Glas

Glasets egenskaper

Till skillnad från anisotropa kristallina kroppar har glasen isotropa egenskaper. När materialet värms upp mjuknar det gradvis och övergår kontinuerligt från ett fast-liknande tillstånd till ett tillstånd där det kan beskrivas som en superkyld, högviskös vätska. Temperaturintervallet inom vilket denna omvandling observeras är relativt smalt och är känt som glasomvandlingsintervallet. Flera signifikanta förändringar kan observeras – det finns en snabb förändring i specifik värme, brytningsindex, termisk expansionskoefficient och permittivitet. Vid temperaturer under omvandlingsintervallet är glaset hårt och sprött. När temperaturen ökar blir den mer och mer plastig tills den förvandlas till en mer rörlig vätska. Omvandlingsintervallet för kvartsglas är cirka 1500 K, medan för silikatglas är temperaturerna något lägre, cirka 800-1000 K, beroende på den exakta materialsammansättningen.

Glasets egenskaper

Både kvarts- och silikatglas har en struktur som liknar kristallina silikater. Den är sammansatt av tetraedriska SiO ₄ -grupper som ansluter för att bilda en stel tredimensionell struktur. Skillnaden är dock deras arrangemang, för till skillnad från kristallina kroppar med ett ordnat kristallgitter är grupperna som finns i glas sammankopplade på ett oordnat sätt. Glassystemet beskrivs som till synes stabilt, vilket innebär att det inte når en jämvikt, utan tenderar mot det kristallina tillståndet. Under normala förhållanden är denna process så långsam att den är omärklig. Det kan bara observeras på mycket gamla glasögon. Processens hastighet kan dock ökas med högre temperaturer på 1200-1400 K, beroende på glasets kvalitet. En märkbar förändring efter kristallisationen är en karakteristisk grumlighet och en ökad sprödhet hos glaset. Glasmassans plasticitet kan fritt ändras med lämplig bearbetningstemperatur, och den kan bildas genom blåsning, pressning etc.

Exempel på glasmaterial

1. Soda-kalkglas 12,9 %Na ₂ O (soda), 11,6 %CaO (kalk, kalciumkarbonat), 75,5 %SiO ₂ (glassand).
2. Kalium-kalciumglas, där Na ₂ O har ersatts av K ₂
3. Soda-kalium-kalkglas, som innehåller både natrium- och kaliumoxider.
4. Jena-glas 74,5%_{SiO2 ,} 8,5%_Al2O3 , 4,6%_B2O3 , 7,7%_{Na2O ,} 3,9%BaO, 0,8%CaO, 0,1%MgO.

Silikatglas

Silikatglas är den vanligaste typen av glas, som framställs genom att kvartssand smälts samman med soda Na ₂ CO ₃ och kalksten CaCO ₃ vid en temperatur av ca. 1800 K. Tack vare sådana förhållanden är det möjligt att införa kisel-, natrium- och kalciumoxider (SiO ₂ , Na ₂ O i CaO) i massan. Den grundläggande glasbildande oxiden i dess sammansättning är SiO ₂ , och dess gitter är den så kallade kisel-syrebindningen som innehåller mellanliggande jonsubstitutioner med mellanliggande modifierande joner. De kommer från ytterligare införda oxider, vilket är för att förändra glasets egenskaper.

Glasfärgning

Övergångsmetalloxidtillsatser används för att färga glaset. Koboltoxider ger en violettblå färg, dikromtrioxid ger en grön färg och järnoxider ger, beroende på förhållandena i ugnen, en grön färg i en reducerande atmosfär och en brun färg i en oxiderande atmosfär. Färgning av glaset till en rubinröd färg görs genom att använda kolloidalt dispergerat guld – glasmassan smälts, och vid sönderdelning frigörs guld i atomär fragmentering. Den är till en början färglös, men efter uppvärmning till en temperatur på ca. 800-900 K och långsam kylning blir den rubinröd. En liknande mekanism används för att producera gult glas, men kolloidalt silver används istället för guld.

Glasförstärkning

Det är möjligt att förbättra kvaliteten på glasytan och att modifiera den så att det inte finns några sprickor eller deras förskjutning. Det finns tre huvudtyper av glasförstärkningsprocesser:

1. Släckning , där materialet värms upp till höga temperaturer och sedan kyls i luft eller olja. Eftersom ytan svalnar snabbare än det inre lagret kan dess dimensioner inte matcha. Interiören sträcks av ytan och ytan komprimeras av insidan.
2. Kemisk härdning gör det möjligt att uppnå liknande effekter som härdning. Glaset placeras i ett smält salt innehållande kaliumkatjoner, t.ex. i KNO ₃ värmt i 12 timmar vid 500 ^o C. Diffusion orsakar utbyte av joner från Na ⁺ till K ⁺ när de sträcker ut den yttre ytan.
3. Glaslaminering är en metod för att placera ett skikt av polymer mellan minst två skikt av glas. Detta är möjligt på två sätt – glaset kan pressas med en polymer eller en flytande polymer kan hällas på glasskikt.

Råmaterial

De flesta av de ämnen som behövs vid glastillverkning är av mineraliskt ursprung. Dessa inkluderar: sand, kalksten, dolomit, anhydrit. Emellertid används också ämnen som är produkter från den kemiska industrin , som t.ex. läsk. För närvarande läggs också mer och mer vikt vid sekundära råvaror, det vill säga cullet . Skärp delas in i två kategorier – sönderslag som bildas i produktionsprocessen, som efter malning. är lämplig för upparbetning, och främmande cullet, dvs post-konsument material som måste rengöras och förädlas för att kunna återanvändas.

Återvinning av glas

Nyckelaspekten är att förstå att inte allt glas är återvinningsbart. Cullet är en mycket viktig sekundär råvara, men sådana material som behållare permanent kopplade till andra råvaror, keramik, linser från glas, värmebeständiga glas, glödlampor, sprutor etc. är inte lämpliga för upparbetning. Glasåtervinning är en process i flera steg, och det första steget är korrekt avfallssortering . På återvinningsanläggningen vägs avfallet och kontrolleras med avseende på lämplighet för upparbetning. Nästa steg är att krossa och ta bort etiketter och mindre smuts från tidigare separerade material. Efter inledande rengöring delas avfallet efter färg och transporteras till glasbruket. I sådana anläggningar smälts glasavfall vid 1200 ^o C till en glasmassa, av vilken nya produkter sedan bildas. Det är intressant att bearbetningen av glas, till skillnad från papper eller plast, är praktiskt taget oändlig. Efter omsmältning förändras inte glasets egenskaper.