الزجاج ، مادة صلبة غير عضوية عادة ما تكون شفافة أو شفافة وكذلك صلبة وهشة وخالية من العناصر الطبيعية. تم تحويل الزجاج إلى أشياء عملية وزخرفية منذ العصور القديمة ، ولا يزال مهمًا جدًا في تطبيقات مختلفة مثل تشييد المباني والأدوات المنزلية والاتصالات. يتم تصنيعه عن طريق تبريد المكونات المنصهرة مثل رمل السيليكا بسرعة كافية لمنع تكون البلورات المرئية.
البناء: الزجاج كمادة بناء
خضع الزجاج لتطور كبير في العصر الصناعي الثاني. تم صنع الزجاج الزجاجي الشفاف
يتبع علاج قصير من الزجاج. يتم التعامل مع الزجاج بالتفصيل في عدد من المقالات. يتم وصف الزجاج المعشق والجوانب الجمالية لتصميم الزجاج في الزجاج المعشق والأواني الزجاجية. تكوين الزجاج وخصائصه وإنتاجه الصناعي مغطى بالزجاج الصناعي. تتم معالجة الخصائص الفيزيائية والذرية للزجاج في مادة صلبة غير متبلورة.
تختلف أنواع الزجاج بشكل كبير في التركيب الكيميائي والصفات الفيزيائية. ومع ذلك ، فإن معظم الأصناف لها خصائص مشتركة. تمر خلال مرحلة لزجة في التبريد من حالة السيولة. يطورون تأثيرات اللون عندما يتم دمج الخلطات الزجاجية مع أكاسيد معدنية معينة ؛ تكون ، عندما تكون باردة ، موصلات فقيرة من الكهرباء والحرارة ؛ يتم كسر معظم الأنواع بسهولة عن طريق ضربة أو صدمة وتظهر كسرًا محوريًا ؛ وهي تتأثر قليلاً بالمذيبات العادية ولكن يتم مهاجمتها بسهولة بواسطة حمض الهيدروفلوريك.
تكوين الزجاج التجاري
يمكن تقسيم النظارات التجارية إلى أكواب صودا - ليمون - سيليكا ونظارات خاصة ، معظم الحمولة المنتجة من الفئة السابقة. وتتكون هذه النظارات من ثلاثة الرئيسية مواد الرمل (ثاني أكسيد السيليكون، أو شافي 2)، والحجر الجيري (كربونات الكالسيوم أو كربونات الكالسيوم 3)، وكربونات الصوديوم (نا 2 CO 3). السليكا المنصهرة نفسها زجاج ممتاز ، ولكن ، حيث أن نقطة انصهار الرمل (السيليكا البلورية) أعلى من 1700 درجة مئوية (3092 درجة فهرنهايت) ولأن الحصول على درجات الحرارة المرتفعة هذه مكلف للغاية ، فإن استخدامها يقتصر على تلك التي إن خصائصه المتفوقة - الخمول الكيميائي والقدرة على تحمل التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة - مهمة للغاية لدرجة أن التكلفة لها ما يبررها. ومع ذلك ، فإن إنتاج زجاج السيليكا المنصهر صناعة كبيرة جدًا. يتم تصنيعها بصفات مختلفة ، وعندما تكون مخصصة للأغراض البصرية ، فإن المواد الخام المستخدمة هي الكريستال الصخري بدلاً من رمل الكوارتز.
لتقليل درجة انصهار السيليكا ، من الضروري إضافة تدفق ؛ هذا هو الغرض من كربونات الصوديوم (رماد الصودا) ، الذي يوفر عامل الصوديوم أكسيد الصهر. بإضافة حوالي 25 في المائة من أكسيد الصوديوم إلى السيليكا ، يتم تقليل نقطة الانصهار من 1723 إلى 850 درجة مئوية (3133 إلى 1562 درجة فهرنهايت). لكن هذه النظارات قابلة للذوبان في الماء بسهولة (تسمى حلولها زجاج الماء). إن إضافة الجير (أكسيد الكالسيوم ، أو CaO) ، التي يوفرها الحجر الجيري ، تجعل الزجاج غير قابل للذوبان مرة أخرى ، ولكن الكثير يجعل الزجاج عرضة لإزالة النتروجين - أي ترسيب المراحل البلورية في نطاقات معينة من درجات الحرارة. التركيبة المثلى هي حوالي 75 في المائة من السيليكا ، و 10 في المائة من الجير ، و 15 في المائة من الصودا ، ولكن حتى هذا عرضة للازالة خلال عمليات تشكيل ميكانيكية معينة لتكون مرضية.
في صناعة الألواح الزجاجية ، من المعتاد استخدام 6 في المائة من الجير و 4 في المائة من المغنيسيا (أكسيد المغنيسيوم ، أو MgO) ، وفي الزجاجات الزجاجية يوجد حوالي 2 في المائة من الألومينا (أكسيد الألومنيوم ، أو Al 2 O 3). يتم أيضًا إضافة مواد أخرى ، يتم وضع بعضها للمساعدة في تكرير الزجاج (أي ، لإزالة الفقاعات التي خلفتها عملية الصهر) ، بينما تتم إضافة مواد أخرى لتحسين لونها. على سبيل المثال ، يحتوي الرمل دائمًا على الحديد كشوائب ، وعلى الرغم من أن المادة المستخدمة لصنع الزجاجات مختارة خصيصًا لمحتواها المنخفض من الحديد ، فإن الآثار الصغيرة للشوائب لا تزال تضفي لونًا أخضر غير مرغوب فيه على الحاوية ؛ باستخدام السيلينيوم وأكسيد الكوبالت مع آثار ثلاثي أكسيد الزرنيخ ونترات الصوديوم ، من الممكن تحييد اللون الأخضر وإنتاج ما يسمى بالزجاج الأبيض (إزالة اللون).
زجاج بصري ودرجات حرارة عالية
تصنع نظارات من تركيبات مختلفة للغاية ، وغالبًا ما تكون أكثر تكلفة بكثير ، عندما تكون الخصائص الفيزيائية والكيميائية الخاصة ضرورية. على سبيل المثال ، في النظارات البصرية ، هناك حاجة إلى مجموعة واسعة من التركيبات للحصول على مجموعة متنوعة من معامل الانكسار والتشتت المطلوب إذا أراد مصمم العدسات إنتاج عدسات متعددة المكونات وخالية من الأخطاء المختلفة المرتبطة بعدسة واحدة ، مثل الانحراف اللوني. تم تطوير نظارات أكسيد شفافة فائقة النقاء ، لاستخدامها في أنظمة اتصالات الألياف الضوئية ، حيث يتم إرسال الرسائل على شكل نبضات ضوئية فوق الألياف الزجاجية.
عندما يتعرض الزجاج العادي إلى تغير مفاجئ في درجة الحرارة ، يتم إنتاج ضغوط تجعله عرضة للكسر ؛ من خلال تقليل معامل التمدد الحراري ، من الممكن جعله أقل عرضة للصدمة الحرارية. الزجاج ذو معامل التمدد الأدنى عبارة عن مادة سليكا مصهورة. مثال آخر معروف هو زجاج البورسليكات المستخدم في صنع أواني الطهي المنزلية ، التي لديها معامل تمدد فقط ثلث زجاج الصودا والجير والسيليكا النموذجي. من أجل تحقيق هذا الاختزال ، يتم استبدال جزء كبير من أكسيد الصوديوم المضاف كتدفق بأكسيد البوريك (B 2 O 3) وبعض الجير بواسطة الألومينا. الزجاج الخاص المألوف الآخر هو الزجاج البلوري الرصاصي المستخدم في تصنيع أدوات المائدة الفائقة. باستخدام أول أكسيد الرصاص (PbO) كتدفق ، من الممكن الحصول على كوب ذو معامل انكسار مرتفع ، وبالتالي التألق المطلوب والتألق.
إضافة اللون والخصائص الخاصة
العوامل المستخدمة لتلوين الزجاج بشكل عام هي أكاسيد معدنية. قد ينتج نفس الأكسيد ألوانًا مختلفة بمخاليط زجاجية مختلفة ، وقد تنتج أكاسيد مختلفة من نفس المعدن ألوانًا مختلفة. إن اللون الأزرق البنفسجي للكوبالت ، والكروم الأخضر أو الأصفر للكروم ، واللون الكناري ثنائي اللون من اليورانيوم ، وبنفس المنغنيز هي ثابتة. ينتج أكسيد الحديد الأخضر زيتون أخضر أو أزرق شاحب وفقًا للزجاج الذي يختلط به. يعطي أكسيد الحديديك لونًا أصفر ولكنه يتطلب عاملًا مؤكسدًا لمنع الاختزال إلى الحالة الحديدية. يعطي الرصاص لون أصفر باهت. يعطي أكسيد الفضة بقعة صفراء دائمة. فحم نباتي مقسم بدقة مضاف إلى كوب من صودا الجير يعطي لون أصفر. Selenites و selenates يعطي وردي باهت أو أصفر وردي. يبدو أن التيلوريوم يعطي لونًا ورديًا شاحبًا. النيكل بزجاج رصاصي من البوتاس يعطي لون بنفسجي ، ولون بني مع زجاج من صودا الجير. يعطي النحاس طاووس أزرق ، والذي يصبح أخضر إذا زادت نسبة أكسيد النحاس.
فئة مهمة من المواد هي نظارات chalcogenide ، والتي هي selenides ، تحتوي على الثاليوم والزرنيخ والتيلوريوم والأنتيمون بنسب مختلفة. يتصرفون كأشباه موصلات غير متبلورة. خصائصها التوصيلية الضوئية هي أيضا قيمة.
بعض النظارات المعدنية لها خصائص مغناطيسية. خصائصها من سهولة التصنيع والنعومة المغناطيسية والمقاومة الكهربائية العالية تجعلها مفيدة في النوى المغناطيسية لمحولات الطاقة الكهربائية.
