الزجاج مادة غير عضوية وغير معدنية ليس لها بنية بلورية. تسمى هذه المواد غير المتبلورة وهي سوائل صلبة عمليا يتم تبريدها بسرعة بحيث لا يمكن أن تتشكل البلورات. تتراوح النظارات النموذجية من زجاج سيليكات الصودا والجير للزجاجات الزجاجية إلى زجاج الكوارتز عالي النقاء للغاية للألياف البصرية. يستخدم الزجاج على نطاق واسع للنوافذ والزجاجات وكؤوس الشرب وخطوط النقل والحاويات للسوائل شديدة التآكل والنظارات البصرية والنوافذ للتطبيقات النووية ، إلخ. مستعمل. تاريخيا ، كانت معظم المنتجات مصنوعة من الزجاج المنفوخ. في الآونة الأخيرة ، تم إنتاج معظم الزجاج المسطح باستخدام عملية الطفو. يتم الإنتاج الضخم للزجاجات والمنتجات الزخرفية على نطاق صناعي باستخدام عملية الزجاج المنفوخ. تصنع العناصر الزجاجية المنفوخة يدويا في مراكز الفنون / الحرف اليدوية في جميع أنحاء المملكة المتحدة.
زجاج عادي
المكون الرئيسي للزجاج هو ثاني أكسيد السيليكون (SiO 2). لطالما كان الشكل الأكثر شيوعا للسيليكا المستخدمة في إنتاج الزجاج هو الرمل.
يمكن إذابة الرمل نفسه لصنع الزجاج ، لكن درجة الحرارة التي يمكن تحقيق ذلك عندها تبلغ حوالي 1700 درجة مئوية. بإضافة مواد كيميائية أخرى إلى الرمال ، يمكن تقليل درجة حرارة الذوبان بشكل كبير. إضافة كربونات الصوديوم (Na2CO3) ، والمعروفة باسم رماد الصودا ، بكمية لصنع خليط منصهر من 75٪ سيليكا (SiO2) و 25٪ أكسيد الصوديوم (Na2O) يقلل من درجة حرارة الذوبان إلى حوالي 800 درجة مئوية. ومع ذلك ، فإن كوبا من هذه التركيبة قابل للذوبان في الماء ويسمى كوب الماء. لإعطاء الاستقرار للزجاج ، هناك حاجة إلى مواد كيميائية أخرى مثل أكسيد الكالسيوم (CaO) وأكسيد المغنيسيوم (MgO). المواد الخام لإدخال CaO و MgO هي الكربونات والحجر الجيري (CaCO3) والدولوميت (MgCO3) ، والتي تنبعث منها ثاني أكسيد الكربون في درجات حرارة عالية وتترك الأكاسيد في الزجاج.
زجاج البورسليكات:
يتكون زجاج البورسليكات من 70٪ - 80٪ سيليكا (SiO2) و 7٪ - 13٪ أكسيد البورون (B2O3) مع كميات صغيرة من أكسيد الصوديوم القلوي (الصودا) (Na2O) وأكسيد الألومنيوم (AI2O3). غالبا ما تستخدم الأواني الزجاجية في المختبرات حيث يمكن أن يؤدي التلامس المتكرر مع بخار الماء في درجات حرارة عالية إلى ترشيح الأيونات القلوية. يحتوي زجاج البورسليكات على نسبة قلوية منخفضة نسبيا ، ونتيجة لذلك ، مقاومة عالية لهجوم الماء. يتمتع زجاج البورسليكات بمقاومة استثنائية للصدمات الحرارية ، حيث يحتوي على معامل تمدد منخفض (3.3 × 10 -6 K-1) ونقطة تليين عالية. الحد الأقصى لدرجة حرارة العمل الموصى بها (على المدى القصير) لزجاج البورسليكات هو 500 درجة مئوية يتميز زجاج البورسليكات بخصائص بصرية جيدة مع القدرة على نقل الضوء عبر المنطقة المرئية من الطيف وفي النطاق القريب من الأشعة فوق البنفسجية. لذلك يستخدم على نطاق واسع في الكيمياء الضوئية. نظرا لخصائصه الحرارية والبصرية ، فإنه يستخدم على نطاق واسع لتطبيقات الإضاءة عالية الكثافة. يستخدم هذا الزجاج في صناعة الألياف الزجاجية لاستخدامها في تعزيزات البلاستيك والنسيج - انظر أدناه في المنزل ، يعرف زجاج البورسليكات في شكل مواقد وغيرها من الأدوات المنزلية المقاومة للحرارة مثل Pyrex. تستخدم هذه العناصر بشكل عام في درجات حرارة تصل إلى 250 درجة مئوية. يتمتع زجاج البورسليكات بمقاومة عالية جدا لهجوم الماء والأحماض والمحاليل الملحية والهالوجينات والمذيبات العضوية. كما أن لديها مقاومة معتدلة للقلويات. فقط حمض الهيدروفلوريك وحمض الفوسفوريك المركز الساخن والقلويات القوية تسبب تآكلا كبيرا للزجاج. هذا هو السبب في أن هذا الزجاج يستخدم على نطاق واسع في المصانع الكيماوية ومعدات المختبرات.
الخصائص العامة للزجاج
القوة الميكانيكية
الزجاج لديه قوة جوهرية كبيرة. يتم إضعافه فقط بسبب عيوب السطح ، والتي تعطي الزجاج اليومي سمعته الهشة. يمكن أن تقلل المعالجة السطحية الخاصة من آثار عيوب السطح. قوة الشد العملية للزجاج حوالي 27 ميجا باسكال إلى 62 ميجا باسكال. ومع ذلك ، يمكن للزجاج تحمل ضغوط الضغط العالية للغاية. لذلك ، فإن معظم كسر الزجاج يرجع إلى فشل قوة الشد. سبب ضعف قوة الشد للزجاج هو أنه عادة ما يتم تغطيته بالشقوق المجهرية التي تخلق تركيزات إجهاد محلية. لا يحتوي الزجاج على آليات لتقليل الضغوط المحلية العالية الناتجة ، وبالتالي فهو عرضة للكسر الهش السريع. هناك طريقتان لتقليل / القضاء على هذه المشكلة: المعالجة الحرارية أو الكيميائية للزجاج بحيث تكون الأسطح الخارجية تحت ضغط ضغط مرتفع نسبيا ، بينما تكون المنطقة الوسطى بين الأسطح تحت ضغط الشد. لذلك يتم "إغلاق الشقوق بسبب الضغط المتبقي المستمر ... إنه زجاج مقوى / مقوى. يمكن تحسين قوة الزجاج بما يصل إلى عامل 10 بهذه الطريقة. إنه يضمن عدم تشقق الأسطح الزجاجية وأن الزجاج لا يتلامس ميكانيكيا مع الأشياء أثناء الاستخدام التي يمكن أن تخدش السطح. النظارات المصنوعة بدون عيوب سطحية لها قيمة قوة
