Le terme «verre» est couramment utilisé pour les matériaux amorphes formés à la suite du refroidissement rapide d'un liquide, en contournant la phase de cristallisation. D'un point de vue structurel, le verre est un solide avec un réseau d'atomes non périodique. Les oxydes de silicium, de bore et de phosphore, c'est-à-dire SiO 2 , B 2 O 3 et P 4 O 10 , et leurs alliages avec d'autres oxydes, par exemple les métaux alcalins et les métaux alcalino-terreux, ont la capacité de former du verre (par solidification en une masse amorphe) . En tant qu'élément primaire, le sélénium, le soufre, le carbone, le silicium, le tellure, l'arsenic, le germanium, le bore et le phosphore ont des propriétés vitrifiantes. En plus des substances mentionnées précédemment, les mêmes propriétés sont observées dans certaines substances organiques hautement polymérisées, telles que le polystyrène et les composés à groupe hydroxyle, tels que la glycérine.
Les propriétés du verre
Contrairement aux corps cristallins anisotropes, les verres ont des propriétés isotropes. Au fur et à mesure que le matériau est chauffé, il se ramollit progressivement et passe continuellement d’un état semblable à un solide à un état où il peut être décrit comme un liquide super-refroidi et très visqueux. La plage de température dans laquelle cette transformation est observée est relativement étroite et est connue sous le nom de plage de transformation vitreuse. Plusieurs changements significatifs peuvent être observés – il y a un changement rapide de la chaleur spécifique, de l’indice de réfraction, du coefficient de dilatation thermique et de la permittivité. À des températures inférieures à la plage de transformation, le verre est dur et cassant. À mesure que la température augmente, il devient de plus en plus plastique jusqu’à ce qu’il se transforme en un liquide plus mobile. La plage de transformation du verre de quartz est d’environ 1500 K, tandis que pour les verres de silicate, les températures sont légèrement inférieures, autour de 800-1000 K, en fonction de la composition exacte du matériau.
Les propriétés du verre
Le quartz et le verre de silicate ont une structure ressemblant à des silicates cristallins. Il est composé de groupes SiO 4 tétraédriques qui se connectent pour former une structure tridimensionnelle rigide. La différence, cependant, est leur disposition, car contrairement aux corps cristallins avec un réseau cristallin ordonné, les groupes présents dans le verre sont interconnectés de manière désordonnée. Le système vitreux est décrit comme apparemment stable, ce qui signifie qu’il n’atteint pas d’équilibre, mais tend vers l’état cristallin. Dans des conditions normales, ce processus est si lent qu’il est imperceptible. On ne peut l’observer que sur des verres très anciens. Cependant, la vitesse du processus peut être augmentée par des températures plus élevées de 1200-1400 K, selon la qualité du verre. Un changement notable après la cristallisation est un trouble caractéristique et une fragilité accrue du verre. La plasticité de la masse de verre peut être librement modifiée en utilisant la température de traitement appropriée, et elle peut être formée par soufflage, pressage, etc.
Exemples de matériaux verriers
- Verre sodocalcique 12,9 %Na 2 O (soude), 11,6 %CaO (chaux, carbonate de calcium), 75,5 %SiO 2 (sable de verre).
- Verre potassique-calcique, où Na 2 O a été remplacé par K 2
- Verre sodo-potassique-calcique, qui contient à la fois des oxydes de sodium et de potassium.
- Verre d’Iéna 74,5 %SiO 2 , 8,5 %Al 2 O 3 , 4,6 %B 2 O 3 , 7,7 %Na 2 O, 3,9 %BaO, 0,8 %CaO, 0,1 %MgO.
Verre de silicate
Le verre de silicate est le type de verre le plus couramment utilisé, qui est produit en fusionnant du sable de quartz avec de la soude Na 2 CO 3 et du calcaire CaCO 3 à une température d’env. 1800 K. Grâce à de telles conditions, il est possible d’introduire dans la masse des oxydes de silicium, de sodium et de calcium (SiO 2 , Na 2 O i CaO). L’oxyde basique de formation de verre dans sa composition est SiO 2 , et son réseau est ce qu’on appelle la liaison silicium-oxygène qui contient des substitutions d’ions intermédiaires avec des ions modificateurs intermédiaires. Ils proviennent d’oxydes introduits en plus, ce qui est de modifier les propriétés du verre.
Coloration du verre
Des additifs d’oxyde de métal de transition sont utilisés pour colorer le verre. Les oxydes de cobalt donnent une couleur bleu-violet, le trioxyde de dichrome donne une couleur verte et les oxydes de fer, selon les conditions dans le four, donnent une couleur verte en atmosphère réductrice et une couleur brune en atmosphère oxydante. La coloration du verre à une couleur rouge rubis se fait en utilisant de l’or dispersé de manière colloïdale – la masse de verre est fondue et pendant la décomposition, l’or en fragmentation atomique est libéré. Il est initialement incolore, mais après réchauffage à une température d’env. 800-900 K et refroidissement lent, il devient rouge rubis. Un mécanisme similaire est utilisé pour produire du verre jaune, mais l’argent colloïdal est utilisé à la place de l’or. 
Renfort de verre
Il est possible d’améliorer la qualité de la surface du verre et de la modifier pour qu’il n’y ait pas de fissures ou leur déplacement. Il existe trois principaux types de procédés de renforcement du verre :
- Trempe , dans laquelle le matériau est chauffé à des températures élevées puis refroidi à l’air ou à l’huile. Étant donné que la surface refroidit plus rapidement que la couche intérieure, ses dimensions ne peuvent pas correspondre. L’intérieur est étiré par la surface et la surface est comprimée par l’intérieur.
- La trempe chimique permet d’obtenir des effets similaires à ceux de la trempe. Le verre est placé dans un sel fondu contenant des cations potassium, p .
- Le laminage de verre est une méthode consistant à placer une couche de polymère entre un minimum de deux couches de verre. Ceci est possible de deux manières : le verre peut être pressé avec un polymère, ou un polymère liquide peut être versé sur des couches de verre.
Matières premières
La plupart des substances nécessaires à la fabrication du verre sont d’ origine minérale. Ceux-ci incluent: sable, calcaire, dolomie, anhydrite. Cependant, des substances issues de l’ industrie chimique , telles que la soude , sont également utilisées. Actuellement, une importance de plus en plus grande est également accordée aux matières premières secondaires, c’est-à-dire le calcin . Le calcin est classé en deux catégories – calcin formé dans le processus de production, qui, après broyage. convient au retraitement, et le calcin étranger, c’est-à-dire le matériau post-consommation qui doit être nettoyé et raffiné afin d’être réutilisé.
Recyclage du verre
L’aspect clé est de comprendre que tout le verre n’est pas recyclable. Le calcin est une matière première secondaire très importante, mais des matériaux tels que des récipients reliés en permanence à d’autres matières premières, des céramiques, des lentilles de verres, des verres résistants à la chaleur, des ampoules, des seringues, etc. ne conviennent pas au retraitement. Le recyclage du verre est un processus en plusieurs étapes, et la première étape est un tri approprié des déchets . Au centre de recyclage, les déchets sont pesés et contrôlés pour leur aptitude au retraitement. L’étape suivante consiste à écraser et à enlever les étiquettes et les saletés mineures des matériaux précédemment séparés. Après un premier nettoyage, les déchets sont triés par couleur et transportés vers la verrerie. Dans ces installations, les déchets de verre sont fondus à 1200 o C en une masse de verre, à partir de laquelle de nouveaux produits sont ensuite formés. Il est intéressant de noter que le traitement du verre, contrairement au papier ou au plastique, est pratiquement sans fin. Après refusion, les propriétés du verre ne changent pas.
