تحقیق درباره شـــيشه

مقدمه :

شيشه به عنوان يكي از مصالحي كه از هزاران سال پيش ساخته مي‌شده، همواره مورد توجه انسان ها قرار داشته و در اعصار مختلف داراي كاربردهاي متعددي بوده است. زماني يك شيء تزئيني، زماني يك وسيله جادويي و همنطور براي در و پنجره ها ونيز چراغ هاي برق و امروز حتي در كلاه فضانوردان كاربرد داشته و دارد.

شيشه به خاطر خواص منحصر بفرد خود كه از جمله آن مي توان به شفافيت آن اشاره كرد قابليت آن را دارد كه بكاربردهاي متعددي را به خود اختصاص دهد. همينطور طيف وسيع مواد شيميايي به كار رفته و نيز پديد آمدن انواع مختلف شيشه با رنگ هاي و خواص متفاوت و نيز خواص فيزيكي گوناگون كه از شيشه هاي ايمني شروع و تا انواع ضد گلوله هم حتي ادامه مي يابد. دست بشر را در اين تنوع وطيف وسيع باز گذاشته تا جايي كه امروزه در كلان شهرها مي افزايد و قدرت خود را بر شهر تحميل ميكند.

دركشورهاي جهان سوم به پيروي از كشورهاي پيشرفته استفاده از شيشه رونق بسيار يافته اما متأسفانه كمتر به بحث هاي زيست محيطي، شهري، اقليمي و… در ارتباط با شيشه توجه شده  و اكثراً به لحاظ زيبايي و در مواردي ايمني و زيبايي از شيشه استفاده ميشود. بدون اينكه متوجه باشند كه شيشه در آينده چه خطراتي را به بار مي‌آورد. بايد دركشورهاي در حال توسعه تلاش شود تا مصالحي انتخاب گردند كه با اقليم و معماري سنتي آن كشورها در تضادي متقابل نباشد. تا از اين نظر علاوه بر فرهنگ، تمدن ومعماري اصيل بناها، شهرهايي بر طبق معيارها واستانداردها جهاني داشته باشيم.

در اين تحقيق سعي شده به مباحث تئوري به صورت اجمالي و بدور از مسائل تخصصي اين حرفه پرداخته شود و با تكيه بر شهر مقدس مشهد در كنار اين مباحث كاربردهاي وسيع شيشه در شهر مورد بررسي قرار بگيرد.

تاريخ شيشه : 

          شيشه در طبيعت بسياركمياب است اما در جاهايي كه صخره هاي مذاب به سرعت سرد شده اند (مثلاً در مجاورت آتش فشانيها) شيشه البته يافت مي شود، هر چند اين شيشه ها به قدري ناخالصي دارند كه شفاف نيستند. آدمهاي نخستين چنانچه بر حسب حسن اتفاق درمجاورت اين ذخاير شيشه طبيعي زندگي ميكردند، براي شيشه بسيار ارج قائل بودند. زيرا مي توانستند آنرا بشكنند وتكه هاي دراز  و نوك تيز آن را جدا كنند، خدنگ و تيغه چاقو و انواع ابزارها و زيورآلات از آنها بسازند در تمام نقاط دينا، از يونان گرفته تا پاتاگونيا [1] ، ابزارهايي از جنس مواد شيشه اي سخت، پيدا  شده است.

شيشه هايي كه ساخته دست مصريان و روميان باستان اند

          قديمي ترين نمونه ها از شيشه هاي ساخته دست بشر، در ميان آثار تمدنهاي باستاني خاور ميانه پيدا شده است. شايد قديمي ترين اشياء از جنس شيشه خالص، مهره هاي مصري متعلق به 2500 سال پيش از ميلاد باشد. شواهد ديگر حاكي از آن است كه مصريان از 3000 سال پيش از ميلاد و حتي زودتر از اين به توليد شيشه پرداخته اند.

          نخستين انقلاب مهم در تكنيك شيشه گري، اختراع بوري [2] بود. به احتمال زياد، اول در بابل و درنزديكهاي 200 پيش از ميلاد وبعدها درمصر از اين وسيله استفاده شده است. بوري از يك لوله آهني توخالي به طول صدالي صدو پنجاه سانتي متر و از دو قسمت – دسته و دهانه – تشكيل شده است. شيشه گر با اين وسيله، مي تواند حباب شيشه داغ را كه به سر آن زده ، از طريق باد كردن شكل دهد.

          ظاهراً شيشه گران رومي، تقريباً در تمام مراحل اصلي تكنيك شيشه گري و آذين بندي شيشه (يعني باد كردن، قالب ريزي، دستكاري با انبر آتشكاري، برش وحكاكي ، نقاشي و طلاكاري) مهارت پيدا كرده بودند. اشياء شيشه اي در مصر (مربوط به زماني كه تحت سيطره امپراطوري روم بوده)، پيدا شده اند. وشامل بشقاب، پياله، گيلاس، بطري، انگشتري، و حتي تكه هايي از شيشه پنجره و حاكي از روش تكنيكي بسيار پيشرفته اند.

          شيوه هايي اصي شكل دادن به شيشه بسيار ساده است. شيشه را مي توان به صورت تخت قالب ريزي كرد ويا در قالبي داراي شكل مورد نظر ريخت. ميتوان به كمك فشار، به شيشه شكل داد به شرطي كه داغ باشد ونارواني آن، آنقدر پايين باشد كه بتوان آن رابا فشار به داخل تورفتگي هاي قالب راند. همچنين شيشه را ميتوان با وارد كردن هوا به داخل آن شكل داد، خواه در هواي آزاد باشد ويا در قالبي كه شكل بيروني محصول منبسط شده را تعيين مي كند.

          شيشه را موقعي كه هنوز داغ است، مي توان خم كرد، تاب داد و يابه شكل لوله‌اي در آورد كه باوجود طول زياد و جداره نازك بتواند، شكل خود را حفظ كند. در دماهاي بالاتر، كم بودن نارواني شيشه، امر جوش دادن شيشه را به شيشه آسان مي سازد. به سبب همين خاصيت ارتجاعي شيشه در حالتي كه نرم وداغ است (خاصيتي كه شيشه گران رومي كاملاً به آن آگاه بودند و از آن استفاده ميكردند)است كه امروزه توليد انواع پرشمار وسايل شيشه پيچيده آزمايشگاهي و محفظه هايي با جدار نازك از قبيل حبابهاي الكتريكي امكان پذير است. 

شيشه در قرون وسطي

            متلاشي شدن امپراتوري روي، به تنزل شيشه گري انجاميد . كيفيت شيشه اي كه در اروپاي غربي توليد مي شد، بسياز پايين تر از شيشه هايي بور كه در مصر و روم توليد مي شد. اما بزرگترين موفقيتهايي كه شيشه گران قرون وسطي بدست آوردن به سبب استفاده از شيشه پنجره واستفاده ماهرانه از شيشه هاي رنگي براي اين مقصود بود. البته رنگي بودن همه شيشه هاي رنگي كه براي پنجره هاي كليساهاي بزرگ و كوچك به كار رفته اند، به سبب افزودن اكسيدها فلزي به مواد اوليه شان نيست. در قرن سيزدهم يك نوع ماده رنگي از جنس كلرايد نقره راروي سطح شيشه شفاف بكار مي بردند كه آنرا زرد طلايي بكند ويا همين ماده را به سطح شيشه آبي مي‌زدند كه آن را به سبز روشن در مي آورد و به اين ترتيب، وجود دو نوع رنگ را براي يك قطعه شيشه ممكن مي ساخت. با ظهور اسلام و گسترش آن در حدود سال 1000 ميلادي ، مصر و به ويژه اسكندريه، بار ديگر مركز شيشه گري دنيا شد. مراكز شيشه گري ديگري نيز پيدا شدند از قبيل حلب و دمشق. در خلال سده هاي بعد، شيشه گري در سراسر امپراتوري اسلامي گسترش يافت . در اين دوره، مينا كاري شيشه ها، مطلوبترين شكل آذين بندي بود و هر چند كه خودشيشه اغلب شفاف نبود، استفاده از نقوش غربي ، در اغلب موارد فوق العاده موفق بود، به ويژه براي آذين بندي لامپهايي كه روشنايي مساجد را تأمين مي كردند. پاره اي از محصولات شيشه اي را عملاً با طلا رنگ آميزي مي كردند و براي كردن نقوش  روي آنها، از يك وسيله نوك تيز فلزي استتفاده مي كردند. اما اين سنت قرون وسطايي طلا كاري و مينا كاري شيشه، از عظمتي كه در اواسط قرون چهاردهم داشت، سقوط كرد و راه شيشه، از عظمتي كه در اواسط قرون چهاردهم داشت، سقوط كرد وراه انحطاط را پيمود تا اين كه در اواخر قرن بعد تقريباً‌ از بين رفت.

ونيز رقابت با اروپا درباره شیشه

          بي شك ، تأثير باور كننده اولين جنگهاي صليبي بودكه تكان تازه اي به شيشه گري اروپا كه بيش از هزار سال راه انحراف را پيموده بود، داد و نيز در حدود سال 1200 ميلادي ، مركز عظيم شيشه گري اروپا شد.

          ونيزيها تمام مهارتهاي گم شده روميان را از نو كشف كردند. براي به وجود آوردن نقوش ظريف نوار، مارپيچي و پيچ و تاب دار در اشياء شيشه اي بي رنگ، شيشه سفيد سخي را (كه همانطور كه ديديم از افزودن قلع به ماده اوليه اش ساخته مي شد) در آنها جاي مي دادند. شيشه گران خاصيت مفتول پذيري شيشه مذاب را براي نخستين بار و بطور كامل براي تزئينات شگفت انگيز به كار گرفتند. در سطح محصول شيشه اي داغ كه در آب سرد فرو ميكردند و سپس حرارت مي دادند . شبكه اي ظريف از ترك خوردگيهاي ريز بوجود مي آمد، شبكه اي خاص يخي بود. شيشه گران ونيزي ، مينا كاري وطلا كاري را بار ديگر به اوج رساندند.

          تا همين قرن نوزدهم ، متداولترين شيوه براي تويد شيشه پنجره به صورت ورقه هاي كمابيش مسطح، عمدتاً به باد كردن متكي بود. قديمي ترين شيوه براي توليد شيشه پنجره، شيوه اي بود كه تا دومين دهه قرن نوزدهم هنچنان بكار مي رفت و در اساس تفاوت چنداني با شيوه توليد غرابه ها، و بطريها بزرگ نداشت. توده اي از شيشه را به مقداري كه لازم بود، با يك سربوري بر مي داشتند و با سر ديگر آن را باد مي كردند تا تقريباً به شكل كره اي به قطر 50 سانتي متر يا بيشتر درآيد. اين كره را دوباره حرارت مي دادند و به يك ميله شيشه گري ميزدند وبوري را از آن جدا مي‌كردند و آن را روي يك ميله قطعه فلز تخت مي گذاشتند طوري كه به شكل  يك غرابه تخت در مي آمد. سپس روزنه اي دايره اي به قطر چند سانتي متر را از ته تخت آن مي كندند آنگاه آن را  در كوره مخصوص نرم كردن شيشه به طور كلي دوباره حرارت مي دادند و نرم مي كردند. آنگاه تحت تأثير نيروي گريز از مركز، قسمتي سوراخ شده كره باز مي شد و شيشه نرم شده، قرصي شكل مي شد. معمولاً وسط اين شيشه اين شيشه بسيار ضخيم تر از لبه هاي آن بود وسطح آن پر بود از برآمدگيهاي موجي و دايره اي شكل و هم مركز. در آن مركز آن يك گره درشت (كه به آن كراون مي گفتند) وجود داشت و در آن ، ترك خوردگي اي كه به هنگام جدا كردن ميله شيشه گري پديد آمده بود، پيدا بود و دايره هاي مجاور آن ، از بر آمدگي و فرورفتگي بيشتري نسبت به قسمتهاي ديگر شيشه برخوردار بود.

روش ديگر (اما پرخرج تر) براي توليد شيشه مسطح، عبارت بود. از توليد ورقه هاي ريخته شده كه ابتدا در سال 1688 در فرانسه و بعدها در حدود سال 1770 در انگلسان پا گرفت.  در اين روش شيشه مذاب رابه وسيله ملاقه هاي آهني روي قالب كه  عبارت بود از يك ميز آهني ، مي ريختند. سپس شيشه را با غلتكهاي آهني مسطح مي كردند. سطح  شيشه اي كه اين طريق توليدمي شد، ناهموار بود و با تحمل زحمات زياد، آن را با دست سمباده مي زدند و صيقل مي دادند. از شيشه اي كه با اين طريقه  طولاني و پر خرج توليد مي شد و اما در قياس با شيشه اي كه  به طريقه باد كردن توليد مي شد بسيار مسطح تر بود، براي پنجره وبه خصوص آئينه استفاده مي كردند.

          رشد سريع جمعيت وشهر نشيني در اروپا در خلال قرن نوزدهم، تقاضا براي شيشه را بسيار افزايش داد. با كنار گذاشتن روش قديمي توليد شيشه كراون، ورقه هاي شيشه اي مسطح تري توليد شد. با روش جديد كه عبارت بود از بادكردن استوانه هاي عضيمي كه بعداً حرارت مجدد داده و از پهلو شكافته و باز مي شدند، تهيه ميكردند. اما يك طرف محصول از صيقل دادن طبيعي از طريق حرارت بي نصيب مي ماند ومسطح بودن شيشه هنوز امري نسبي بود. چين و شكن اين نوع شيشه، هر چند نسبت به اغلب شيشه هاي كراون كمتر بود، باعث مي شد كه شيشه هاي مسطح هنوز از پاره اي از ويژگيهاي اپتيكي بسيار نامطلوب برخوردار باشد. به طرف اواخر قرن نوزدهم، اين روش استوانه اي با توليد استوانه هايي بطور مكانيكي اصلاح گرديد : يك بوري راكه به يك سر آن حلقه اي فلزي نصب كرده بودند، در شيشه مذاب فرو ميكردند و به آرامي بالا مي آوردند و هواي متراكم شده رابا سرعتي نسبتاً كن در آن مي دميدند، به اين طريق مي توانستند استوانه اي خالي به ارتفاع 12 متر و قطر 75 سانتي متر بسازند.

          به سبب افزايش نمايشگاههاي بين المللي، در قرن 19 براي شيشه گران اروپايي فرصتي پيش آمد كه دستاورد –هايشان را به نمايش  بگذارند.

          شايد چشم گير ترين پيشرفت در اين دوره، در زمينه معماري صورت گرفت . كاخ كريستال (اين عمارت هيجان بر انگيز وانقلابي) توسط سرژوزف پاكسون در لندن و در سال 1851 و به عنوان محل برپايي نمايشگاههاي بزرگ بين المللي طراحي وساخته شد . كاخ كريستال نخستين ساختمان عظيم بود كه به وسيله قطعات آهني و شيشه‌اي از پيش ساخته شده ، درست شد.

          كارخانه هاي در اروپا و آمريكا در نيمه دوم قرن نوزدهم، از دو جنبه مهم با بزرگترين كراخانه هاي شيشه گري قرن هجدهم فرق داشتند. يكي ايجاد تغييراتي در كوره هاي احيا كننده كه تكامل آنها در اساس در جهت كار متالوژي بود، و هدف از اين تغييرات آن بود كه بتوان اينكوره ها را براي ذوب شيشه بكار برد و به اين ترتيب هم استفاده مؤثر ار از سوخت بشود و هم منبع پر قدرت تري از لحاظ حرارت تأمين مي‌گردد. ديگر آن كه كوره هاي  پات جاي خود رابه كوره هاي بزرگتر يعني به كوره هاي تانكي دادند.

          بعدها به سبب افزايش تقاضا ومطرح بودن مسئله توليد بلور آلات ارزان در مقياس وسيع، پيشرفتهاي ديگري صورت گرفت. در حدود سال 1827، در آمريكا شيوه اي ديگر براي توليد بلورآلات پديد آمد وبه سرعت در اروپا رواج يافت.  اين شيوه عبارت بود از ايراد فشار مكانيكي بر شيشه موقعي كه آنرا در قالب ريخته اند. با بكار بردن صفحه هاي نقش برگردان و رنگي، نقوش تزئيني را روي بلورآلات چاپ ميكردند. يكي از شيوه هاي توليد بلورآلات عبارت بود از سفت كردن شيشه از طريق سرد كردن ناگهاني آن (براي ساختن لامپهاي گازي و روغني. بنابر اين ، در سال 1900، آنچنان پيشرفتهايي در شيشه گري حاصل گرديد كه اين صنعت را در طول قرن بيستم، متحول گردانيد. پيدايش كوره هاي تانكي احيا كننده و دستگاههاي بطري سازي خودكار، ساختن استوانه هايي (به روش مكانيكي) براي توليد شيشه مسطح، و پيدايش روش سفت كردن، همه اينها دردست هم، همراه با درك روبه فزون نسبت به تركيب و ساختمان شيشه و انگيزه توليد وسيع شيشه كه ناشي از تقاضاي عظيم بود، به مكانيزه كردن و ايجاد اصلاحاتي بيشتر در صنعت شيشيه گري منجر شد و در فصل بعد ، به اين مطلب خواهيم پرداخت.

تعريف شيشه

            مسئله يافتن تعريفي جامع و كامل براي شيشه از دهها سال پيش مطرح بوده است. اما شايد هنوز هم چنين تعريفي كه مورد قبول همگان باشد يافت نشده است. يكي از تعاريف بسيار معروف كه از يوي انجمن آزمون مواد آمريكا (ASTM) در سال 1945 ميلادي پيشنهاد شد شيشه را بصورت زير تعريف مي كند:

          شيشه ماده اي غير آلي است كه از حالت مذاب طوري سرد شده است كه بدون آنكه تبلور يابد بصورت صلب در آمده است.

          شيشه يك جامد آمرف است. ماده را آمرف مي گويند كه از نظر ساختاري داراي نظم پر دامنه نباشد. امروزه هم تعريف بسيار عام شيشه بصورت جامد آمرف يا غير بلوري و هم تعريف دقيقتري كه علاوه بر آمرف بودن بروز پديده انتقال به شيشه را نيز از الزامات تعريف حالت شيشه اي مي شمارد در بين دانشمندان و پژوهشگران علم شيشه طرفداراني دارد.

تئوري هاي شيشه سازي

          اين پرسش كه از چه موادي مي توان شيشه ساخت از مدتها پيش فكر بشر را به خود مشغول كرده داشته است. پاسخ هاي داده شده به اين پرسش كه ابتدا صرفاً تجربي و فاقد علمي بودند به تدريج با پيشرفت دانش شيشه علمي تر ، دقيق تر و كاملتر شدند. مهمترين تئوري هاي شيشه سازي كه كم بيش متكي به پايه هاي علمي هستند را ميتوان بصورت زير خلاصه كرد.

تئوريهاي ساختاري شيشه سازي

الف – تئوري گلداسميتدر شیشه سازی

ب ـ تئوري شبكه نامنظم زاكارياسن در شیشه سازی

قوانين زاكارياسن در شيشه سازي:

       1.         هيچ آنيوني اكسيژني نبايد به بيش زا دو كاتيون وصل شود.

       2.         تعداد اكسيژني هاي اطراف كاتيون بايد كم باشد.

       3.         چند وجهي هاي اكسيژن بايد فقط رئوس خود را به اشتراك بگذارند ونه يالها وجوه خود را.

       4.         حداقل بايد سه رأس هر چند وجهي به اشتراك گذاشته شود.

تئوريهاي شيش سازي بر اساس استحكام اتصال

الف – شيشه سان

ب – تئوري راوسون

تئوري كينيتكي شيشه سازي

          مطابق اين تئوري مسئله اينكه مايعي به هنگام سرد شدن پيش از رسيدن به دماي Tg تبلور بيابد يا خير دقيقاً يك مسئله كينيتكي است كه از يك سو بستگي به سرعت جوانه زني ورشد بلور سازي و از سوي ديگر سرعت خارج كردن انرژي حرارتي از سيستم دارد. Turnball در مقاله بسيار مشهور خود دراين مورد مي نويسد كه درهر دسته اي از مواد كه برحسب نوع اتصال مي توانند به گروههاي كوالانت، يوني، فلزي، واندروالز و اتصال هيدروژني تقسيم بندي گردند مي توان موادي كه شيشه ساز هستند يافت. سرعت سرد كردن، تمركز جوانه ها، برخي از خواص ماده مانند كشش سطحي سطح مشترك بلور – مايع، انتروپي ذوب و غيره بعنوان عوامل مؤثر و مهمي كه توانايي مايعات مختلف را از نظر شيشه سازي تحت تأثير قرار مي دهند ذكر شده اند. اين نوع برخورد با مسئله شيشه سازي به جاي آنكه به اين پرسش پاسخ دهد كه آيا يك مايع بخصوص بايد با چه سرعتي سرد شود تاتبديل به شيشه گردد (با جلوگيري از عمل تبلور). يعني از نظر تئوري كينيتكي شيشه سازي ، هر ماده‌اي ميتواند به شيشه تبديل شود به شرط اينكه با سرعت كافي (كه بتواند مانع از تبلور آن شود) سرد گردد. همانگونه كه ذكر شد مسئله تبلور (يا انجماد حقيقي) كه هنگام سرد شدن مايعي به زير دماي تعادلي پايداري آن (دماي انجماد يا دماي ليكويدوس) اتفاق مي افتد بستگي به دو فرايند دارد كه عبارت است از جوانه زني و رشد.

جوانه زني شیشه

       1.          جوانه زني هموژن

       2.         جوانه زني هتروژن

رشد بلورها:

       1.         رشد طبيعي

       2.         رشد همراه با جوانه زني سطحي

       3.         رشد با استفاده از نابجائي هاي پيچي

تركيبات شيشه

      با توجه به تعريفي كه به صورت كلي از شيشه به عمل آمده، معلوم مي شود كه از تركيب و ذوب خيلي از عناصر بتوان شيشه را بدست آورد. بطوريكه تاكنون در حدود 6500 نوع تركيب مختلف براي ساخت عناصر شيشه پيشنهاد شده وخواص آنها ثبت گرديده، با نگاه به جدول عناصر كمتر عناصري را مي توان يافت كه از آن شيشه بدست نيايد ولي سه عنصر كربنات دو سود، سنگ آهك و سيليس مواد اصلي تشكيل دهنده شيشه مي باشد كه در اكثر كارخانه هاي شيشه سازي مورد استفاده قرار مي گيرند.

      اصولاً مي توان از دو نوع تركيب اصلي براي ساختن شيشه كه عموميت بيشتري دارد  نام برد، يكي آهك كربنات دو سود و سيليس و ديگري پتاس، اكسيد سرب و سيليس مي باشند . همانطوري كه ملاحظه مي شود سيليس در هر دو گروه مشترك بوده و ماده اصلي شيشه راتشكيل مي دهد. به عبارت ديگر تركيباتي تشكيل دهنده شيشه عبارتند از :

       1.         سيليس : كه ماده اصلي تشكيل دهنده شيشه است.

       2.         كربنات سديم: كه نقش كمك ذوب را در توليد شيشه دارد.

       3.         دولوميت: كه به عنوان تأمين كننده اكسيد سديم و اكسير منيزيم به كار مي‌رود.

       4.         آهك : تثبيت كننده ميزان اكسيد كلسيم در شيشه.

       5.         سولفات سديم: مانع ايجاد و تشكيل سرباره در سطح شيشه مذاب در مرحله تصفيه مي شود.

       6.         زغال : به عنوان برطرف كننده حباب مي باشد.

       7.         نيترات : زمينه رابراي دريافت مواد بيرنگ كننده آماده مي كنند.

       8.         مواد بيرنگ كننده : كه مخلوطي از اكسيد سلنيوم، اكسيد كبالت و پودر آرسنيك ميباشد.

       9.         شيشه خورده: كه در حقيقت به عنوان كمك ذوب اصلي و خمير مايه ابتدايي براي خمير شيشه مورد مصرف قرار مي گيرد.

شيوه هاي توليد

      در اين فصل نظري مي افكنيم به مراحل ذوب شيشه، و به روشهاي گوناگون براي كار كردن روي شيشه مذاب از جمله شيوه هاي توليد شيشه هاي مسطح و رشته  رشته، وبه پرداخت زدن و سرد كردن شيشه و به صورت چند لايه در آوردن و تزئين كردن آن.

      از آنجا كه هدف اصلي از ذوب شيشه، تبديل اين موادخام به خميري يك دست است، يكنواختي اندازه ذرات نيز اهميت دارد.

      غير از ماسه ونمك قليا و آهك كه اجزاء اصلي شيشه هاي سودا – آهكي هستند، خورده شيشه هايي از جنس همان شيشه را به خمير شيشه اضافه مي كنند زيرا، هر نوع شيشه در دمايي پايين تر از دماي لازم براي ذوب هر كدام از اجزاء تشكيل  دهنده اش ذوب ميشود. بنابر اين، افزودن خرده شيشه، روند ذوب را تسريع ميكند و به همين دليل امكان دارد 75 درصد از تمام شيشه مذاب را خرده شيشه تشكيل دهد. اجزاء مخلوط شده شيشه را بطور هموار در كف كوره پهن مي كنند.

      كوره هاي شيشه گري در دو نوع متفاوت وجود دارند: كوره هاي پات و كوره هاي تانكي . كوره هاي پات كه امروزه از آن  فقط براي توليد شيشه هاي اپتيكي و شيشه هاي كريستالي استفاده مي شود. اغلب كوره هاي شيشه گري از نوع كوره ها تانكي و احياء كننده اند. شيشه مذاب ماده اي است فوق العاده فرساينده، به همين دليل بايد كوره ها، تانكي ها و كوره هاي مخصوص نرم كردن شيشه را با ديوارها يا لايه هاي ضخيم از جنس مواد نسوز ومخصوصاً مقاوم در برابر فرسايش اندود كرد.

      فرسايش تدريجي اين پوشش هاي نسوز، يكي از علل قاطي شدن مواد زائد در شيشه است. عمر طبيعي پوشش نسوز در تانكي هاي كه بطور مداوم كار ميكنند، بين سه تا چهار سال است.

      سوختي كه در شيشه گري بكار مي رود، بستگي به قيمت و ميزان دسترسي به آن. شيشه گري به كار مي رود. بستگي دارد به قيمت و ميزان دسترسي به آن. شيشه گران در سالهاي اخير به تدريج از ذغال سنگ (يا دقيقتر بگوييم از توليد كننده گاز) به نفت روي آورده اند.

      حرارت دادن با استفاده از مقاومت الكتريكي، شيوه ديگري است براي ذوب شيشه و در سالهاي اخير با گامهاي سريع پيش رفته است.

مراحل شكل دادن به شيشه

      مشهورترين طريقه براي شكل دادن شيشه، باد كردن آن دست است. اين شيوه، از نيمه اول قرن 16 يعني از زماني كه ايگوكولا به تشريح آن پرداخت، عملاً بي تغيير مانده است. امروزه از اين شيوه، براي توليد محصولات هنري و ظروف تجملي سر سفره استفاده مي كنند.

قالبهاي شيشه سه نوعند: آهني، خميري و فشاري. قالبها، صرفنظر از نام فريب دهنده شان، از جنس آهن خاكستري ريخته شده و تراشكاري وصيقل داده شده اند. قالبهاي به اصطلاح آهني (يا داغ)، قالبهايي اند يكپارچه و از آنها براي ساختن محصولاتي استفاده ميشود كه گوديشان كم باشد وبه آساني بتوان از قالب بيرون آورد. پيچيده تر از اين قالب، قالبي است كه باز و بسته مي شود واز آن براي ساختن غرابه هاي و بطريهاي بزرگ (و در تعداد محدود) استفاده مي شود.

      قالب خميري، عبارت است از يك قالب آهني كه جداره داخلي اش را قشري از مايعي سنگين و ناروان مي مالند اين مايع ، حركت شيشه را هنگام باد كردن آن، ساده مي سازد. براي اين كار، معمولاً از صابون يا موم استفاده ميكنند و سطح آن را آرد يا خاك اره مي پاشند. اين لايه، پس از پختن به صورت قشري از كربن دانه دانه در مي آيد. اين لايه را در طول مرحله كار، مرطوب نگه مي دارند و بخارات حاصل شده، به عنوان لايه اي ميان قالب و شيشه عمل مي كند. بخارات و آب اضافي، از روزنه هاي قالب خارج مي شوند. استفاده از قالب خميري، اين مزيت را دارد كه محصول جز با بخار با چيز ديگري تماس نداشته و بنابر اين سطح آن به طور طبيعي، صاف و صيقلي است. ظروف مواد شيميايي، ليوانها و انواع ويژه اي از حبابهاي الكتريكي را با اين روش توليد مي كنند.

      قالبهاي فشاري معمولاً از سه قسمت تشكيل شده اند:

1-    ته يا قسمت اصلي قالب

2-    قسمت متحرك

3-    حلقه

بايد روي بسياري از محصولات شيشه اي كه از طريق باد كردن يا قالب ريزي توليد شده اند، كار كرد وزائده هاي آنها (مثلاً زائده هاي روي لبه بطري يا ليوان) را از بين برد. برداشتن اين زائده ها را كراكينگ ميگويند و اين روند را امروزه به طور كاملاً مكانيكي انجام ميدهند. ابتدا با الماس، محصول را در برابر جرياني از هواي داغ مي چرخانند. پس زا آن كه جسم يكي دو دور چرخيد، گرماي شديد زائده هاي محصول را از محلي كه با الماس بريده شده ، جدا ميكند . محل بريدگي را با شعله هايي كه دقيقاً روي لبه آن نشانه گيري كرده اند صاف ميكنند و گرماي شعله دقيقاً به اندازه اي است كه لبه تيز را ذوب و گرد كند.

توليد شيشه مسطح

          در صنعت شيشه گري نوين، چهار نوع شيشه را با چهار روش گوناگون تهيه مي‌كنند:

1-    ورقه هايي كه بصورت نواري تهيه مي شوند.

2-    شيشه هايي كه به طريقه غلتك زدن تهيه مي شوند.

3-    ورقه هاي صيقل داده شده.

4-    شيشه شناور شده.

هر كدام از اين روشها، بصورت پيوسته است وبا هركدام از آنها، انواع شيشه را براي مصارف گوناگون امروزي توليد مي كنند. شايد ساده ترين روش براي توليد شيشه مسطح، قالب ريزي و غلتك زني آن است. در شيوه قالب ريزي نخستين بار در قرن هفدهم در فرانسه به كاربرده شد)، شيشه مذاب را روي ميز كار كه رويه آن سيني مانند بود، مي ريختند . شيشه مذاب را كه روي سطح ميز مي ريختند با غلتك پهن مي كردند وضخامت ورقه پديد آمده بستگي داشت به نوارهاي فلزي كه روي دو لبه ميز نصب كرده بودند و باعث مي شدند كه غلتك در ارتفاع مطلوبي روي شيشه بگردد. شيوه قالب ريزي بطور مداوم، يك نوار عظيم شيشه، از ميان غلتكهايي كه در انتهاي تانكي نصب شده اند. عبور ميكنند و غلتكهاي ديگر، آن را بطور افقي به يك كوره سرد كننده منتقل ميكنند.

      توليد شيشه مسطح به شيوه قالب ريزي، (هر چند شيشه هايي كه با اي روش توليد مي شوند مسطح ترند از شيشه هاي كراون و شيشه هايي كه با ساختن استوانه هاي بزرگ توليد مي شوند)، يك عيب بسيار مهم دارد: سطح شيشه به سبب تماي با ميز و غلتكهاي فلزي، ناهموار است. اين سطوح ناهموار را بايد سمباده زد وصيقل داد تا بعداً به عنوان شيشه پنجره، ديد روشني داشته باشد وبه عنوان آئينه نور را خوب منعكس مي كند.

      در روش شناور كردن، خمير شيشه به انتهاي تانكي كه بطور پيوسته كار ميكند، ريخته مي شود و در كوره اي احيا كننده كه به با نفت كار ميكند، ذوب ميگردد. شيشه مذاب به صورت نواري ممتد از كوره خارج و مستقيماً روي حوضچه اي از قلع مذاب و واقع در فضايي كنترل شده قرار مي گيرد و آن را به اندازه اي حرارت ميدهند كه ناهمواريهاي دو طرف آن هموار و دو سطح آن مسطح وموازي باشند. هنگاميكه نوار ممتد شيشه از طول حوضچه قلع مذاب عبور مي كند. به تدريج سرد ميشود، طوري كه سطوح آن به هنگامي كه از اين فضاي بسته خارج  و وارد كوره سرد كننده مي شود، آسيب نمي بيند.

      شيشه اي كه به اين طريق توليد مي شود، به طرز استثنايي فاقد حالت مواج بودن است و سطوح آن كه بوسيله حرارت پرداخت شده اند، روشن تر و بهتر از سطوحي خستند كه با روشهاي پر هزينه قبلي سوهان زده و صيقل داده مي شدند.

      از ابتداي قرن بيستم روشهاي متنوعي براي توليد شيشه جام ابداع شده است كه همه آنها را مي توان در چهار روش اصلي خلاصه نمود.

1-    روش نوركالت

2-    روش گلاوربل

3-    روش كشش در عمق كم

4-    روش فلوت يا شناور

روش فلوت يا شناور يكي از آخرين و پيشرفته ترين ابداعات صنعت شيشه مي باشد. شركت پلينگ تون انگليس ابداع كننده اين روش است. اساس كار اين روش اين است كه شيشه به صورت مذاب پس از خروج از كوره به حمامي از قلع مذاب وارد گشته و بر روي آن شناور مي شود ودر اثر شناور شدن روي سطح صاف قلع مذاب داراي 2سطح كاملاً صاف و موازي مي گردد و شيشه توليد مي شود.

خواص شيشه

خواص مكانيكي شیشه

          درمقياس زماني يي كه وجود آن در طول زندگي بشري عملي باشد و با سرعتي بسيار سريعتر از جريان شيشه در دماي اتاق ، فشارهايي رابر شيشه اعمال و نتايج آن را اندازه گيري ميكنند. در همچون شرايطي، شيشه مانند يك جسم جامد و ارتجاعي عمل ميكند. شيشه ، چنانچه توده اي شكل باشد، تقريباً كاملاً سخت بنظر مي رسد. اما در حالتي كه به صورت ورقه يا رشته هاي نازك است.، آن را مي توان كاملاً خم كرد، به شرطي كه شعاع خميدگي در قياس با ضخامت شيشه، بزرگ باشد.

          شيشه در برابر ترك خوردگي به گونه اي حساسيت دارد كه در برابر فشار كششي ضعيف است. اگر چه در برابر فشار فشرده كننده، يعني هنگامي كه فشار هاي وارد شده به ترك خوردگي منجر نشود، بسيار مقاوم است. دست كم سه راه براي افزايش استحكام سودمند شيشه وجود دارد : اول برطرف كردن نواقص سطح شيشه كه باعث ترك خوردگي آن مي شوند. دوم، جلوگيري از اعمال نيروهاي كششي برسطح شيشه (سفت كردن حرارتي و شيميايي جسم) و سوم جلوگيري از گسترش ترك خوردگي.

شفافيت

            جاي تعجب نيست كه شفافيت شيشه، از ساختمان اصلي آن به مثابه يك جسم مايع ناشي مي شود. شفافيت، خاصيت عمومي مايعات است در صورتي كه درميان جامدات، شفافيت به ندرت يا فت مي شود. اما هر مايعي ، در واقع هر شيشه اي، شفاف نيست.

          ما نور را پديده اي ذره اي و موجي مي دانيم. هر فوتون مقدار ويژه اي انرژي با خود دارد. موقعي كه نور به توده اي فلز مي تابد، انرژي فوتون توسط الكترونهاي آزاد فلز جذب و بلافاصله منعكس مي گردد. اما شيشه، طول موجهاي ويژه از نور ( به عبارت ديگر نورهاي ويژه اي ) را جذب ميكند. به همين دليل است كه شيشه معمولي در واقع، نسبت به طول موجهاي مادون قرمز و ماوراء بنفش واقع در دو سر طيف، غير شفاف است.

          اين كه شيشه معمولي نور را جذب نمي كند نه بدليل خاصيت ذاتي آن، بلكه به سبب انتخاب دقيق مواد براي توليد شيشه است. وجود مقادير بسيار ناچيزي از پاره اي ناخالصيها در شيشه، باعث رنگي يا مات شدن آن مي شود . اكسيد آهن كه بوجود آورنده رنگهاي سبز، قهوه اي تيره است. بيش از هر ناخالصي اي دردسر ايجاد مي كند. البته موقعي كه مي خواهند. شيشه مخصوصاً رنگي باشد، عمداً مقداري از ناخالصي هاي مناسب را به آن مي افزايند.

          شيشه ، مشخصاً به سان فضاي ديگري براي نور عمل ميكند. شيشه فضايي است مملو زا ذرات باردار، يعني الكترونها و پروتونهايي كه اتم از آنها تشكيل ميشود، و بالاخره نور عبارت است از يك آشفتگي الكترومغناطيسي در فضا و چنين آشفتگي اي(به عبارت ديگر امواج نور) در فضايي مملو از ذرات باردار نميتواند با سرعتي كه در خلاء برايش امكان پذير است، سير كند.

ثبات شميايي شیشه

          در حالت شيشه اي، هيچ چيزي وجود ندارد كه ثبات شيميايي جسم را تضمين كند و بسياري از شيشه هاي كه بطور بالقوه سود مندند، از اين لحاظ ضعف دارند. شيشه هايي كه از جنس سيليس خالص، نسبت به آب و اغلب اسيدها آسيب ناپذيرند. (گفتيم اغلب اسيدها، اما اسيدهايي هستند كه به اي شيشه ها آسيب مي رسانند مخصوصاً اسيد هيدروفلوريك و در  دماهاي بالا، اسيد فسفريك). اما سيليس خالص، نسبت به محلولهايي قليايي آسيب پذير است.

          روي سطح شيشه معمولي كه درمجاورت آب قرار ميگيرد، لايه اي بوجود مي آيد كه از لحاظ سيليس غني (و از لحاظ سديم فقير) است. اين لايه، شيشه را در برابر آسيب هامحافظت ويا لااقل سرعت اين آسيب ها را آنقدر كند ميكند كه عواقب نامطلوبي براي بسياري  از كاربردهاي شيشه نداشته باشند. با اين حال، شيشه معمولي به طرز چشمگيري آسيب مي بيند و علت عمده شكنندگي آن، وجود درزها و حفره هاي بسيار ريز بيشماري است كه در نتيجه تأثير فرساينده قلياي خودشيشه پديد مي‌آيند.

          شيشه درمقابل فشار كششي، استهلاك پيدا ميكند. به عبارت ديگر هنگاميكه زير بار ثابتي قرار دارد، سرانجام در فشار هايي پايين تر از آنچه كه حتي شيشه هاي كاركرده در آغاز ميتوانند تحمل كنند، شكسته ميشوند و دليل اين امر وجود روند فرسايش است.

          استفاده از اكسيدهاي بوريك و آلومينيومي به جاي سودا و آهك به منظور ايجاد مقاومت در برابر قليا، كاملاً با موفقيت روبرو بوده است. از اي شيشه هاي آلومينوبروسيليكات، درموارد دقيق و حساس استفاده مي شود. مانند ساختن ظروف آزمايشگاهي و صنعتي، و بسته بندي مواد دارويي حساس.

          همانگونه كه انتظار مي رود، مقاومت شيشه با افزايش دما، كاهش مي يابد و سرد كردن شيشه در هوايي به دور از آلودگيهاي خطرناك، از اهميت ويژه اي برخودار است.

خواص حرارتي شیشه

          شيشه جسمي است كه نسبت به گرما چندان هادي نيست و شيشه اي كه در معرض تغييراتي ناگهاني دما قرار گيرد، ممكن است سبب پيدايش اختلاف دما ميان سطح وداخل آن، فشارهاي خطرناكي در آن به وجود آيد كه باعث ترك برداشتن جسم گردد. بنا به دلايلي نسبتاً آشكار، حرارت دادن ناگهاني شيشه كه سطح آن را تحت فشار متراكم كننده قرار مي دهد، كمتر از سرد كردن ناگهاني آن، كه سطح شيشه را تحت فشار كششي قرار مي دهد، خطرناك است.

          براي كاربردهايي كه وجود شوك حرارتي در آنها پيش بيني شده، استفاده از شيشه سفت شده، مزيت دارد. زيرا، سطح آن تحت فشار متراكم كننده قرار دارد. براي مواردي كه مي خواهند مقاومت دربرابر فرسودگي را با مقاومت در برابر شوك حرارتي تركيب كنند، از شيشه هاي آلومينو بوروسيليكات (با ضريب انبساط حرارتي 42*10^-7  استفاده مي شود.

خواص الكتريكي

          از ويژگي هاي بارز موادي كه شيشه از آنها تشكيل شده، وجود پيوند هاي قطبي ميان اتمهاي آنهاست. الكترونهاي لايه خارجي اتمها ، به وسيله اين پيوندهاي مقيد شده اند وبنابراين برخلاف الكترونهاي موجود در پيوند فلزي ، آزاد نيستند كه در جريان الكتريكي بسيار زياد است. ودر زندگي روزمره، از شيشه بعنوان عايق استفاده مي شود.  شيشه، در دماهايي كه به اندازه كافي بالا باشند ممكن است جريان الكتريكي قابل توجهي را از خود عبور دهد. خواص الكتريكي شيشه، هنگامي كه از آن در وسايل الكتريكي استفاده مي شود كه در دماهايي بالاتر از دماي اتاق كار مي كنند، از اهميت ويژه اي برخوردار است. براي مثال مي توان از لوله هاي  الكتروني نام برد. دماي داخلي اين لوله ها، بايد چند صد درجه بالاتر از دماي محيط باشد.