انواع شیشه
شیشه سیلیکاتی
ماسه کوارتز (سیلیکا) ماده خام اولیه تولید شیشه‌های موجود در بازار است.
سیلیسیم دی‌اکسید (با ترکیب شیمیایی SiO۲) پایه‌ای‌ترین مادهٔ سازندهٔ شیشه است. در طبیعت، در اثر برخورد آذرخش با ماسه واکنش شیشه‌شدگی کوارتز رخ می‌دهد که در نتیجهٔ آن یک ساختار توخالی (لوله‌ای) ریشه مانند، به نام سنگ آذرخشی پدید می‌آید. شیشهٔ سیلیسی که در درجهٔ نخست از سیلیس ساخته شده‌است به دلیل داشتن دمای انتقال بالای ۱۲۰۰ درجهٔ سلسیوس، برای کاربردهای ویژه‌ای مورد نیاز است اما برای عموم چندان کاربرد ندارد[۱۸] به همین دلیل چند مادهٔ خام دیگر هم به ترکیبات آن افزوده می‌شود تا فرایند ساخت را آسان‌تر کند. یکی از این مواد سدیم کربنات (Na۲CO۳) است که دمای انتقال شیشه را پایین می‌آورد. سدیم کربنات باعث می‌شود تا شیشه در آب قابل حل شود، برای جلوگیری از این ویژگی مقداری آهک (اکسید کلسیم CaO) که از سنگ آهک به دست می‌آید، به همراه اکسید منیزیم (MgO) و آلومینا (Al۲O۳) به آن افزوده می‌شود تا شیشه پایداری بیشتری پیدا کند. شیشه در نهایت از ۷۰ تا ۷۴ درصد وزنی سیلیس ساخته شده‌است و شیشه آهک سوددار نام دارد.[۱۱] این‌گونه از شیشه ۹۰ درصد از شیشهٔ تولیدی را دربرمی‌گیرد.
شیشهٔ آهک سوددار
۷۲٪ سیلیس + ۱۴٫۲٪ اکسید سدیم (Na۲O) + منیزیم ۲٫۵٪ + آهک ۱۰٫۰٪ + آلومینا ۰٫۶٪. شفاف، به آسانی شکل می‌پذیرد و بهترین گزینه برای شیشهٔ پنجره است. انبساط گرمایی بالایی دارد و پایداری کمی در برابر گرما (۵۰۰ تا ۶۰۰ درجهٔ سانتیگراد). کاربرد در پنجره، ظرف‌های شیشه‌ای، حباب روشنایی (لامپ) و شیشهٔ لوازم دکوری موجود در خانه مانند شیشهٔ میز و …
شیشهٔ سدیم بوروسیلیکات، پیرکس
مقالهٔ اصلی: شیشه بوروسیلیکات
یک ظرف مدرج پیرکس از جنس شیشه بوروسیلیکات. شیشه‌های بوروسیلیکاتی تحمل بالایی در مقابل ترک برداشتن در اثر شوک حرارتی دارند.
شیشه‌های بوروسیلیکاتی (که بیشتر با نام‌های تجاری پیرکس، دوران و … شناخته می‌شوند) معمولاً حاوی ۵–۱۳٪ تری‌اکسید بور (B2O3) هستند.[۱۹] شیشه‌های بوروسیلیکاتی ضرایب انبساط حرارتی نسبتاً کمی دارند ({\displaystyle 3.25\times 10^{-6}}{\displaystyle 3.25\times 10^{-6}} به ازای هر درجه سلسیوس برای شیشه پیرکس در مقایسه با {\displaystyle 9\times 10^{-6}}{\displaystyle 9\times 10^{-6}} به ازای هر در جه سلسیوس برای یک شیشه آهک سوددار معمولی.[۲۰]). به همین دلیل، کمتر در معرض تنش ناشی از انبساط حرارتی قرار دارند و بنابراین در برابر ترک خوردگی در اثر شوک حرارتی آسیب‌پذیر نیستند. از آنها معمولاً در ساخت وسایل آزمایشگاهی، وسایل آشپزی خانگی و شیشه‌های چراغ‌های جلویی ماشین استفاده می‌شوند.[۱۹]
شیشه سربی یا شیشه کریستال
شیشه‌های سربی که معمولاً به آنها، «کریستال» می‌گویند، درخشندگی بسیار بالایی دارند.
افزودن اکسید سرب (II) به شیشه سیلیکاتی دمای ذوب و ویسکوزیته مذاب آن را کاهش می‌دهد.[۲۱] تراکم بالای شیشه سربی (سیلیس + اکسید سرب (PbO) + اکسید پتاسیم (K2O) + سودا (Na2O) + اکسید روی (ZnO) + آلومینا) منجر به تراکم الکترون بالا، و در نتیجه ضریب شکست بالا می‌شود، ظروف شیشه ای بسیار درخشان تر است و باعث بازتاب منظم بیشتری می‌شود و پراکندگی نوری را افزایش می‌دهد.[۲۲] شیشه سربی قابلیت ارتجاعی بالایی داشته و این امر باعث می‌شود ظروف شیشه ای کارایی بیشتری داشته باشند و هنگام برخورد صدای واضح «زنگ» ایجاد شود. با این حال، شیشه سربی نمی‌تواند به خوبی در برابر درجه حرارت بالا مقاومت کند.[۲۳]
شیشه آلومینوسیلیکات
شیشه آلومینوسیلیکات معمولاً حاوی ۵–۱۰٪ آلومینا (Al2O3) است. ذوب و شکل‌گیری شیشه آلومینوسیلیکات در مقایسه با ترکیبات بوروسیلیکات دشوارتر است، اما از مقاومت حرارتی و دوام بسیار خوبی برخوردار است.[۱۹] شیشه آلومینوسیلیکات به‌طور گسترده‌ای برای تولید فایبرگلاس،[۲۴] برای ساخت پلاستیک‌های تقویت شده با شیشه (در ساخت قایق‌ها، قلاب‌های ماهیگیری و غیره)، ظروف آشپزی روی اجاق گاز و حباب لامپ‌های هالوژن استفاده می‌شود.[۲۳][۱۹]
سایر اکسیدهای افزودنی
افزودن باریم نیز باعث افزایش ضریب شکست می‌شود. اکسید توریم باعث تولید شیشه ای با ضریب شکست بالا و پراکندگی نور کم می‌شود و به همین دلیل قبلاً در تولید لنزهای با کیفیت بالا استفاده می‌شد، اما به دلیل رادیواکتیو بودن، در عینک‌های مدرن اکسید لانتان جایگزین آن شده‌است.[۲۵] برای جذب اشعه مادون قرمز، به عنوان مثال در فیلترهای جذب کننده حرارت در پروژکتورهای فیلم، می‌توان به شیشه، مقداری آهن افزود، در حالی که از سریم(IV) اکسید برای تولید شیشه‌هایی که طول موج‌های ماورابنفش را جذب می‌کنند، می‌توان استفاده کرد.[۲۶]
شیشه-سرامیک‌ها
مقالهٔ اصلی: شیشه-سرامیک
یک رویه اجاق گاز استحکام بالا از جنس شیشه-سرامیک با انبساط حرارتی بسیار کم.
مواد شیشه-سرامیکی حاوی هر دو فاز سرامیک کریستالی و شیشه غیرِ کریستالی هستند. این مواد با هسته زایی کنترل شده کریستالی کردن جزئی شیشه پایه از طریق عملیات حرارتی ساخته می‌شوند.[۲۷]
فایبرگلاس
مقاله‌های اصلی: فایبرگلاس و پشم شیشه
فایبرگلاس نوعی ماده کامپوزیت است که در آن یک رزین پلاستیکی با الیاف شیشه ای تقویت می‌شود. برای این کار، شیشه مذاب، کشیده شده و آن را به شکل الیاف درمی‌آورند. این الیاف سپس مانند پارچه به هم بافته شده و اجازه داده می‌شود که در داخل یک رزین تثبیت شود.[۲۸][۲۹][۳۰] فایبرگلاس خاصیت عایق حرارتی و ضد خوردگی داشته و بسیار سبک‌وزن است. به همین دلیل از آن برای عایقکاری در ساختمان سازی و در ساخت قاب لوازم برقی استفاده می‌شود. فایبرگلاس در ابتدا در انگلستان و ایالات متحده در طول جنگ جهانی دوم برای تولید آنتن‌پوش استفاده می‌شد. سایر موارد استفاده از فایبرگلاس عبارتند از: مصالح ساختمانی، بدنه قایق، قطعات بدنه اتومبیل و مواد کامپوزیتی هوافضا است.[۳۱][۳۰]
شیشه‌های غیرِ سیلیکاتی
شیشه‌های کالکوژنی پایهٔ ساخت لوح فشرده ویرایش‌شونده است.
علاوه بر شیشه‌های معمولی مبتنی بر سیلیس، بسیاری از مواد معدنی و مواد آلی دیگر نیز می‌توانند شیشه تشکیل دهند، از جمله فلزات، آلومینات‌ها، فسفات‌ها، بورات‌ها، کالکوژنیدها، فلوراید‌ها، ژرمنات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر GeO2)، تلوریت‌ها (شیشه‌های مبتنی بر TeO2) ، آنتی مونات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر Sb2O3)، آرسنات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر As2O3)، تیتانات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر TiO2)، تانتالات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر Ta2O5)، نیترات‌ها، کربنات‌ها، پلاستیک‌ها، اکریلیک و بسیاری از مواد دیگر.[۳۲]
فلز شیشه‌ای
مقالهٔ اصلی: فلز شیشه‌ای
در گذشته، دسته‌های کوچکی از فلزات آمورف با مساحت جانبی بالا (روبان، سیم، فیلم و غیره) از طریق خنک سازی بسیار سریع تولید شده‌اند. سیم‌های فلزی آمورف با پاشیدن فلز مذاب بر روی دیسک فلزی در حال چرخش تولید شده‌اند. اخیراً آلیاژهای مختلفی در لایه‌هایی با ضخامت بیش از ۱ میلی‌متر تولید شده‌اند. این شیشه‌ها به عنوان شیشه‌های فلزی فله ای (bulk metallic glasses) (BMG) شناخته می‌شوند. شرکت Liquidmetal Technologies تعدادی آلیاژ BMG مبتنی بر زیرکونیوم به فروش می‌رساند. دسته‌هایی از فولاد آمورف نیز تولید شده‌است که خصوصیات مکانیکی را بیش از آنچه در آلیاژهای فولاد معمولی یافت می‌شود، از خود نشان می‌دهد.[۳۳][۳۴][۳۵]
پلیمرها
شیشه‌های مهم پلیمری شامل ترکیبات دارویی بی‌شکل و شیشه ای هستند. این ترکیبات بسیار مفید هستند زیرا حلالیت ترکیب وقتی آمورف باشد در مقایسه با همان ترکیب در حالت بلوری بسیار بیشتر است. بسیاری از داروهای نوظهور در اشکال کریستالی خود عملاً نامحلول هستند.[۳۶] بسیاری از ترموپلاستیک‌های پلیمری که استفاده روزمره دارند، نوعی شیشه هستند. در بسیاری از کاربردها، مانند بطری‌های شیشه ای یا عینک، انواع پلیمری (شیشه‌های اکریلیک، پلی کربنات یا پلی اتیلن ترفتالات) جایگزین‌های بسیار سبک تری برای شیشه‌های سنتی هستند.[۳۷]
مایعات مولکولی و نمک‌های ذوب شده
مایعات مولکولی، الکترولیت‌ها، نمک‌های مذاب و محلول‌های آبی مخلوطی از مولکول‌ها یا یون‌های مختلف هستند که شبکه کووالانسی تشکیل نمی‌دهند و فقط از طریق نیروهای ضعیف واندروالس یا از طریق پیوندهای هیدروژنی گذرا با یکدیگر تعامل دارند. در مخلوطی از سه یا چند گونه یونی با اندازه و شکل غیر مشابه، تبلور آنقدر دشوار است که مایع را می‌توان به راحتی فوق سرد کرده و آن را تبدیل به شیشه کرد.[۳۸][۳۹] برای مثال LiCl:RH2O (محلولی از نمک کلرید لیتیوم و مولکول‌های آب) در محدوده ای که R بین ۴ و ۸ باشد.[۴۰]
قالیشویی نیروهوایی
انواع شیشه
شیشه سیلیکاتی
ماسه کوارتز (سیلیکا) ماده خام اولیه تولید شیشه‌های موجود در بازار است.
سیلیسیم دی‌اکسید (با ترکیب شیمیایی SiO۲) پایه‌ای‌ترین مادهٔ سازندهٔ شیشه است. در طبیعت، در اثر برخورد آذرخش با ماسه واکنش شیشه‌شدگی کوارتز رخ می‌دهد که در نتیجهٔ آن یک ساختار توخالی (لوله‌ای) ریشه مانند، به نام سنگ آذرخشی پدید می‌آید. شیشهٔ سیلیسی که در درجهٔ نخست از سیلیس ساخته شده‌است به دلیل داشتن دمای انتقال بالای ۱۲۰۰ درجهٔ سلسیوس، برای کاربردهای ویژه‌ای مورد نیاز است اما برای عموم چندان کاربرد ندارد[۱۸] به همین دلیل چند مادهٔ خام دیگر هم به ترکیبات آن افزوده می‌شود تا فرایند ساخت را آسان‌تر کند. یکی از این مواد سدیم کربنات (Na۲CO۳) است که دمای انتقال شیشه را پایین می‌آورد. سدیم کربنات باعث می‌شود تا شیشه در آب قابل حل شود، برای جلوگیری از این ویژگی مقداری آهک (اکسید کلسیم CaO) که از سنگ آهک به دست می‌آید، به همراه اکسید منیزیم (MgO) و آلومینا (Al۲O۳) به آن افزوده می‌شود تا شیشه پایداری بیشتری پیدا کند. شیشه در نهایت از ۷۰ تا ۷۴ درصد وزنی سیلیس ساخته شده‌است و شیشه آهک سوددار نام دارد.[۱۱] این‌گونه از شیشه ۹۰ درصد از شیشهٔ تولیدی را دربرمی‌گیرد.
شیشهٔ آهک سوددار
۷۲٪ سیلیس + ۱۴٫۲٪ اکسید سدیم (Na۲O) + منیزیم ۲٫۵٪ + آهک ۱۰٫۰٪ + آلومینا ۰٫۶٪. شفاف، به آسانی شکل می‌پذیرد و بهترین گزینه برای شیشهٔ پنجره است. انبساط گرمایی بالایی دارد و پایداری کمی در برابر گرما (۵۰۰ تا ۶۰۰ درجهٔ سانتیگراد). کاربرد در پنجره، ظرف‌های شیشه‌ای، حباب روشنایی (لامپ) و شیشهٔ لوازم دکوری موجود در خانه مانند شیشهٔ میز و …
شیشهٔ سدیم بوروسیلیکات، پیرکس
مقالهٔ اصلی: شیشه بوروسیلیکات
یک ظرف مدرج پیرکس از جنس شیشه بوروسیلیکات. شیشه‌های بوروسیلیکاتی تحمل بالایی در مقابل ترک برداشتن در اثر شوک حرارتی دارند.
شیشه‌های بوروسیلیکاتی (که بیشتر با نام‌های تجاری پیرکس، دوران و … شناخته می‌شوند) معمولاً حاوی ۵–۱۳٪ تری‌اکسید بور (B2O3) هستند.[۱۹] شیشه‌های بوروسیلیکاتی ضرایب انبساط حرارتی نسبتاً کمی دارند ({\displaystyle 3.25\times 10^{-6}}{\displaystyle 3.25\times 10^{-6}} به ازای هر درجه سلسیوس برای شیشه پیرکس در مقایسه با {\displaystyle 9\times 10^{-6}}{\displaystyle 9\times 10^{-6}} به ازای هر در جه سلسیوس برای یک شیشه آهک سوددار معمولی.[۲۰]). به همین دلیل، کمتر در معرض تنش ناشی از انبساط حرارتی قرار دارند و بنابراین در برابر ترک خوردگی در اثر شوک حرارتی آسیب‌پذیر نیستند. از آنها معمولاً در ساخت وسایل آزمایشگاهی، وسایل آشپزی خانگی و شیشه‌های چراغ‌های جلویی ماشین استفاده می‌شوند.[۱۹]
شیشه سربی یا شیشه کریستال
شیشه‌های سربی که معمولاً به آنها، «کریستال» می‌گویند، درخشندگی بسیار بالایی دارند.
افزودن اکسید سرب (II) به شیشه سیلیکاتی دمای ذوب و ویسکوزیته مذاب آن را کاهش می‌دهد.[۲۱] تراکم بالای شیشه سربی (سیلیس + اکسید سرب (PbO) + اکسید پتاسیم (K2O) + سودا (Na2O) + اکسید روی (ZnO) + آلومینا) منجر به تراکم الکترون بالا، و در نتیجه ضریب شکست بالا می‌شود، ظروف شیشه ای بسیار درخشان تر است و باعث بازتاب منظم بیشتری می‌شود و پراکندگی نوری را افزایش می‌دهد.[۲۲] شیشه سربی قابلیت ارتجاعی بالایی داشته و این امر باعث می‌شود ظروف شیشه ای کارایی بیشتری داشته باشند و هنگام برخورد صدای واضح «زنگ» ایجاد شود. با این حال، شیشه سربی نمی‌تواند به خوبی در برابر درجه حرارت بالا مقاومت کند.[۲۳]
شیشه آلومینوسیلیکات
شیشه آلومینوسیلیکات معمولاً حاوی ۵–۱۰٪ آلومینا (Al2O3) است. ذوب و شکل‌گیری شیشه آلومینوسیلیکات در مقایسه با ترکیبات بوروسیلیکات دشوارتر است، اما از مقاومت حرارتی و دوام بسیار خوبی برخوردار است.[۱۹] شیشه آلومینوسیلیکات به‌طور گسترده‌ای برای تولید فایبرگلاس،[۲۴] برای ساخت پلاستیک‌های تقویت شده با شیشه (در ساخت قایق‌ها، قلاب‌های ماهیگیری و غیره)، ظروف آشپزی روی اجاق گاز و حباب لامپ‌های هالوژن استفاده می‌شود.[۲۳][۱۹]
سایر اکسیدهای افزودنی
افزودن باریم نیز باعث افزایش ضریب شکست می‌شود. اکسید توریم باعث تولید شیشه ای با ضریب شکست بالا و پراکندگی نور کم می‌شود و به همین دلیل قبلاً در تولید لنزهای با کیفیت بالا استفاده می‌شد، اما به دلیل رادیواکتیو بودن، در عینک‌های مدرن اکسید لانتان جایگزین آن شده‌است.[۲۵] برای جذب اشعه مادون قرمز، به عنوان مثال در فیلترهای جذب کننده حرارت در پروژکتورهای فیلم، می‌توان به شیشه، مقداری آهن افزود، در حالی که از سریم(IV) اکسید برای تولید شیشه‌هایی که طول موج‌های ماورابنفش را جذب می‌کنند، می‌توان استفاده کرد.[۲۶]
شیشه-سرامیک‌ها
مقالهٔ اصلی: شیشه-سرامیک
یک رویه اجاق گاز استحکام بالا از جنس شیشه-سرامیک با انبساط حرارتی بسیار کم.
مواد شیشه-سرامیکی حاوی هر دو فاز سرامیک کریستالی و شیشه غیرِ کریستالی هستند. این مواد با هسته زایی کنترل شده کریستالی کردن جزئی شیشه پایه از طریق عملیات حرارتی ساخته می‌شوند.[۲۷]
فایبرگلاس
مقاله‌های اصلی: فایبرگلاس و پشم شیشه
فایبرگلاس نوعی ماده کامپوزیت است که در آن یک رزین پلاستیکی با الیاف شیشه ای تقویت می‌شود. برای این کار، شیشه مذاب، کشیده شده و آن را به شکل الیاف درمی‌آورند. این الیاف سپس مانند پارچه به هم بافته شده و اجازه داده می‌شود که در داخل یک رزین تثبیت شود.[۲۸][۲۹][۳۰] فایبرگلاس خاصیت عایق حرارتی و ضد خوردگی داشته و بسیار سبک‌وزن است. به همین دلیل از آن برای عایقکاری در ساختمان سازی و در ساخت قاب لوازم برقی استفاده می‌شود. فایبرگلاس در ابتدا در انگلستان و ایالات متحده در طول جنگ جهانی دوم برای تولید آنتن‌پوش استفاده می‌شد. سایر موارد استفاده از فایبرگلاس عبارتند از: مصالح ساختمانی، بدنه قایق، قطعات بدنه اتومبیل و مواد کامپوزیتی هوافضا است.[۳۱][۳۰]
شیشه‌های غیرِ سیلیکاتی
شیشه‌های کالکوژنی پایهٔ ساخت لوح فشرده ویرایش‌شونده است.
علاوه بر شیشه‌های معمولی مبتنی بر سیلیس، بسیاری از مواد معدنی و مواد آلی دیگر نیز می‌توانند شیشه تشکیل دهند، از جمله فلزات، آلومینات‌ها، فسفات‌ها، بورات‌ها، کالکوژنیدها، فلوراید‌ها، ژرمنات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر GeO2)، تلوریت‌ها (شیشه‌های مبتنی بر TeO2) ، آنتی مونات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر Sb2O3)، آرسنات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر As2O3)، تیتانات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر TiO2)، تانتالات‌ها (شیشه‌های مبتنی بر Ta2O5)، نیترات‌ها، کربنات‌ها، پلاستیک‌ها، اکریلیک و بسیاری از مواد دیگر.[۳۲]
فلز شیشه‌ای
مقالهٔ اصلی: فلز شیشه‌ای
در گذشته، دسته‌های کوچکی از فلزات آمورف با مساحت جانبی بالا (روبان، سیم، فیلم و غیره) از طریق خنک سازی بسیار سریع تولید شده‌اند. سیم‌های فلزی آمورف با پاشیدن فلز مذاب بر روی دیسک فلزی در حال چرخش تولید شده‌اند. اخیراً آلیاژهای مختلفی در لایه‌هایی با ضخامت بیش از ۱ میلی‌متر تولید شده‌اند. این شیشه‌ها به عنوان شیشه‌های فلزی فله ای (bulk metallic glasses) (BMG) شناخته می‌شوند. شرکت Liquidmetal Technologies تعدادی آلیاژ BMG مبتنی بر زیرکونیوم به فروش می‌رساند. دسته‌هایی از فولاد آمورف نیز تولید شده‌است که خصوصیات مکانیکی را بیش از آنچه در آلیاژهای فولاد معمولی یافت می‌شود، از خود نشان می‌دهد.[۳۳][۳۴][۳۵]
پلیمرها
شیشه‌های مهم پلیمری شامل ترکیبات دارویی بی‌شکل و شیشه ای هستند. این ترکیبات بسیار مفید هستند زیرا حلالیت ترکیب وقتی آمورف باشد در مقایسه با همان ترکیب در حالت بلوری بسیار بیشتر است. بسیاری از داروهای نوظهور در اشکال کریستالی خود عملاً نامحلول هستند.[۳۶] بسیاری از ترموپلاستیک‌های پلیمری که استفاده روزمره دارند، نوعی شیشه هستند. در بسیاری از کاربردها، مانند بطری‌های شیشه ای یا عینک، انواع پلیمری (شیشه‌های اکریلیک، پلی کربنات یا پلی اتیلن ترفتالات) جایگزین‌های بسیار سبک تری برای شیشه‌های سنتی هستند.[۳۷]
مایعات مولکولی و نمک‌های ذوب شده
مایعات مولکولی، الکترولیت‌ها، نمک‌های مذاب و محلول‌های آبی مخلوطی از مولکول‌ها یا یون‌های مختلف هستند که شبکه کووالانسی تشکیل نمی‌دهند و فقط از طریق نیروهای ضعیف واندروالس یا از طریق پیوندهای هیدروژنی گذرا با یکدیگر تعامل دارند. در مخلوطی از سه یا چند گونه یونی با اندازه و شکل غیر مشابه، تبلور آنقدر دشوار است که مایع را می‌توان به راحتی فوق سرد کرده و آن را تبدیل به شیشه کرد.[۳۸][۳۹] برای مثال LiCl:RH2O (محلولی از نمک کلرید لیتیوم و مولکول‌های آب) در محدوده ای که R بین ۴ و ۸ باشد.[۴۰]
قالیشویی نیروهوایی
دختر ترامپ، بیل گیتس، ریانا و زاکربرگ در عروسی پسر ثروتمندترین مرد آسیا