ガラスの形成と材料分析

ガラスはもともと火山から噴出した酸性の岩石が固まってできたものです。紀元前 3700 年頃、古代エジプト人はガラスの装飾品やシンプルなガラス製品を作っていました。当時は色ガラスしかありませんでした。紀元前1000年頃、中国で無色のガラスが作られました。西暦12世紀になると商業用ガラスが登場し、工業用素材となり始めました。 18 世紀には、望遠鏡の発展のニーズを満たすために、光学ガラスが生産されました。 1873 年にベルギーで初めて板ガラスが製造されました。 1906 年に、米国はこの機械につながる板ガラスを製造しました。以来、ガラスの工業化・大量生産に伴い、さまざまな用途、さまざまな特性のガラスが次々と世に出てきました。現代において、ガラスは日常生活、生産、科学技術において重要な素材となっています。

ガラスの種類は主成分により酸化物ガラスと非酸化物ガラスに分けられます。非酸化物ガラスは種類も数量も少なく、主にカルコゲナイドガラスとハロゲン化物ガラスです。カルコゲナイド ガラスの陰イオンは主に硫黄、セレン、テルルなどであり、短波長の光を遮断し、黄色、赤色の光、近赤外線および遠赤外線を透過します。抵抗が低く、スイッチング特性とメモリー特性を備えています。ハロゲン化物ガラスは、屈折率が低く、分散が小さいため、光学ガラスとして主に使用されています。

酸化物ガラスは、ケイ酸ガラス、ホウ酸ガラス、リン酸ガラスなどに分けられます。ケイ酸ガラスとは、SiO 2 を基本成分とするガラスのことで、種類が多く、幅広い用途があります。通常、ガラス中のSiO 2 、アルカリ金属およびアルカリ土類金属酸化物の含有量の違いに応じて、次のように分類されます。 ① 石英ガラス。 SiO 2 含有量は 99.5% 以上、熱膨張係数が低く、耐熱性が高く、化学的安定性が良く、紫外光と赤外光の透過率が高く、溶融温度が高く、粘度が高く、成形が困難です。主に半導体、電気光源、光通信、レーザーなどの技術や光学機器に使用されます。 ②高石英ガラス。 SiO 2 の含有率は約96%であり、石英ガラスに近い性質を持っています。 ③ソーダライムガラス。主にSiO 2 を含み、その他に15%のNa 2 Oと16%のCaOを含みます。低コストで成形が容易で大量生産に適しており、その生産量は実用ガラスの90％を占めています。ガラス瓶、板ガラス、食器、電球などを生産できます。 ④ 鉛珪酸ガラス。主成分はSiO 2 とPbOで、最も屈折率が高く、体積抵抗が高く、金属との濡れ性が良好です。これらは、電球、真空管ステム、結晶性ガラス製品、フリント光学ガラスなどの製造に使用できます。 PbOを多く含む鉛ガラスはX線やγ線を遮蔽します。 ⑤ アルミノシリケートガラス。 SiO 2 と Al 2 O 3 を主成分とし、軟化温度が高く、放電バルブ、高温用ガラス温度計、化学燃焼管、ガラス繊維などに使用されます。 ⑥ホウケイ酸ガラス。 SiO 2 とB 2 O 3 を主成分とし、耐熱性、化学的安定性に優れています。調理器具、実験器具、金属溶接ガラスなどの製造に使用されます。ホウ酸塩ガラスは主に B 2 O 3 で構成され、融解温度が低く、ナトリウム蒸気による腐食に耐えることができます。希土類元素を含むホウ酸ガラスは、屈折率が高く、分散が低い。新しいタイプの光学ガラスです。リン酸塩ガラスは、P 2 O 5 を主成分とし、低屈折率、低分散という特性を持ち、光学機器に使用されています。

また、ガラスは性能特性に応じて強化ガラス、多孔質ガラス（海水淡水化やウイルス濾過などに使用される気孔径40程度の発泡ガラス）、導電性ガラス（電極や航空機などに使用される）に分けられます。フロントガラス）、ガラスセラミックス、オパールガラス（照明器具や装飾品などに使用）、中空ガラス（ドアや窓ガラスなどに使用）など。

製造工程 ガラス製造の主原料はガラス成形体、ガラス調整物、ガラス中間体であり、残りは副原料となります。主な原材料とは、ネットワーク、中間酸化物、およびオフネットワーク酸化物を形成するためにガラスに導入される酸化物を指します。副原料には、清澄剤、フラックス、乳白剤、着色剤、脱色剤、酸化剤、還元剤が含まれます。

ガラスの製造工程は主に以下のとおりです。 ①原料の前処理。塊状の原料を粉砕し、湿った原料を乾燥し、鉄を含む原料を脱鉄処理してガラスの品質を確保する。 ② バッチ材料の準備。 ③溶ける。ガラスバッチ材料はタンクキルンまたはるつぼキルンで高温に加熱され、成形要件を満たす均一で気泡のない液体ガラスが形成されます。 ④成形します。液状ガラスを平板、各種器具等、必要な形状の製品に加工します。 ⑤ 熱処理。アニール、急冷などのプロセスにより、ガラスの内部応力、相分離、結晶化が除去または生成され、ガラスの構造状態が変化します。