مراحل ساخت و تولید شیشه

ماده اولیه تولید شیشه سیلیس است که به عنوان کوارتز نیز شناخته می شود. هرچه میزان ناخالصی سیلیس کمتر باشد، شیشه شفاف تری تولید خواهد شد. مثلا مقدار آهن موجود در سیلیس باعث می شود که رنگ شیشه به سمت سبز مایل شود.هنگام کار با سیلیس باید مواظب بود تا سیلیس از طریق استنشاق در گلو یا ریه ها نفوذ نکند. سیلیس از این جهت بسیار خطرناک است و می تواند در آینده برای انسان مسکلات تنفسی ایجاد کند. البته رعایت موارد ایمنی از بروز هرگونه مشکلی جلوگیری خواهد کرد. استفاده از ماسک گزینه بسیار مناسبی برای جلوگیری از نفوذ سیلیس در ریه است.سیلیس ماده ای ارزان محسوب می شود و تهیه آن هزینه زیادی در بر نخواهد داشت. اگر امکان تهیه سیلیس خالص وجود نداشته باشد و سیلیس دارای ناخالصی آهن باشد، می توان با افزودن مقداری اکسید منگنز، از تاثیر رنگ آن جلوگیری به عمل آورد. یا اگر مایلید شیشه سبز تولید کنید، آهن موجود در آن را حفظ کنید.

سدیم کربنات و اکسید کلسیم را به سیلیس اضافه کنید. سدیم کربنات (با نام دیگر سودای شستشو) باعث کاهش دمای لازم برای تولید شیشه می شود. سدیم کربنات در مقیاس صنعتی با استفاده از سنگ آهک (کلسیم کربنات)، آمونیاک و نمک (سدیم کلرید) تولید می شود. نکته دیگری که راجع به سدیم کربنات وجود دارد، این است که اجازه می دهد آب از شیشه عبور کند، بنابراین اکسید کلسیم یا آهک نیز به ترکیب آن با سیلیس اضافه می شود. اکسید منیزیم یا آلومینیوم نیز می تواند اضافه شود تا شیشه تولید شده با دوام تر باشد. به طور کلی این مواد افزودنی از 26 تا 30 درصد ترکیب فراتر نمی روند.

مواد شیمیایی دیگری را نیز با توجه به هدفمان می توانیم به این ترکیب اضافه کنیم. به طور مثال یکی از این افزودنی ها برای تولید شیشه های تزئینی، اکسید سرب است که باعث به وجود آمدن شیشه کریستال و نرمی می شود.اکسید سرب نقطه ذوب را کاهش می دهد. لنزهای عینک ممکن است به دلیل ویژگی های انکساری آن اکسید لانتان نیاز داشته باشند. در حالی که آهن به شیشه کمک می کند تا گرما را جذب کند و رنگ شیشه را به سبز مایل می کند.

با افزودن اکسید فلزات به ترکیب اولیه، می توان شیشه را در رنگ های متفاوتی تولید کرد. همانطور که گفته شد، اضافه کردن اکسید آهن باعث سبز رنگ شدن شیشه می شود. افزودن اکسید مس با درصدهای مختلف باعث تولید شیشه زرد، قهوه ای، فیروزه ای، سیاه و سفید می شود. به طور مثال، افزودن اکسید مس با غلظت ۲-۳٪، رنگ فیروزه ای تولید می کند. همچنین افزودن نیکل، در غلظت های مختلف، باعث به وجود آمدن رنگ های آبی، بنفش یا سیاه می شود. طلا، در غلظت های بسیار کم (حدود ۰٫۰۰۱٪)، شیشه ای به رنگ روبی تولید می کند. حتی در غلظت های پایین تر، قرمز ملایم تری تولید می شود. سلنیوم یکی دیگر از مواد افزودنی مهمی است که برای ایجاد شیشه صورتی و قرمز مورد استفاده قرار می گیرد. ترکیبات نقره (به ویژه نیترات نقره) به عنوان ماده اصلی برای تولید رنگ شیشه زرد هستند. این ترکیبات می توانند طیف رنگی از نارنجی مایل به قرمز تا زرد را تولید کنند. اضافه کردن گوگرد، همراه با نمک های کربن و آهن، می تواند شیشه های زردرنگ را از طیف زرد تا تقریبا سیاه به وجود آورد. با کلسیم یک رنگ عمیق زرد می توان تولید کرد. اضافه کردن تیتانیوم شیشه زردِ قهوه ای تولید می کند. اورانیوم (۰٫۱٪ تا ۲٪) می تواند برای تولید شیشه ای به رنگ فلورسنت زرد یا سبز اضافه شود.

ترکیب را در کوره ذوب کنید. در صنعت شیشه، با استفاده از کو.ره های گازی عمل ذوب انجام می شود. در حالی که می توان با استفاده از کوره های الکتریکی نیز این کار را انجام داد. دمای ذوب سیلیس بدون افزودنی 2300 درجه سانتیگراد می باشد. اضافه کردن سدیم کربنات (سودا) باعث کاهش دمای مورد نیاز برای ساختن شیشه تا 1500 درجه سلسیوس می شود.

ایجاد یکنواختی، همگن سازي و حذف حباب ها از شیشه مذاب. می توان با افزودن برخی از مواد شیمیایی مانند سولفات سدیم، کلرید سدیم و یا اکسید آنتیموان، حباب موجود در مذاب را تعدیل کرد.

شیشه مذاب را شکل دهید. شکل دادن به شیشه را می توان به روش های مختلفی انجام داد:

شیشه را به آرامی خنک کنید. این فرآیند اصطلاحا “آنیلینگ” (annealing ) نامیده می شود که به معنی “حرارت زیاد دادن و بعد سرد کردن” است. این روش باعث می شود که هر گونه نقطه استرس که ممکن است در شیشه ایجاد شده باشد از بین برود. شیشه ای که آنیل نشده است به طور قابل توجهی ضعیف تر است. پس از اتمام این فرآیند، شیشه را می توان با روش های مختلفی نظیر سکوریت کردن، لمینیت یا دیگر روش ها از نظر مقاومت و قدرت بهبود بخشید و مورد استفاده قرار داد.دمای آنیلینگ را می توان با توجه به ترکیبات شیشه از 400 تا 550 درجه سانتیگراد در نظر گرفت. ابعاد شیشه نیز در سرد کردن شیشه موثر است به طوری که قطعات بزرگتر باید آهسته تر از قطعات کوچک سرد شوند.