กระจก

คุณสมบัติของแก้ว

แก้วมีคุณสมบัติไอโซทรอปิกซึ่งแตกต่างจากวัตถุที่เป็นผลึกแบบแอนไอโซทรอปิก เมื่อวัสดุได้รับความร้อน วัสดุจะค่อยๆ อ่อนตัวลงและเปลี่ยนสถานะจากสถานะคล้ายของแข็งไปเป็นสถานะที่สามารถอธิบายได้ว่าเป็นของเหลวที่มีความหนืดสูงและเย็นตัวมากอย่างต่อเนื่อง ช่วงอุณหภูมิที่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงนี้ค่อนข้างแคบและเรียกว่า ช่วงการเปลี่ยนแปลงของแก้ว สามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญหลายอย่าง – มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในความร้อนจำเพาะ ดัชนีการหักเหของแสง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน และการอนุญาต ที่อุณหภูมิต่ำกว่าช่วงการเปลี่ยนแปลง แก้วจะแข็งและเปราะ เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จะกลายเป็นพลาสติกมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกลายเป็นของเหลวที่เคลื่อนที่ได้มากขึ้น ช่วงการเปลี่ยนรูปของแก้วควอทซ์อยู่ที่ประมาณ 1,500 K ในขณะที่แก้วซิลิเกตอุณหภูมิจะต่ำกว่าเล็กน้อย คือประมาณ 800-1,000 K ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของวัสดุที่แน่นอน

คุณสมบัติของแก้ว

ทั้งแก้วควอทซ์และซิลิเกตมีโครงสร้างคล้ายผลึกซิลิเกต ประกอบด้วยกลุ่ม SiO ₄ แบบ tetrahedral ที่เชื่อมต่อกันเพื่อสร้างโครงสร้างสามมิติที่แข็งแรง อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างคือการจัดเรียงตัว เนื่องจาก ไม่เหมือนกับเนื้อผลึกที่มีตาข่ายคริสตัลแบบสั่ง กลุ่มที่อยู่ในแก้วจะเชื่อมโยงถึงกันอย่างไม่เป็นระเบียบ ระบบแก้วได้รับการอธิบายว่ามีความเสถียรอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งหมายความว่าไม่เข้าสู่สมดุล แต่มีแนวโน้มที่จะเข้าสู่สถานะผลึก ภายใต้สภาวะปกติ กระบวนการนี้จะช้ามากจนไม่สามารถสังเกตได้ สามารถสังเกตได้เฉพาะในแว่นตาที่เก่ามากเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความเร็วของกระบวนการสามารถเพิ่มได้ด้วยอุณหภูมิที่สูงขึ้น 1,200-1,400 K ขึ้นอยู่กับเกรดของแก้ว การเปลี่ยนแปลงหลังการตกผลึกที่เห็นได้ชัดเจนคือความขุ่นที่มีลักษณะเฉพาะและความเปราะบางของแก้วที่เพิ่มขึ้น ความเป็นพลาสติกของมวลแก้วสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างอิสระโดยใช้อุณหภูมิการประมวลผลที่เหมาะสม และสามารถขึ้นรูปได้ด้วยการเป่า กด ฯลฯ

ตัวอย่างวัสดุแก้ว

1. แก้วโซดาไลม์ 12.9%Na ₂ O (โซดา), 11.6%CaO (มะนาว, แคลเซียมคาร์บอเนต), 75.5%SiO ₂ (ทรายแก้ว)
2. แก้วโพแทสเซียม-แคลเซียม โดยที่ Na ₂ O ถูกแทนที่ด้วย K ₂
3. แก้วโซดาโพแทสเซียมไลม์ซึ่งมีทั้งโซเดียมและโพแทสเซียมออกไซด์
4. แก้ว Jena 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

แก้วซิลิเกต

แก้วซิลิเกต เป็นแก้วประเภทที่ใช้บ่อยที่สุด ซึ่งผลิต โดยการผสมทรายควอทซ์กับโซดา Na ₂ CO ₃ และหินปูน CaCO ₃ ที่อุณหภูมิประมาณ 1800 เค ด้วยเงื่อนไขดังกล่าว จึงเป็นไปได้ที่จะใส่ซิลิกอน โซเดียม และแคลเซียมออกไซด์ (SiO ₂ , Na ₂ O i CaO) เข้าไปในมวล ออกไซด์พื้นฐานที่ก่อตัวเป็นแก้วในองค์ประกอบคือ SiO ₂ และโครงตาข่ายของมันคือพันธะซิลิกอน-ออกซิเจนที่ประกอบด้วยการแทนที่ไอออนระดับกลางด้วยไอออนปรับค่าการแทรกสอด พวกมันมาจากออกไซด์ที่เพิ่มขึ้นซึ่งจะเปลี่ยนคุณสมบัติของแก้ว

การย้อมสีกระจก

สารเติมแต่งออกไซด์ของโลหะทรานซิชันใช้เพื่อย้อมสีกระจก โคบอลต์ออกไซด์ให้สีฟ้าอมม่วง ไดโครเมียมไตรออกไซด์ให้สีเขียว และออกไซด์ของเหล็กจะให้สีเขียวในบรรยากาศรีดิวซ์ และสีน้ำตาลในบรรยากาศออกซิไดซ์ ขึ้นอยู่กับสภาวะในเตาเผา การย้อมแก้วให้เป็นสีแดงทับทิมนั้นทำได้โดยใช้ทองคำที่กระจายคอลลอยด์ มวลแก้วจะละลาย และในระหว่างการสลายตัว ทองคำในการแตกตัวเป็นอะตอมจะถูกปลดปล่อยออกมา ในตอนแรกจะไม่มีสี แต่หลังจากอุ่นที่อุณหภูมิประมาณ 800-900 K และเย็นตัวช้าจะกลายเป็นสีแดงทับทิม มีการใช้กลไกที่คล้ายกันในการผลิตแก้วสีเหลือง แต่ใช้เงินคอลลอยด์แทนทองคำ

การเสริมแรงกระจก

เป็นไปได้ที่จะปรับปรุงคุณภาพของพื้นผิวกระจกและแก้ไขเพื่อให้ไม่มีรอยแตกหรือการเคลื่อนที่ กระบวนการเสริมแรงกระจกมีสามประเภทหลัก:

1. การชุบแข็ง ซึ่งวัสดุถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงแล้วทำให้เย็นลงในอากาศหรือน้ำมัน เนื่องจากพื้นผิวเย็นเร็วกว่าชั้นใน ขนาดจึงไม่สามารถจับคู่ได้ ภายในถูกยืดโดยพื้นผิวและพื้นผิวถูกบีบอัดโดยภายใน
2. การชุบแข็งด้วยสารเคมี ช่วยให้ได้ผลคล้ายกับการชุบแข็ง วางแก้วในเกลือที่หลอมเหลวซึ่งมีไอออนบวกโพแทสเซียม เช่น ใน KNO ₃ ที่ถูกทำให้ร้อนเป็นเวลา 12 ชั่วโมงที่ 500 ^o C การแพร่ทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนไอออนจาก Na ⁺ เป็น K ⁺ ขณะที่ยืดผิวด้านนอก
3. การเคลือบแก้ว เป็นวิธีการวางชั้นของโพลีเมอร์ระหว่างกระจกอย่างน้อยสองชั้น เป็นไปได้สองวิธี – สามารถกดกระจกด้วยโพลิเมอร์ หรือสามารถเทโพลิเมอร์เหลวลงบนชั้นกระจก

วัตถุดิบ

สารที่จำเป็นในการผลิตแก้วส่วนใหญ่มาจาก แร่ ได้แก่ ทราย หินปูน โดโลไมต์ แอนไฮไดรต์ อย่างไรก็ตาม มีการใช้สารที่เป็น ผลิตภัณฑ์ของ อุตสาหกรรมเคมี เช่น โซดา ในปัจจุบัน วัตถุดิบทุติยภูมิยังให้ความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ เช่น เศษแก้ว Cullet แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ Cullet ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิตซึ่งหลังจากบดแล้ว เหมาะสำหรับการแปรรูปซ้ำและเศษขยะต่างประเทศ เช่น วัสดุหลังการบริโภคที่ต้องทำความสะอาดและขัดเกลาเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่

การรีไซเคิลแก้ว

ประเด็นสำคัญคือการเข้าใจว่า ไม่ใช่แก้วทั้งหมดที่สามารถรีไซเคิลได้ เศษแก้วเป็นวัตถุดิบทุติยภูมิที่สำคัญมาก แต่วัสดุ เช่น ภาชนะบรรจุที่ต่อกับวัตถุดิบอื่นๆ อย่างถาวร เซรามิก เลนส์จากแก้ว แว่นตาทนความร้อน หลอดไฟ หลอดฉีดยา ฯลฯ ไม่เหมาะสำหรับการแปรรูปซ้ำ การรีไซเคิลแก้ว เป็นกระบวนการหลายขั้นตอน และขั้นตอนแรกคือ การคัดแยกขยะ อย่างเหมาะสม ที่โรงงานรีไซเคิล ของเสียจะถูกชั่งและตรวจสอบความเหมาะสมสำหรับการแปรรูปใหม่ ขั้นตอนต่อไปคือการบดและขจัดฉลากและสิ่งสกปรกเล็กน้อยจากวัสดุที่แยกไว้ก่อนหน้านี้ หลังจากทำความสะอาดเบื้องต้นแล้ว ขยะจะถูกแบ่งตามสีและขนส่งไปยังโรงแก้ว ในโรงงานดังกล่าว เศษแก้วจะหลอมละลายที่อุณหภูมิ 1200 ^o C เป็นมวลแก้ว จากนั้นจึงสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ขึ้น เป็นที่น่าสนใจว่าการแปรรูปแก้วซึ่งแตกต่างจากกระดาษหรือพลาสติกนั้นไม่มีที่สิ้นสุด หลังจากการหลอมใหม่ คุณสมบัติของแก้วจะไม่เปลี่ยนแปลง