كيف يتم تصنيع الزجاج

كيف يتم تصنيع الزجاج، يتم تصنيع الزجاج بإستخدام مواد محددة ومن خلال خطوات إنتاجية معينة، وسنتعرف عليها في هذا المقال من المرحلة الأولى للمرحلة الأخيرة.

عملية الإنتاج للزجاج

الخليط

تُستخدم المواد الخام التالية لتصنيع زجاج الصودا والجير، والذي يمثل حوالي 90٪ من الزجاج المنتج:

– رمل الكوارتز كحامل SiO2 نقي تقريبًا لتشكيل الشبكة. من المهم أن الرمل قد يحتوي فقط على نسبة صغيرة من Fe2O3 (<0.05٪)، وإلا فإن اللون الأخضر المزعج يحدث في الزجاج الأبيض.-

– تعمل كربونات الصوديوم (معدن: نتريت؛ Na2CO3) كحامل لأكسيد الصوديوم، والذي يعمل كمعدل للشبكة وكتدفق، مما يقلل من نقطة انصهار SiO2. يتم إطلاق حمض الكربونيك في المصهور ويهرب من الزجاج كغاز. يمكن أيضًا إضافة الصوديوم إلى المصهور على هيئة نترات أو كبريتات.

– يوفر البوتاس (K2CO3) أكسيد البوتاسيوم للذوبان، والذي يعمل، مثل أكسيد الصوديوم، كمعدِّل وتدفق للشبكة.

– يضيف الفلسبار (NaAlSi3O8) الألومينا (Al2O3) إلى الخليط بالإضافة إلى SiO2 و Na2O. هذا يؤدي إلى زيادة صلابة الزجاج.

-يعمل Lime كمعدل للشبكة ويزيد من قوة النظارات. يحتوي Pure CaO على نقطة انصهار عالية جدًا، لذلك يتم استخدام CaCO3. عندما يذوب، يتحول إلى ثاني أكسيد الكربون وأكسيد الكالسيوم. إضافة معتدلة (10-15٪) من CaO تزيد من الصلابة.

– الدولوميت هو الناقل لـ CaO و MgO. أكسيد المغنيسيوم له خصائص مشابهة لأكسيد الكالسيوم على الذوبان.

يتم أيضًا إرجاع نفايات الزجاج أو الزجاج الخاص من فاصل الإنتاج إلى الدُفعة، نفايات الزجاج من إعادة تدوير الزجاج، ومع ذلك، فقط في صناعة زجاج الحاويات، حيث يمكن أن تزيد حصتها عن 90٪. بالإضافة إلى المواد الخام المحفوظة، ينعكس ذلك في انخفاض إستهلاك الطاقة، حيث تذوب القطع بسهولة أكثر من الخليط. تتمثل مشكلات إعادة تدوير الزجاج في ضعف فصل الألوان أو المكونات الغريبة مثل المعادن أو السيراميك أو الزجاج الخاص. تتسبب المادة الغريبة في حدوث عيوب في الزجاج بسبب الذوبان غير الكامل والتلف في خزان صهر الزجاج حيث تتغذى المعادن على الأرضية المقاومة للصهر.
يستخدم الرصاص الأحمر والبوراكس وكربونات الباريوم والأتربة النادرة أيضًا في صناعة النظارات الخاصة.

إنصهار

يتكون مصهور الزجاج من مراحل مختلفة، يبدأ الذوبان الخشن مع ذوبان الدُفعة. وهذا يشمل المصهور الخام والتجانس. بعد صهر المكونات الصلبة، يتم التكرير، حيث يتم طرد الغازات الموجودة في المصهور. يتبع ذلك بروز الزجاج، حيث يتم تبريد المادة لمزيد من التشكيل.

في خزانات الدُفعات وأفران القدر، تحدث كل هذه الخطوات بالتتابع في نفس الخزان. اليوم، تُستخدم عملية الإنتاج التاريخية هذه فقط في الإنتاج اليدوي والنظارات البصرية الخاصة بكميات صغيرة. على المستوى الصناعي، يتم إستخدام أفران تعمل بإستمرار فقط. هنا لا يتم فصل تسلسل الخطوات المذكورة أعلاه في الوقت المناسب ولكن في الفضاء. يتوافق مقدار الزجاج الذي تمت إزالته مع كمية الدُفعة المزودة.

يتم تغذية الدُفعة في خزان الصهر بإستخدام آلة شحن. تذوب المكونات المختلفة ببطء في درجات حرارة تبلغ 1480 درجة مئوية تقريبًا. حركة الحمل الحراري في الحمام الزجاجي تخلق التجانس. يمكن دعم ذلك عن طريق الفقاعات أو حقن الهواء أو الغازات في الذوبان.

في منطقة التكرير، التي تتبع منطقة الإنصهار مباشرة وغالبًا ما يتم فصلها عنها بجدار في الذوبان، يتم طرد أي فقاعات متبقية في الذوبان. بسبب اللزوجة العالية للذوبان، يحدث هذا فقط بشكل تدريجي للغاية، ودرجات الحرارة المطلوبة مرتفعة مثل نطاق الإنصهار. نظرًا لأن الزعنفة حاسمة بالنسبة لجودة الزجاج، فهناك العديد من التدابير لدعمه.

منطقة الغسيل يتبعها خزان عمل منفصل هيكليًا بشكل واضح. نظرًا لأن درجات الحرارة المنخفضة مطلوبة للتشكيل مقارنة بالصهر والتشطيب، يجب أن يبرز الزجاج مسبقًا. وهذا هو سبب تسميته أيضًا بالحوض الواقف. تسمى القناة التي تربط خزان الصهر وخزان العمل بالتدفق وتعمل وفقًا لمبدأ السيفون. في حالة أفران الزجاج المسطح، يتم فصل أفران الصهر والعمل فقط عن طريق الإنقباض، لأن التدفق قد يتسبب في حدوث اضطرابات بصرية في المنتج النهائي.

من خزان العمل، يستمر الزجاج في التدفق إلى نقطة الإزالة. في إنتاج الزجاج المجوف، هؤلاء هم الناهضون أو المغذيات. هنا، يتم إدخال القطرات في ماكينات الزجاج أدناه. في حالة الزجاج المسطح، يتدفق الزجاج فوق الشفة إلى الحمام العائم.

تشكيل

اعتمادًا على المنتج، يتشكل الزجاج بشكل مختلف. يتم التمييز بين الأكواب التي يتم ضغطها أو نفخها أو نفخها أو غزلها أو لفها.

يتم تصنيع الزجاج المجوف في عدة عمليات عن طريق الضغط والنفخ والشفط وتوليفات من هذه التقنيات. آلة IS، التي تعمل في عملية النفخ أو النفخ بالضغط، تهيمن هنا. لأدوات المائدة عالية الجودة، يتم إستخدام عمليات الضغط بالنفخ التي تعمل في الرف الدائري.
يتم إنتاج الألياف الزجاجية عن طريق الغزل باستخدام ما يسمى بعملية TEL.
يتم تصنيع الزجاج المسطح أو سحبه أو لفه أو صبّه بإستخدام عملية الطفو.
تم تصنيع الزجاج الأنبوبي بإستخدام عملية سحب مستمرة منذ عام 1912.

التبريد

في كل جسم زجاجي، تنشأ الضغوط الميكانيكية أثناء التشكيل نتيجة للإختلافات في تمدد المادة. يمكن قياس هذه الضغوط بإستخدام أجهزة إختبار الإجهاد البصري (انكسار الإجهاد). تعتمد القابلية للضغط على معامل التمدد للزجاج المعني ويجب تعويضها حرارياً.

يمكن تحديد نطاق تبريد لكل زجاج بين درجة حرارة التبريد العليا (اللزوجة 1013 مللي باسكال) ودرجة حرارة تبريد أقل (1018 مللي باسكال)، عادة بين 550 درجة مئوية و 350 درجة مئوية. يتم تقليل الضغوط من خلال التبريد البطيء المحدد في منطقة التبريد، أي التقسية.

يعتمد الوقت الذي يمكن أن يمر فيه الجسم الزجاجي عبر منطقة التبريد إلى حد كبير على درجة الحرارة المراد سدها، إعتمادًا على نوع الزجاج وقوة (سمك) الجسم. في قطاع الزجاج المجوف، يكون هذا ما بين 30 دقيقة و 100 دقيقة، مع عدسات بصرية كبيرة يبلغ قطرها 1 متر وأكثر، قد يكون التبريد البطيء لمدة عام واحدًا ضروريًا لتجنب الضغوط المرئية وبالتالي تشوهات الصورة للعدسة.

يمكن إجراء خفض درجة الحرارة المتحكم فيه بإستخدام أفران مختلفة. يتم التمييز بين أفران التبريد الدورية ومسارات التبريد المستمر. أفران التلدين مناسبة فقط للإنتاج الخاص والدُفعات الصغيرة جدًا، حيث يجب رفع الفرن إلى درجة الحرارة مرة أخرى بعد إزالة كل قطعة عمل. تستخدم مسارات التبريد صناعيا. هنا، يتم نقل الإنتاج ببطء على حصائر فولاذية (زجاج مجوف) أو لفات (زجاج مسطح) من خلال قطاعات الفرن التي يتم تسخينها على مراحل.

تشطيبات سطح الزجاج

يمكن تطبيق أجود أنواع الطلاءات المعدنية عن طريق ترسيب البخار الكيميائي والفيزيائي. يتم تطبيق الطلاءات غير الشفافة لضوء الأشعة تحت الحمراء على معظم زجاج النوافذ والسيارات بهذه الطريقة. ينعكس الإشعاع الحراري ويقل تسخين الغرف الداخلية بسبب الإشعاع الشمسي. في الوقت نفسه، يتم تقليل فقد الحرارة في الشتاء دون التأثير بشكل كبير على الشفافية.
الطلاء بمادة عازلة وهي شفافة بحد ذاتها ولكن لها معامل انكسار يختلف عن تلك الموجودة في الركيزة الزجاجية، يمكن الحصول على كل من الطلاءات العاكسة والمضادة للإنعكاس. يستخدم هذا في تصنيع عدسات النظارات والعدسات الخاصة بالكاميرات لتقليل الإنعكاسات التخريبية. للأغراض العلمية، يتم تصنيع الطبقات التي تعكس أكثر من 99.9999٪ من الضوء الساقط بطول موجي معين. بالمقابل، يمكن أيضًا تحقيق أن 99.999٪ من الضوء يمر عبر السطح.
يمكن تخشين السطح بالسفع الرملي أو بحمض الهيدروفلوريك لدرجة أن الضوء يتشتت بشدة. ثم يبدو حليبيًا ولم يعد شفافًا، لكن القليل جدًا من الضوء لا يزال ممتصًا. لذلك، غالبًا ما تستخدم هذه التقنية لأغطية المصابيح أو النوافذ غير الشفافة.

شاهد أيضاً