יצירת זכוכית וניתוח חומרים

הזכוכית התקבלה במקור מהתמצקות של סלעים חומציים שנפלטו מהרי געש. בערך בשנת 3700 לפני הספירה, המצרים הקדמונים יצרו עיטורי זכוכית וכלי זכוכית פשוטים. באותה תקופה הייתה רק זכוכית צבעונית. בערך 1000 לפני הספירה, סין יצרה זכוכית חסרת צבע. במאה ה-12 לספירה הופיעה זכוכית מסחרית והחלה להפוך לחומר תעשייתי. במאה ה-18, על מנת לענות על הצרכים של פיתוח טלסקופים, יוצרה זכוכית אופטית. בשנת 1873, בלגיה ייצרה לראשונה זכוכית שטוחה. בשנת 1906, ארצות הברית ייצרה זכוכית שטוחה שהובילה למכונה. מאז, עם התיעוש וייצור הזכוכית בקנה מידה גדול, יצאה בזה אחר זה זכוכית במגוון שימושים ותכונות שונות. בעידן המודרני, זכוכית הפכה לחומר חשוב בחיי היומיום, בייצור ובמדע וטכנולוגיה.

סוג הזכוכית מתחלק בדרך כלל לזכוכית אוקסידית וזכוכית לא אוקסידית לפי המרכיבים העיקריים. ישנם מעט סוגים וכמויות של זכוכית שאינה תחמוצת, בעיקר זכוכית כלקוגניד וזכוכית הלידית. האניונים של זכוכית הכלקוגניד הם בעיקר גופרית, סלניום, טלוריום וכו', שיכולים לנתק אור באורך גל קצר ולהעביר אור צהוב, אדום ואור אינפרא אדום קרוב ורחוק. יש לו התנגדות נמוכה ויש לו תכונות מיתוג וזיכרון. זכוכית הליד בעלת מקדם שבירה נמוך ופיזור נמוך, והיא משמשת בעיקר כזכוכית אופטית.

זכוכית אוקסיד מחולקת לזכוכית סיליקט, זכוכית בוראט, זכוכית פוספט וכן הלאה. זכוכית סיליקט מתייחסת לזכוכית שהמרכיב הבסיסי שלה הוא SiO 2, שיש לה זנים רבים ויישומים רחבים. בדרך כלל על פי התכולה השונה של SiO 2 ותחמוצות מתכת אלקלית ואדמה אלקליין בזכוכית, היא מחולקת ל: ① זכוכית קוורץ. תכולת SiO 2 גדולה מ-99.5%, מקדם התפשטות תרמית נמוך, עמידות בטמפרטורה גבוהה, יציבות כימית טובה, העברת אור אולטרה סגול ואור אינפרא אדום, טמפרטורת התכה גבוהה, צמיגות גבוהה ודפוס קשה. הוא משמש בעיקר מוליכים למחצה, מקורות אור חשמליים, תקשורת אופטית, לייזרים וטכנולוגיות אחרות ומכשור אופטי. ②זכוכית סיליקה גבוהה. תכולת SiO 2 היא כ-96%, ותכונותיו דומות לאלו של זכוכית קוורץ. ③ כוס סודה ליים. הוא מכיל בעיקר SiO 2 ומכיל גם 15% Na 2 O ו-16% CaO. הוא נמוך בעלות, קל לעיצוב, מתאים לייצור בקנה מידה גדול, והתפוקה שלו מהווה 90% מהזכוכית המעשית. הוא יכול לייצר צנצנות זכוכית, זכוכית שטוחה, כלים, נורות וכו'. ④ זכוכית סיליקט עופרת. המרכיבים העיקריים הם SiO 2 ו-PbO, בעלי מקדם השבירה הגבוה ביותר ועמידות בנפח גבוה, ובעלי יכולת הרטבה טובה עם מתכות. הם יכולים לשמש לייצור נורות, גבעולים של צינור ואקום, כלי זכוכית גבישיים, זכוכית אופטית מצור וכו'. זכוכית עופרת המכילה כמות גדולה של PbO יכולה לחסום קרני רנטגן וקרני γ. ⑤ זכוכית אלומינוסיליקט. עם SiO 2 ו Al 2 O 3 כמרכיבים העיקריים, יש לו טמפרטורת ריכוך גבוהה והוא משמש לייצור נורות פריקה, מדי חום מזכוכית בטמפרטורה גבוהה, צינורות בעירה כימית וסיבי זכוכית. ⑥זכוכית בורוסיליקט. עם SiO 2 ו-B 2 O 3 כמרכיבים העיקריים, יש לו עמידות טובה בחום ויציבות כימית. הוא משמש לייצור כלי בישול, מכשירי מעבדה, זכוכית לריתוך מתכת וכו'. זכוכית בוראט מורכבת בעיקר מB 2 O 3, בעלת טמפרטורת התכה נמוכה ויכולה לעמוד בפני קורוזיה על ידי אדי נתרן. לזכוכית הבוראט המכילה יסודות אדמה נדירים יש מקדם שבירה גבוה ופיזור נמוך. זהו סוג חדש של זכוכית אופטית. זכוכית פוספט משתמשת ב-P 2 O 5 כמרכיב העיקרי, בעלת מקדם שבירה נמוך ופיזור נמוך, והיא משמשת במכשירים אופטיים.

בנוסף, הזכוכית מחולקת לזכוכית משוריינת, זכוכית נקבובית (כלומר זכוכית מוקצפת, בעלת גודל נקבוביות של כ-40, המשמשת להתפלת מי ים, סינון וירוסים ועוד) לפי מאפייני ביצועים, זכוכית מוליכה (המשמשת כאלקטרודות וכלי טיס שמשות קדמיות), זכוכית-קרמיקה, זכוכית אופל (משמשת למכשירי תאורה ופריטים דקורטיביים וכו') וזכוכית חלולה (המשמשת כזכוכית לדלת ולחלון) וכו'.

תהליך הייצור חומרי הגלם העיקריים לייצור זכוכית הם גופי יצירת זכוכית, התאמות זכוכית וחומרי ביניים מזכוכית, והשאר חומרי גלם נלווים. חומרי הגלם העיקריים מתייחסים לתחמוצות המוכנסות לזכוכית ליצירת הרשת, תחמוצות ביניים ותחמוצות מחוץ לרשת; חומרי גלם עזר כוללים מבהירים, שטפים, אטימות, חומרי צבע, חומרי ניקוי צבע, חומרי חמצון וחומרים מפחיתים.

תהליך ייצור הזכוכית כולל בעיקר: ①עיבוד מקדים של חומרי גלם. חומרי הגלם הגושים נמעכים, חומרי הגלם הרטובים מיובשים וחומרי הגלם המכילים ברזל עוברים עיבוד להסרת ברזל להבטחת איכות הזכוכית. ② הכנת חומרי אצווה. ③ התכה. חומר אצווה הזכוכית מחומם בטמפרטורה גבוהה בכבשן מיכל או בכבשן כור היתוך ליצירת זכוכית נוזלית אחידה ונטולת בועות העומדת בדרישות היציקה. ④ היווצרות. מעבד זכוכית נוזלית למוצרים בעלי צורות נדרשות, כגון צלחות שטוחות, כלים שונים וכו'. ⑤ טיפול בחום. באמצעות חישול, כיבוי ותהליכים אחרים, ניתן לבטל או ליצור את הלחץ הפנימי, הפרדת הפאזות או התגבשות הזכוכית, ולשנות את המצב המבני של הזכוכית.