علم سرامیک

پودر سيليس  : پودر سيليس که ترکيب اصلی آن  می باشد بهمين شکل وارد شيشه خواهد شد. ما سيليس را بصورت دانه های طبيعی آن که از سطح زمين خارج گرديده و يا اينکه دانه های رسوبی که دراثر تغييرات جوی، بر روی کوارتزيت و کوارتز (بعنوان شن طبيعی) تشکيل يافته اند مورد بررسی قرار می دهيم.

قطعات بزرگ کوارتزيت ويا کوارتز که خردايش گرديده و بشکل پودر در آمده اند بعنوان ماده اوليه اصلی در شيشه مورد استفاده قرار می گيرند. گاه درصورت مناسب بودن شرائط، پودر سيليس با کيفيت بالا بصورت طبيعی (سيليس دريا) بعنوان بهترين گزينه  بعنوان مواد سيليسی مورد نياز شيشه فلوت محسوب می شود. اين نوع سيليس با دانه کروی و دانه بندی مناسب بدون اينکه نياز به خردايش آن باشد مستقيماً مورد استفاده قرار می گيرند. در حال حاضر پودر سيليس يا سيليس خردايش شده که به دانه بندی رسيده است با استفاده از روش تر جهت فرآوری واصلاح کيفيت آن ساخته و آماده می شود.

همانگونه که ذکر شده  ضروری ترين ماده در شيشه سازی است که شکل ساختمانی آن بصورت تترا هيدرال بوده که يک شبکه ممتد و غير منظم را بوجود آورده و اسکلت اصلی ساختمان شيشه ای را تشکيل می دهد. اين ماده بعنوان شبکه ساز اصلی خواصی ازقبيل نور گذری و شفافيت و ثبات حرارتی وشيميائی و سختی را به شيشه می دهد ضمناً  باعث کاهش ضريب انبساط حرارتی شيشه نيز می گردد.

 فلدسپار: تقريباً سه سيستم فلدسپار درطبيعت يافت می شوند که عبارتند از:

1- فلدسپار قليائی که از ذوب مخلوط فلدسپات پتاسيک و [1]anorthite بدست می آيد فلدسپار قليائی برای فلوت ترجيح داده می شود زيرا که  مورد نياز، از آن مشتق می گردد در حاليکه بطور همزمان اکسيدهای قليائی  نيز از آن بدست می آيد که برای شيشه مفيد است.

محدوده ذوب فلدسپار بين 300/تا 1100 درجه سانتيگراد است اين ماده در صورت ذوب Congruent[2] با کوارتز و سليکاتهای آلومينيوم سبب کمک به فرآيند ذوب نيز می شود. اين ماده برنگ سفيد، طوسی، قرمز روشن وصورتی متمايل بزرد وغيره يافت می شود عدد (Moh,s) سختی آن از 6 تا 5/6 و وزن مخصوص آن 76/2-55/2 سانتيمتر مکعب/ گرم است اين ماده همچنين دارای سطح پوششی شيشه ای شکل است. اکسيد آلومينيوم بعنوان يک اکسيد واسطه است و درشيشه فلوت در هر شکل فلوت در شکل تتراهيدرال آلومي نيم و با تترا هيدرال سيليس يک شبکه ممتد تشکيل می دهد. مقدار کم اکسيد آلومي نيم در شيشه می تواند بطور مؤثری تمايل شيشه را برای کريستاليزه شدن (سرد شيشه بستن) کاهش دهد و همچنين حرارتی و شيميائی ونيز سختی شيشه را بهبود بخشد. اکسيد آلومی نیم همچنين باعث پائين آوردن ضريب انبساط حرارتی گرديده وسبب کاهش خورندگی فيزيکی آجرهای نسوز کوره بوسيله شيشه مذاب می گردد.  همچنين باعث بالا رفتن گرانروی شيشه مذاب می گردد بنابراين مقدار بيش از حد آن باعث مشکلات بيشماری در فرآيند ذوب و تصفيه ونيز بروز موج و خط و ساير معايب در شيشه نهائی می گردد.

 دولوميت: در صنعت شيشه  وبخشی از  لازم از دولوميت تأمين می گردد. دولوميت معمولاً بصورت سفيد متمايل به طوسی و از نظر ظاهر بسيار مشابه آهک می باشد. وقتی دولوميت حرارت داده می شود در900-700 درجه سانتيگراد با تجربه به مخلوطی از  و  و  تبديل می گردد.

 آهک: يکی از فراوان ترين مواد اوليه شيشه که بخش قابل توجهی ازپوسته زمين را تشکيل می دهد می باشد. ترکيب شيميائی آهک خالص  است و اغلب دارای مقدار کمی  نيز می باشد. با ورود به مواد اوليه شيشه اين ماده باعث آزاد نمودن  (اکسيد کلسيم) در شيشه می شود.  بعنوان اکسيد تعديل و تثبيت کننده در شيشه بکار می رود باعث کاستن از گرانروی شيشه در درجات حرارت بالا گرديده و برای ذوب وتصفيه بسيار مفيد می باشد. مقدار کم  همچنين باعث بهبود ثبات و قدرت مکانيکی شيشه می گردد. بزرگترين مشکل  قابليت بسيار زياد آن برای پيشبرد کريستاليزاسيون در شيشه می باشد (ايجاد سرد شيشه)

کربنات سديم: سودا اش و يا کربنات سديم يکی از مواد اوليه اصلی در شيشه می باشد که باعث آزاد نمودن (اکسيد سديم) در شيشه می گردد و ترکيب شيميائی آن است. در حين عمل ذوب  به داخل شيشه راه يافته در حاليکه  آن آزاد و از ذوب خارج می گردد. کربنات سديم مصرفی در شيشه فلوت از نوع سنگين بوده و بصورت گرانول مصرف می شود. وزن مخصوص آن ازنوع سبک (5/1-1 سانتيمتر مکعب/ گرم) بيشتر بوده و دارای دانه های يکنواخت است که موجب می گردد از جدا شدن دانه ها پرهيز گردد. اين امر موجب خواهد شد که عمل ذوب با همگنی بيشتری انجام گردد کربنات سديم همچنين دارای توان زيادی از نظر ترکيب با  می باشد و عملاً سبب می گردد که سيليس در درجه حرارت پائينتری ذوب گرديده و به سيليکات سديم تبديل گردد.  نيز از جمله اکسيدهای تعديل کننده است بطوريکه  در نقاط خالی شبکه سيليس قرار می گيرد.  می تواند توليد اکسيژن آزاد نموده ونسبت به  را افزايش دهد و همانگونه که ذکر شد سبب شکستن اتصالات سيليس- اکسيژن گردد که دراثر آن ويسکوزيته کاهش يافته و عمل ذوب آسانتر انجام شود و ميل به کريستاليزاسيون کاهش يابد. افزايش مقدار ناچيزی از  سبب افزايش ضريب انبساط حرارتی شيشه می گردد و ثبات حرارتی وشيميائی وهمچنين قدرت مکانيکی شيشه کاهش می يابد. بنابراين هرگز مقدار بيش ازحد از  درشيشه توصيه نمی شود.

 سالت کيک يا سولفات سديم

در توليد شيشه فلوت مقدار کمی سولفات سديم بعنوان تصفيه کننده به مواد اوليه اضافه می گردد. سولفات سديم که دارای فرمول شيميائی  می باشد يکی ازمواد اوليه اصلی می باشد زيرا که دارای خواص سولفاتها بوده و می تواند مقداری وارد شيشه نمايد که شديداً مورد نياز ذوب مواد اوليه است. همراه با سولفات مقدار معينی مواد احياء کننده که کربن و يا ذغال باشد قبلاً با سولفات مخلوط نموده و به پچ اضافه می گردد سولفات سه نقش در ذوب دارد:

-        بعنوان فعال کننده سطح

-        ايجاد توربولانس در سطح مشترک مذاب و سولفات

-        ايجاد گاز

دو نقش آخر باعث پيشبرد همگن سازی در شيشه خواهد شد. از آنجاييکه  دارای حلاليت کمی در شيشه مذاب است مقداری مواد کف مانند (gall) در گرمترين نقطه کوره يا اطراف آن در کوره بوجود می آيد با افزودن کربن يا ذغال ا زتشکيل اين مواد کف مانند (gall) جلوگيری بعمل می آيد زيرا که کربن با سولفات ترکيب شده و تبديل به سولفيت می گردد که به سه جهت برای فرآيند ذوب مفيد است:

1-    پائین آمدن درجه حرارت تجزيه سولفات سديم

2-    شرايطی بوجود می آورد که تقريباً کليه سولفور موجود دربچ در مراحل اوليه ذوب به  تبديل گرديده و ازمذاب بصورت گاز خارج می شود و امکان ايجاد کف در قسمت ذوب و يا پديده خارج شدن ناگهانی گازها درقسمت تصفيه (reboil) را بحداقل برساند.

3-     در قسمت فوقانی مذاب بر روی کشش سطحی مؤثر بوده و سبب می گردد که حبابهای در حال صعود درست در سطح ترکيده و بالنتيجه تجمع ننموده و ايجاد کف نمی نمايد.