مقاله شیشه و کاربرد های آن

دراین مقاله ها در مورد انواع مختلف شیشه و برخی از کاربردهای آنها صحبت می کنیم. شیشه ها یکی از انواع مهم موادمهندسی محسوب می شوند. این مواد در پنجره ها، ساخت بطری، لیزرها، الیاف نوری، عایق ها، لعاب کاری (glazing) ومینا کاری (enamelihg)، چاقوی جراحی، وسایل هنری وتابلوهای راهنمایی – رانندگی استفاده می شوند. مقاله شیشه و کاربردهای آن

شیشه ها معمولا بازیافت می شوند و از این رو دوستدار محیط زیست هستند.مصریان آثار شیشه ای متنوعی بر جای گذاشته اند ولی آنها اولین کسانی نبودند که از این ماده استفاده می کردند.در دوران های دیرینه سنگی (paleolithic Times) شیشه های اولیه و شیشه های طبیعی (Obsidian: نوعی شیشه ی مصنوعی بدست آمده از آتش فشان ها ) بسیاراهمیت داشتند به خاطر اهمیت زیاد این ماده می توان گفت که شیشه نقش مهمی در شکل دهی تمدن ما داشته است.

به هر حال تعریفات مختلفی برای شیشه ها بیان شده است. دراین مقاله سعی می کنیم بگوییم چرا واژه های شیشه ای (glassy)، زجاجی (Vitreous) و آمورف (amor phous) همگی برای توصیف شیشه استفاده می شوند. همچنین سعی داریم جواب این سوال را بدهیم که: «شیشه چیست؟»

هنگام مطالعه ی این مقاله باید دو ذهنیت را داشته باشید:

۱- ادعای Sturkey:”شیشه در دماهای بالا یک محلول شیمیایی است.”

۲- اگر شیشه که مایع فوق سرد شده است، پس جامد نیست وبنابراین یک ماده ی سرامیکی نیست (اما شیشه یک ماده ی سرامیکی است)

نمونه چند صفحه از مقاله شیشه و کاربردهای آن

تعریف

 تعریف کلاسیک شیشه براساس روش تاریخی تشکیل آن انجام شده است. البته این روش تعریف یک روش بسیار غیر معقولی برای تعریف هر ماده است. این مسئله باعث شده است تا امروز شیشه به چندین روش مختلف تعریف شود:

تعریف کلاسیک: شیشه یک مایع فوق سرد شده است(Supercooled liquid) مشکل بوجود آمده دراین تعریف این است که در برخی موارد می توان یک شیشه ی ویژه را به روشی تولید کرد که هیچگاه درحالت مایع قرار نداشته باشد.

ASTM شیشه را به صورت زیر تعریف کرده است:

“شیشه یک محصول غیر آلی از ترکیبی مذاب است که بدون آنکه کریستالی شود، سرد وصلب می گردد.”
این تعریف نیز همان چیزی است که در تعریف کلاسیک آمده است. اما دراین تعریف شیشه ی پلیمری استثناء شده است. به وضوح مشخص است که استناد کردن به روش تولید برای تعریف یک گروه از مواد ایده آل و مناسب نمی باشد.

تعاریف دیگر :

۱-“شیشه یک ماده ی جامد است که نظم دوربعد از خود نشان نمی دهد.”

نداشتن نظم دوربعد یعنی ساختار شیشه درفواصل یک، دو یا سه برابر فاصله ی اجزای سازنده، دارای نظم نیست. این تعریف براساس مشاهدات حاصله از تفرق اشعه X، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و…

استوار است اما این تعریف نیز کمی قراردادی است زیرا به اندازه ی اجزاء تشکیل دهنده بستگی دارد.

۲-” شیشه یک مایع است که قابلیت جاری شدن خود را از دست داده است.”

این تعریف استوار است اما از تعریفی که بوسیله ی ASTM ارائه شده است فراگیرتر است .همچنین این تعریف از خاصیت مکانیکی برای تعریف شیشه استفاده می کند. درحقیقت این تعریف عملاً با دیدگاه فیزیک مدرن درباره ی شیشه مطابقت دارد. مقاله شیشه و کاربردهای آن

اکثر شیشه هایی که ما در مورد آنها توضیح می دهیم، شیشه های با شبکه ی اکسیدی است . (مخصوصاً سیلیکات ها) تعریف ما از چنین شیشه هایی عبارتست از:

تجمعی جامد از تتراگونال هایی است که می توانند رئوس خود را به اشتراک گذاشته و البته این مواد نظم دور بعد ندارند.

دراین مقاله ما تنها درمورد شیشه های سرامیکی بحث می کنیم اما باید بدانیم که علاوه بر شیشه های سرامیکی، شیشه های فلزی و پلیمری نیز وجود دارد. شیشه های فلزی ترکیبات پیچیده ای هستند که در آنها عمل کریستالیزاسیون انجام نشده است. این مسئله بوسیله ی سریع سرد کردن فلز مذاب بوجود می آید.(این فرآیند اسپلات کوئنچینگ نامیده می شود). درادامه به بیان ویژگی شیشه ها می پردازیم:

ساختار

 شیشه ها در اصل جامد های غیر کریستالی (یا آمورفی) هستند که در اغلب موارد از فریز شدن یک مایع فوق سرد شده بدست می آیند. دراین موارد نظم دور برد در آرایش اتمی وجود ندارد. البته نظم کوتاه برد (زیر 1nm) وجود دارد. این مواد دارای آرایش منظمی از سلولهای واحد نیستند.همانگونه که گفتیم شواهدی وجود دارد که ثابت می کند در شیشه ها نظم کوتاه برد وجود دارد.این نظم کوتاه برد به دلیل آرایش اتمی درمجاورت هر اتم (البته در فاصله ی کوتاه) بدست می آید. تلاش های فراوانی برای توصیف شیشه ها انجام شده است. که به بیان علت تشکیل شدن یا نشدن شیشه ها بحث می کند. دراین زمینه ما ازدو دیدگاه به شیشه ها نگاه می کنیم:

۱- توجه به ساختار

۲- توجه به مباحث کنیتیکی کریستالیزاسیون

درمورد اول ما به بیان هندسه ی اجزای تشکیل دهنده ی شیشه ها می پردازیم. همچنین دراین زمینه به بیان پیوندهای بین اتمی واستحکام پیوندها می پردازیم . درمورد دوم ما به بیان چگونگی دگرگونی های مایع به جامد در طی فرآیند سرد شدن می پردازیم. مقاله شیشه و کاربردهای آن

تاریخچه

شیشه ماده ای است که پیوندی عمیق با تاریخچه ی انسان دارد. یکی از شواهد این مسئله استفاده از ابسیدیان (obsidian) یک شیشه ی طبیعی توسط بشر است. هیچ کس نمی داند که اولین جسم شیشه ای در چه زمانی ساخته شده است. قدیمی ترین یافته ها به ۷۰۰۰ سال پیش از میلاد برمی گردد. (البته ممکن است یافته هایی پیش از این تاریخ نیز وجود داشته باشد). درکاوش های باستان شناسی در بین النهرین روش های تولید شیشه کشف شده است . این کارها ۴۵۰۰ سال پیش از میلاد مسیح بوده است ومربوط به روش های تولید وسایل شیشه ای بوده است نه لعاب های مورد استفاده در وسایل سفالی. استفاده از شیشه در لعاب کاری سفال حتی به دوران های پیشین می رسد.

فهرست مطالب

مقدمه

تعاریف دیگر

ساختار

تاریخچه

ویسکوزیته

شیشه ( خلاصه ای از خواص)

برخی از خواص مکانیکی شیشه

برخی از ویژگی های الکتریکی شیشه

برخی از خواص اپتیکی شیشه

مقاله شیشه و کاربردهای آن

عیوب در شیشه ها

شیشه ی غیر هموژن

شیشه ی آلومینیوم – ایتریمی

شیشه ی رنگی

شیشه ی یاقوتی یا کرانبری ( Cranberry )

شیشه ی اورانیومی یا وازلینی

لیزر شیشه ای

رسوبات در شیشه

شیشه به عنوان لعاب

زیر لعاب (underglaze)

عیب کراولینگ لعاب ( glaze craweling)

لعاب ترک خورده ( crackle glaze)

لعاب های سلادون

لعاب تنموکو

لعاب های راکو

لعاب های کریستالی ( crystalline glaze )

لعاب های اپک ( opaque glazes )

لعاب های رنگی ( Colored glazes)

لعاب نمکی ( saltglaze)

خوردگی شیشه و لعاب

انواع شیشه های سرامیکی

شیشه ی سیلیکاتی ( سودالایم)

شیشه ی سربی

شیشه ی بورانی ( شیشه ی بورو سیلیکاتی)

سیلیس فیوزد

شیشه ی فسفاتی ( phosphate – glass)

شیشه ی چالکوژیندی ( Chalcogenide glass )

شیشه ی فلورایدی ( fluoride glass )

شیشه ی طبیعی

منابع و مآخذ