفاوت می کند . این مسئله سبب می شود تا مخزن به مناطق ذوب و بهینه سازی تقسیم بندی شود . ذوب ، تصفیه و همگن شدن در منطقه بهینه سازی صورت می پذیرد برای تولید ظروف شیشه ای ، دو قسمت مخزن توسط دیوار خنک شونده ای که دارای یک مجرا است ، از هم جدا شده اند ، مخازن شیشه تخت بدون دیوار جدا کننده ساخته می شوند و دمای پایین تر مخزن فراوری با باز گذاشتن سقف کوره تامین می گردد . منطقه ذوب نیز می تواند به وسیله یک شناور ساخته شده از آجر نسوز تقسیم بندی شود .
این نوع کوره ها مستقیما احتراق مخلوط نفت – هوا یا گاز هوا گرم می شوند (شعله از اطراف به سطح مذاب برخورد می کند) .
گازهای داغ حاصل از احتراق از طرف مخالف خارج شده و وارد محفظه پیش گرم کننده می شود . محفظه پیش گرم کننده با شبکه ای از آجرهای نسوز پوشیده شده است .
در این محفظه ها هوای احتراق یا هوای احتراق و گاز ، پیش گرم می شوند . مسیر شعله در فواصل ۱۵ تا ۳۰ دقیقه ای معکوس می شود به طوری که گازهای حاصل از احتراق به صورت متناوب رژنراتورها را در هر قسمت گوره گرم می کنند گرم کردن الکتریکی کمکی توسط الکترودهای مولیبدنی غوطه ور در مذاب می تواند اتلاف حرارت و افت مواد در اثر تبخیر را کاهش دهد . مورد دوم به ویژه در خصوص شیشه های حاوی سرب و بور حائز اهمیت می باشد .
شاخصهای مهم کوره های مخزنی عبارتند از قدرت ذوب ویژه (حدود t/ m2 d) و مصرف گرمای ویژه

منبع:

http://bo2tahghigh.loxblog.com/post/7

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.