يعتبر الزجاج من أقدم المواد التي عرفها الإنسان وأكثرها تنوعًا.

عرف الإنسان الزجاج لفترة طويلة جدًا. تشير الزخارف الخزفية التي عثر عليها علماء الآثار إلى فترة السلالة الأولى من الفراعنة إلى أن الزجاج كان معروفًا في مصر منذ حوالي 5 آلاف عام. تم اكتشاف ختم أسطواني زجاجي خلال أعمال التنقيب في بلاد ما بين النهرين ، ويعود تاريخه إلى فترة السلالة الأكادية ، أي أكثر من 4000 عام. تم صنع الأواني الزجاجية الموجودة في اليابان والهند منذ حوالي 2000 عام. لكن العلماء ليس لديهم رأي مشترك حول وقت ومكان ظهور الزجاج.

كيف نشأ الزجاج؟

تقول إحدى الأساطير أن التجار الفينيقيين طهوا الطعام على الشاطئ الرملي أثناء إقامتهم. لم يبنوا الموقد من الحجارة ، ولكن من قطع الصودا الأفريقية. عمل القش كوقود. عند الاستيقاظ في الصباح ، وجدوا سبيكة زجاجية على الرماد.

عرف الحرفيون الروس أسرار إنتاج الزجاج منذ أكثر من ألف عام. في تلك الأيام ، كانت القلويات والرمل والجير هي المواد الخام لإنتاج الزجاج. تم استخدام رماد النبات أو الصودا كمادة قلوية.

التركيب الكيميائي للزجاج

النظارات طبيعية ومصطنعة. يمكن تشكيل الزجاج الطبيعي ، على سبيل المثال ، أثناء ثوران بركاني أو عندما يضرب البرق رواسب من رمل الكوارتز. ولكن في الطبيعة ، هناك فرص قليلة جدًا لتشكيل الزجاج الطبيعي التي تعلمت البشرية منذ فترة طويلة الحصول على الزجاج الاصطناعي لتلبية احتياجاتها.

زجاج- جسم غير متبلور يتم الحصول عليه من خلال التبريد الفائق للذوبان ، والذي يتكون من أكاسيد مختلفة.

اعتمادًا على أي أكسيد هو المكون الرئيسي ، يتم تمييز زجاج السيليكات (SiO2) ، البورات (B203) ، الفوسفات (P205) والزجاج المركب (البورسليكات ، إلخ).

زجاج سيليكات

الأكثر شيوعًا هو زجاج السيليكات. مكونه الرئيسي هو ثاني أكسيد السيليكون (SiO2). 70-75٪ زجاج يتكون منه. يتم الحصول على ثاني أكسيد السيليكون من رمل الكوارتز. أكسيد الكالسيوم (CaO) هو المكون الثاني للزجاج ، مما يمنحه مقاومة كيميائية وتألق. في العصور القديمة ، كانت أصداف البحر أو رماد الأشجار بمثابة مصدر لأكسيد الكالسيوم ، حيث لم يكن الناس على دراية بالحجر الجيري. بالإضافة إلى هذين المكونين ، يحتوي الزجاج على أكسيد الصوديوم (Na2O) وأكسيد البوتاسيوم (K2O) الضروريين لصهر الزجاج. مصادر الأكاسيد هي الصودا (Na2CO3) والبوتاس (K2CO3). إذا كان الزجاج يتكون فقط من السيليكا عالية النقاء ، فإنه يسمى الكوارتز.

الخصائص الفيزيائية للزجاج

وفقًا للخصائص الفيزيائية للزجاج ، يتم تقسيمها إلى زجاج عادي ومقاوم للحرارة وملون.

نظارات عادية

تُعرف ثلاث مجموعات من الأكواب العادية: الجير - الصوديوم ، والجير - البوتاسيوم ، والجير - الصوديوم - البوتاسيوم.

صوديوم الجير، أو الصودا ، يستخدم الزجاج لإنتاج زجاج النوافذ والأطباق.

مقاومة درجات الحرارة العالية الجير والبوتاسيوم ،أو البوتاس ، يسمح الزجاج باستخدامه في إنتاج المعدات والأطباق عالية الجودة.

الجير والصوديوم والبوتاسيومالزجاج لديه مقاومة كيميائية عالية. غالبا ما تستخدم في صناعة الأطباق.

الهشاشة هي العيب الرئيسي للزجاج التقليدي. لتوسيع نطاق الزجاج العادي ، يتم الحصول عليه من الزجاج المقسى ، وهو ما يسمى بالستالينيت. يستخدم الزجاج العادي أيضًا لإنشاء زجاج مصفح ثلاثي.

زجاج مقاوم للحرارة

تسمى الزجاجات المقاومة للحرارة بالحرارة والمقاومة للحرارة. يتم استخدامها في المنتجات التي يتم تشغيلها في ظروف خاصة. تشمل الزجاجات المقاومة للحرارة زجاج البورسليكات وزجاج المختبر وزجاج السيراميك.

تجعل المقاومة العالية للتآكل لزجاج البورسليكات ومقاومته للحرارة من الممكن استخدام هذا الزجاج لإنشاء تركيبات خاصة في الهندسة الكيميائية. هذا الزجاج أيضًا يصنع أواني طهي ممتازة مقاومة للحرارة. يمكن صنع نفس أدوات المائدة عالية الجودة من زجاج المختبر. وتستخدم المواقع بنجاح في الهندسة الميكانيكية.

نظارات ملونة

بعد التصلب ، يكون للكتلة الزجاجية لون أخضر مزرق أو أخضر مصفر. ولكن إذا تم إدخال أكاسيد معدنية مختلفة في الشحنة ، مما أدى إلى تغيير هيكلها أثناء عملية صهر الزجاج ، فسيكون الزجاج قادرًا بعد التبريد على إبراز ألوان معينة من طيف الضوء الذي يمر عبره.

تستخدم هذه النظارات لتصنيع المنتجات الفنية والنوافذ ذات الزجاج الملون والأطباق.

يجمع الزجاج بين عنصرين: النار والجليد. النار تساعد الزجاج على الظهور. يصبح الزجاج مثل الثلج عندما يتصلب في شكل منتج.

من المستحيل أن يتخيل الناس المعاصرون حياتهم بدون زجاج. إنه يحيط بنا في كل مكان: في المنزل وفي وسائل النقل وفي العمل وفي الإجازة. من المستحيل تسمية صناعة واحدة على الأقل لن يتم استخدام الزجاج فيها.

تنقسم جميع المواد الصلبة إلى بلورية وغير متبلورة. غير المتبلور له هيكل غير منظم ويمكن أن يذوب عند درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية. في العلم ، كل شيء يسمى الزجاج. أجسام غير متبلورة، والتي تتشكل نتيجة التبريد الفائق للذوبان.

يُطلق على الزجاج في الحياة اليومية مادة شفافة هشة. اعتمادًا على مكون أو آخر يمثل جزءًا من كتلة الزجاج الأصلية ، تميز الصناعة الأنواع التالية من الزجاج: السيليكات ، والبورات ، والبوروسيليكات ، والألومينوسيليكات ، والبوروالومينوسيليكات ، والفوسفات وغيرها.

الطريقة الأساسيةيتم الحصول على الزجاج عن طريق إذابة خليط من رمل الكوارتز (SiO2) والصودا (Na2CO3) والجير (CaO). والنتيجة هي مركب كيميائي بتركيبة Na2O * CaO * 6SiO2.

الخصائص الفيزيائية والميكانيكية والكيميائية للزجاج:

كثافة يعتمد الزجاج على المكونات التي يتكون منها تكوينها. وبالتالي ، فإن الكتلة الزجاجية التي تحتوي على كميات كبيرة من أكسيد الرصاص تكون أكثر كثافة من الزجاج وتتكون ، من بين مواد أخرى ، من أكاسيد الليثيوم أو البريليوم أو البورون.

قوة الضغط - قدرة المادة على مقاومة الضغوط الداخلية عند تعرضها لأية أحمال من الخارج. في هذه الحالة ، تعتمد درجة قوة نوع معين من الزجاج على المواد الكيميائيةالمدرجة في تكوينها. تعتبر النظارات التي تحتوي على أكاسيد الكالسيوم أو البورون أكثر متانة. تتميز النظارات التي تحتوي على أكاسيد الرصاص والألمنيوم بقوة منخفضة. الأضرار المختلفة (الشقوق والخدوش العميقة) تقلل بشكل كبير من قوة المادة. لزيادة مؤشر القوة بشكل مصطنع ، يتم طلاء سطح بعض المنتجات الزجاجية بغشاء من السيليكون العضوي.

هشاشة - الخاصية الميكانيكية للأجسام في الانهيار بفعل القوى الخارجية. لا تعتمد قيمة هشاشة الزجاج بشكل أساسي على التركيب الكيميائي للمكونات المكونة له ، ولكن إلى حد كبير على تجانس الكتلة الزجاجية (يجب أن تكون المكونات المدرجة في تركيبته نقية ونقية) وسماكة جدار الزجاج. منتج زجاجي.

صلابة - الخواص الميكانيكية لمادة ما لمقاومة اختراق مادة أخرى أصعب منها. من الممكن تحديد درجة صلابة مادة معينة باستخدام جدول مقياس خاص يعكس خصائص بعض المعادن ، والتي يتم ترتيبها بترتيب تصاعدي ، بدءًا من التلك الأقل صلابة ، والذي يتم أخذ صلابته كواحد ، و تنتهي بأقوى الماس بصلابة 10 وحدات مقبولة تقليديًا ، وتعتمد درجة صلابة نوع معين من الزجاج بشكل أساسي على التركيب الكيميائي لمكوناته. وبالتالي ، فإن استخدام أكسيد الرصاص في تكوين كتلة الزجاج يقلل بشكل كبير من صلابة الزجاج. وعلى العكس من ذلك ، يصعب معالجة زجاج السيليكات ميكانيكيًا.

السعة الحرارية - خاصية الهيئات لاستقبال وتخزين كمية معينة من الحرارة في أي عملية دون تغيير الحالة. تعتمد السعة الحرارية للزجاج بشكل مباشر على التركيب الكيميائي للمكونات التي تشكل الكتلة الزجاجية الأولية. كلما زاد محتوى أكاسيد الرصاص والباريوم في الكتلة الزجاجية ، انخفضت الموصلية الحرارية. ويمكن أن تزيد أكاسيد الضوء ، مثل أكسيد الليثيوم ، من الموصلية الحرارية للزجاج. يبرد الزجاج ذو السعة الحرارية المنخفضة بشكل أبطأ بكثير.

توصيل حراري - خاصية الأجسام لتمرير الحرارة من خلال نفسها من سطح إلى آخر بشرط أن يكون لديها درجات حرارة مختلفة. الزجاج لا يوصل الحرارة بشكل جيد. علاوة على ذلك ، لوحظ أعلى موصلية حرارية لزجاج الكوارتز. مع انخفاض نسبة أكسيد السيليكون في الكتلة الكلية للزجاج أو عند استبداله بأي مادة أخرى ، ينخفض ​​مستوى التوصيل الحراري.

تليين درجة حرارة البدء هي درجة الحرارة التي يبدأ عندها الجسم غير المتبلور في النعومة والذوبان. أصعب - الكوارتز - الزجاج يبدأ في التشوه فقط عند درجة حرارة 1200-1500 درجة مئوية. أنواع أخرى من الزجاج تنعم بالفعل عند درجة حرارة 550-650 درجة مئوية. يتم تحديد قيمة درجة حرارة بداية انصهار درجة ونوع معين من الزجاج من خلال التركيب الكيميائي للمكونات. لذا ، فإن أكاسيد السيليكون أو الألمنيوم المقاومة للحرارة تزيد من مستوى درجة حرارة بداية التليين ، والأكاسيد منخفضة الانصهار (أكاسيد الصوديوم والبوتاسيوم) ، على العكس من ذلك ، تخفضها.

التمدد الحراري - ظاهرة تمدد حجم الجسم تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة. يجب اختيار مواد التشطيب بحيث تتوافق قيمة تمددها الحراري مع نفس مؤشر الكتلة الزجاجية للمنتج الرئيسي. يعتمد معامل التمدد الحراري للزجاج بشكل مباشر على التركيب الكيميائي للكتلة الأولية. كلما زاد عدد الأكاسيد القلوية في الكتلة الزجاجية ، ارتفع مؤشر التمدد الحراري ، وعلى العكس من ذلك ، يقلل وجود السيليكون والألمنيوم وأكاسيد البورون في الزجاج من هذه القيمة.

مقاوم للحرارة - قدرة الزجاج على مقاومة التآكل والتلف نتيجة التغير الحاد في درجة الحرارة الخارجية. لا يعتمد هذا المعامل على التركيب الكيميائي للكتلة فحسب ، بل يعتمد أيضًا على حجم المنتج ، وكذلك على مقدار انتقال الحرارة على سطحه.

مقاومة كيميائية - قدرة الجسم على عدم الخضوع لتأثيرات الماء والمحاليل الملحية والغازات ورطوبة الغلاف الجوي. تعتمد مؤشرات المقاومة الكيميائية على جودة الكتلة الزجاجية والعامل المؤثر. وبالتالي ، فإن الزجاج الذي لا يتآكل عند تعرضه للماء يمكن أن يتشوه عند تعرضه للمحاليل القلوية والمالحة.

الخواص البصرية:

انكسار الضوء - تغيير اتجاه شعاع الضوء عندما يمر عبر حدود وسيطين شفافين. دائمًا ما تكون القيمة التي تشير إلى انكسار الضوء الزجاجي أكبر من واحد.

انعكاس الضوء - هذا هو عودة شعاع ضوئي عندما يسقط على سطح وسيطين لهما مؤشرات انكسار مختلفة.

تشتت الضوء - تحلل شعاع ضوئي إلى طيف عندما ينكسر. تعتمد قيمة تشتت الضوء الزجاجي بشكل مباشر على التركيب الكيميائي للمادة. يزيد وجود الأكاسيد الثقيلة في الكتلة الزجاجية من معامل التشتت.

امتصاص الضوء - قدرة الوسيط على تقليل شدة مرور شعاع ضوئي. معدل امتصاص الضوء للنظارات منخفض. يزداد فقط في صناعة الزجاج باستخدام الأصباغ المختلفة ، وكذلك الطرق الخاصة لمعالجة المنتجات النهائية.

تشتت الضوء هو انحراف أشعة الضوء في اتجاهات مختلفة. يعتمد مؤشر تشتت الضوء على جودة السطح الزجاجي. لذلك ، عند المرور عبر سطح خشن ، يكون الشعاع مبعثرًا جزئيًا ، وبالتالي يبدو هذا الزجاج شفافًا.

أعطت لجنة المصطلحات التابعة لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية التعريف التالي للزجاج:

"يشير الزجاج إلى جميع الأجسام غير المتبلورة التي يتم الحصول عليها عن طريق التبريد الفائق للصهر ، بغض النظر عن التركيب الكيميائي ونطاق درجة حرارة التصلب ، وامتلاكه ، نتيجة للزيادة التدريجية في اللزوجة ، والخصائص الميكانيكية للمواد الصلبة ، وعملية الانتقال من يجب أن تكون الحالة السائلة إلى الحالة الزجاجية قابلة للعكس ".

يعتبر الزجاج مصطلحًا تقنيًا على عكس المصطلح العلمي "الحالة الزجاجية". قد تكون هناك فقاعات ، بلورات صغيرة في الزجاج. في المواد الزجاجية ، يمكن تشكيل عدد كبير جدًا من البلورات الصغيرة بشكل خاص ، مما يجعل المادة غير شفافة أو يمنحها لونًا مختلفًا. تسمى هذه المواد بالزجاج "اللبني" والزجاج الملون وما إلى ذلك.

تميز المفاهيم الحديثة بين المصطلحين "زجاج" و "حالة زجاجية". "زجاجي": "مادة صلبة غير بلورية تتشكل بتبريد سائل بمعدل كافٍ لمنع التبلور أثناء التبريد." ن. Solomin ، "الزجاج مادة تتكون أساسًا من مادة زجاجية."

جميع المواد في الحالة الزجاجية لها العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية المشتركة. الأجسام الزجاجية النموذجية:

1. النظائر ، أي خصائصهم هي نفسها في كل الاتجاهات ؛

2. عند تسخينها ، فإنها لا تذوب مثل البلورات ، ولكنها تنعم بالتدريج ، وتنتقل من الحالة الهشة إلى الحالة اللزجة عالية اللزوجة والسائل المتساقط ؛

3. تذوب وتتصلب بشكل عكسي ، وتستعيد خصائصها الأصلية.

تشير قابلية الانعكاس للمكابس والخصائص إلى أن المواد المنصهرة المكونة للزجاج والزجاج المقوى هي حلول حقيقية. يمكن أن يحدث انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة مع انخفاض درجة الحرارة بطريقتين: تتبلور المادة أو تتصلب في شكل زجاج.

يمكن لجميع المواد تقريبًا اتباع المسار الأول. ومع ذلك ، فإن مسار التبلور شائع فقط لتلك المواد ، التي تكون في حالة سائلة ، ذات لزوجة منخفضة والتي تزداد لزوجتها ببطء نسبيًا ، حتى لحظة التبلور.

بالنسبة للمجموعة الثانية ، فهي تعتمد إلى حد حاسم على تركيز القلويات أو على تركيز أي مكونات أخرى مختارة. يؤثر اعتمادهم على التركيب على: اللزوجة ، والتوصيل الكهربائي ، ومعدل انتشار الأيونات ، وفقدان العازل ، والمقاومة الكيميائية ، ونقل الضوء ، والصلابة ، والتوتر السطحي.

الخصائص الفيزيائيةزجاج

تتقلب كثافة زجاج سيليكات الصوديوم والبوتاسيوم العادي ، بما في ذلك زجاج النوافذ ، بين 2500-2600 كجم / م 3. مع زيادة درجة الحرارة من 20 إلى 1300 درجة مئوية ، تقل كثافة معظم الزجاج بنسبة 6-12٪ ، أي بمقدار 100 درجة مئوية ، تنخفض الكثافة بمقدار 15 كجم / م 3. قوة الانضغاط للزجاج الملدن التقليدي 500-2000 ميجا باسكال ، زجاج النافذة 900-1000 ميجا باسكال.

تعتمد صلابة الزجاج على التركيب الكيميائي. تتمتع النظارات بصلابة مختلفة في حدود 4000-10000 ميجا باسكال. الأصعب هو زجاج الكوارتز ، مع زيادة محتوى الأكاسيد القلوية ، تقل صلابة الزجاج.

هشاشة. يعتبر الزجاج ، إلى جانب الماس والكوارتز ، مادة هشة تمامًا. نظرًا لأن التقصف يكون أكثر وضوحًا عند التأثير ، فإنه يتميز بقوة التأثير. تعتمد قوة تأثير الزجاج على اللزوجة المحددة.

توصيل حراري. زجاج الكوارتز لديه أعلى الموصلية الحرارية. زجاج النوافذ العادي 0.97 واط / (م ك). مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد الموصلية الحرارية ، وتعتمد الموصلية الحرارية على التركيب الكيميائي للزجاج.

جعلت الشفافية العالية لزجاج الأكسيد من لا غنى عنها لتزجيج المباني والمرايا والأجهزة البصرية ، بما في ذلك معدات الليزر والتلفزيون والأفلام والتصوير ، وما إلى ذلك. بالنسبة لزجاج ألواح البناء وزجاج النوافذ وزجاج العرض ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن معامل نقل الضوء يعتمد بشكل مباشر على انعكاس السطح الزجاجي وقدرته على الامتصاص. نظريًا ، حتى الزجاج المثالي الذي لا يمتص الضوء لا يمكنه نقل أكثر من 92٪ من الضوء.

الخواص البصرية للزجاج: معامل الانكسار هو قدرة الزجاج على كسر الضوء الساقط عليه. بالنسبة لإنتاج أصباغ السيراميك ، فإن معامل الانكسار مهم جدًا. يعتمد ذلك على مقدار الضوء الذي يعكسه. منتج السيراميكوكيف سيبدو.

الخواص الميكانيكية: المرونة هي خاصية للجسم الصلب لاستعادة شكله الأصلي بعد انتهاء الحمل. تتميز المرونة بكميات مثل معامل المرونة العادية ، والتي تحدد حجم الضغوط الناشئة تحت تأثير الحمل في التوتر (الانضغاط).

الاحتكاك الداخلي: تتمتع الأنظمة الزجاجية بالقدرة على امتصاص الاهتزازات الميكانيكية وخاصة الاهتزازات الصوتية والموجات فوق الصوتية. يعتمد تخميد التذبذبات على تكوين عدم التجانس في الزجاج.

تعتبر الخصائص الحرارية لأنظمة السيليكات من أهم الخصائص في الدراسة وفي صناعة منتجات السيراميك والزجاج.

السعة الحرارية النوعية: - تحدد بكمية الحرارة Q المطلوبة لتسخين وحدة كتلة من الزجاج بمقدار 1 درجة مئوية.

المقاومة الكيميائية - مقاومة الوسائط العدوانية المختلفة - تعتبر إحدى الخصائص المهمة جدًا للنظارات مهمة للطب. الزجاج المقسى يتكسر 1.5-2 مرات أسرع من الزجاج الملدن جيدًا. في البناء الحديث ، يتم استخدام زجاج خاص بخصائص الحماية من الشمس والحرارة للنافذة والأبواب والفتحات الأخرى. بالنسبة لهذه النظارات ، من المهم الطبيعة الطيفية لتدفق الضوء الذي مر من خلال التوضيح ، وتقييم درجة اللون. بناءً على هذه الخصائص ، يتم اختيار نوع معين من الزجاج ، وكذلك تحديد الخصائص الحرارية والإضاءة ، وتأثيرها على ظروف العمل ، وتصميم المباني والهياكل.

لفترة طويلة ، تم صنع النوافذ للإضاءة وتوفير الراحة لمساحة المعيشة. نظرًا لأن الزجاج كان نادرًا ، فقد تم استخدام مواد أخرى بدلاً منه. لحسن الحظ ، فإن الزجاج في الوقت الحاضر ليس نادرًا: فهو يُستخدم في كل مكان ولأغراض مختلفة. علاوة على ذلك ، لا يمكنك شراء زجاج النوافذ العادي فحسب ، بل يمكنك أيضًا شراء الزجاج الملون لصنع نوافذ من الزجاج الملون.

تنقسم جميع المواد الصلبة إلى بلورية وغير متبلورة. هذا الأخير لديه خاصية الذوبان عند درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية. على عكس الأجسام البلورية ، لديهم بنية بها مناطق صغيرة فقط من الأيونات المرتبة ، وهذه المناطق مترابطة بحيث تشكل عدم تناسق.

في العلوم (الكيمياء والفيزياء) ، من المعتاد تسمية الزجاج بجميع الأجسام غير المتبلورة التي تكونت نتيجة التبريد الفائق للذوبان. هذه الأجسام ، بسبب الزيادة التدريجية في درجة اللزوجة ، تتمتع بجميع ميزات الأجسام الصلبة. لديهم أيضًا خاصية الانتقال العكسي من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

يُطلق على الزجاج في الحياة اليومية مادة شفافة هشة. اعتمادًا على مكون أو آخر يمثل جزءًا من كتلة الزجاج الأصلية ، تميز الصناعة الأنواع التالية من الزجاج: السيليكات ، والبورات ، والبوروسيليكات ، والألومينوسيليكات ، والبوروالومينوسيليكات ، والفوسفات وغيرها.

مثل أي جسم مادي آخر ، للزجاج عدد من الخصائص.

الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للزجاج

كثافة الزجاجيعتمد على المكونات المدرجة في تكوينها. وبالتالي ، فإن الكتلة الزجاجية التي تحتوي على كميات كبيرة من أكسيد الرصاص تكون أكثر كثافة من الزجاج وتتكون ، من بين مواد أخرى ، من أكاسيد الليثيوم أو البريليوم أو البورون. كقاعدة عامة ، يتراوح متوسط ​​كثافة الزجاج (نافذة ، حاوية ، جودة عالية ، مقاومة للحرارة) من 2.24 × 10 متر مكعب - 2.9 × 10 متر مكعب كجم / م 3. كثافة الكريستال أعلى إلى حد ما: من 3.5 × 10 في مكعب - 3.7 × 10 في مكعب كجم / م 3.

قوة. في ظل قوة الانضغاط في الفيزياء والكيمياء ، من المعتاد فهم قدرة مادة ما على مقاومة الضغوط الداخلية عند تعرضها لأي أحمال من الخارج. تتراوح قوة شد الزجاج من 500 إلى 2000 ميجا باسكال (كريستال - 700-800 ميجا باسكال). دعونا نقارن هذه القيمة بقوة الزهر والصلب: 600-1200 و 2000 ميجا باسكال ، على التوالي.

في الوقت نفسه ، تعتمد درجة قوة نوع معين من الزجاج على المادة الكيميائية التي تشكل جزءًا منه.

تعتبر النظارات التي تحتوي على أكاسيد الكالسيوم أو البورون أكثر متانة. تتميز النظارات التي تحتوي على أكاسيد الرصاص والألمنيوم بقوة منخفضة.

قوة الشدقوة شد الزجاج 35-100 ميجا باسكال فقط. تعتمد درجة مقاومة الشد للزجاج إلى حد كبير على وجود عيوب مختلفة تتشكل على سطحه. الأضرار المختلفة (الشقوق والخدوش العميقة) تقلل بشكل كبير من قوة المادة. لزيادة مؤشر القوة بشكل مصطنع ، يتم طلاء سطح بعض المنتجات الزجاجية بغشاء من السيليكون العضوي.

هشاشة- الخاصية الميكانيكية للأجسام في الانهيار بفعل القوى الخارجية. لا تعتمد قيمة هشاشة الزجاج بشكل أساسي على التركيب الكيميائي للمكونات المكونة له ، ولكن إلى حد كبير على تجانس الكتلة الزجاجية (يجب أن تكون المكونات المدرجة في تركيبته نقية ونقية) وسماكة جدار الزجاج. منتج زجاجي.

صلابةتشير إلى الخاصية الميكانيكية لمادة ما لمقاومة اختراق مادة أخرى ، أصعب منها. من الممكن تحديد درجة صلابة مادة معينة باستخدام جدول مقياس خاص يعكس خصائص بعض المعادن ، والتي يتم ترتيبها بترتيب تصاعدي ، بدءًا من التلك الأقل صلابة ، والذي يتم أخذ صلابته كواحد ، و تنتهي بأقسى ماسة بصلابة 10 وحدات مقبولة تقليديًا.

غالبًا ما يتم "قياس" صلابة الزجاج بالطحن ، باستخدام ما يسمى بطريقة الصلابة الكاشطة. في هذه الحالة ، يتم تحديد قيمته اعتمادًا على معدل تقشير سطح الوحدة للمنتج الزجاجي في ظل ظروف طحن معينة.

درجة الصلابةيعتمد نوع أو نوع آخر من الزجاج بشكل أساسي على التركيب الكيميائي للمكونات المكونة له. وبالتالي ، فإن استخدام أكسيد الرصاص في تكوين كتلة الزجاج يقلل بشكل كبير من صلابة الزجاج. وعلى العكس من ذلك ، يصعب معالجة زجاج السيليكات ميكانيكيًا.

السعة الحرارية هي خاصية للهيئات لاستقبال وتخزين كمية معينة من الحرارة في أي عملية دون تغيير الحالة.

السعة الحرارية للزجاجيعتمد بشكل مباشر على التركيب الكيميائي للمكونات التي تشكل الكتلة الزجاجية الأولية. له حرارة نوعيةبمتوسط ​​درجة حرارة 0.33-1.05 جول / (كجم × كلفن). علاوة على ذلك ، كلما زاد محتوى أكاسيد الرصاص والباريوم في الكتلة الزجاجية ، انخفض مؤشر التوصيل الحراري. لكن أكاسيد الضوء ، مثل ، على سبيل المثال ، أكسيد الليثيوم ، يمكن أن تزيد من التوصيل الحراري للزجاج.

في صناعة المنتجات الزجاجية ، يجب أن نتذكر أن الأجسام غير المتبلورة ذات السعة الحرارية المنخفضة تبرد بشكل أبطأ بكثير من الأجسام ذات السعة الحرارية العالية. في مثل هذه الأجسام ، هناك أيضًا زيادة في مقدار السعة الحرارية مع زيادة درجة الحرارة الخارجية. علاوة على ذلك ، في الحالة السائلة ، ينمو هذا الرقم بشكل أسرع إلى حد ما. هذا صحيح أيضًا بالنسبة للأكواب من مختلف الأنواع.

توصيل حراري. يشير هذا المصطلح في العلم إلى خاصية الأجسام في تمرير الحرارة من خلال نفسها من سطح إلى آخر ، بشرط أن يكون للأخير درجات حرارة مختلفة.

من المعروف أن الزجاج ينقل الحرارة بشكل سيئ (بالمناسبة ، تستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في تشييد المباني). متوسط ​​مستوى الموصلية الحرارية لها 0.95-0.98 واط / (م × كلفن). علاوة على ذلك ، لوحظ أعلى موصلية حرارية لزجاج الكوارتز. مع انخفاض نسبة أكسيد السيليكون في الكتلة الكلية للزجاج أو عند استبداله بأي مادة أخرى ، ينخفض ​​مستوى التوصيل الحراري.

تليين درجة حرارة البدء- هذه هي درجة الحرارة التي يبدأ عندها الجسم (غير المتبلور) في النعومة والذوبان. أصعب - الكوارتز - الزجاج يبدأ في التشوه فقط عند درجة حرارة 1200-1500 درجة مئوية. أنواع أخرى من الزجاج تنعم بالفعل عند درجة حرارة 550-650 درجة مئوية. من المهم أخذ هذه المؤشرات في الاعتبار في الأعمال المختلفة مع الزجاج: في عملية نفخ المنتجات ، عند معالجة حواف هذه المنتجات ، وكذلك أثناء التلميع الحراري لأسطحها.

قيمة درجة حرارة بدء الانصهاريتم تحديد درجة ونوع الزجاج من خلال التركيب الكيميائي للمكونات. لذلك ، تزيد أكاسيد السيليكون أو الألومنيوم المقاومة للحرارة من مستوى درجة حرارة بداية التليين ، بينما تعمل أكاسيد الانصهار المنخفضة (أكاسيد الصوديوم والبوتاسيوم) على خفضها.

التمدد الحراري. يستخدم هذا المصطلح للدلالة على ظاهرة تمدد حجم الجسم تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة. هذه القيمة مهمة جدًا في الاعتبار عند تصنيع المنتجات الزجاجية ذات التراكبات المختلفة على السطح. يجب اختيار مواد التشطيب بحيث تتوافق قيمة تمددها الحراري مع نفس مؤشر الكتلة الزجاجية للمنتج الرئيسي.

معامل التمدد الحرارييعتمد الزجاج بشكل مباشر على التركيب الكيميائي للكتلة الأولية. كلما زاد عدد الأكاسيد القلوية في الكتلة الزجاجية ، ارتفع مؤشر التمدد الحراري ، وعلى العكس من ذلك ، يقلل وجود السيليكون والألمنيوم وأكاسيد البورون في الزجاج من هذه القيمة.

مقاوم للحرارةيتم تحديد قدرة الزجاج على مقاومة التآكل والدمار نتيجة للتغير الحاد في درجة الحرارة الخارجية. لا يعتمد هذا المعامل على التركيب الكيميائي للكتلة فحسب ، بل يعتمد أيضًا على حجم المنتج ، وكذلك على مقدار انتقال الحرارة على سطحه.

الخصائص البصرية للزجاج

انكسار الضوء- لذلك في العلم يسمون التغيير في اتجاه شعاع الضوء عندما يمر عبر حدود وسيطين شفافين. دائمًا ما تكون القيمة التي تشير إلى انكسار الضوء الزجاجي أكبر من واحد.

انعكاس الضوء- هذا هو عودة شعاع ضوئي عندما يسقط على سطح وسيطين لهما مؤشرات انكسار مختلفة.

تشتت الضوء- تحلل شعاع ضوئي إلى طيف عندما ينكسر. تعتمد قيمة تشتت الضوء الزجاجي بشكل مباشر على التركيب الكيميائي للمادة. يزيد وجود الأكاسيد الثقيلة في الكتلة الزجاجية من معامل التشتت. هذه الخاصية هي التي تفسر ظاهرة ما يسمى بتلاعب الضوء في منتجات الكريستال.

عن طريق امتصاص الضوءتحديد قدرة الوسيط على تقليل شدة مرور شعاع الضوء. معدل امتصاص الضوء للنظارات منخفض. يزداد فقط في صناعة الزجاج باستخدام الأصباغ المختلفة ، وكذلك الطرق الخاصة لمعالجة المنتجات النهائية.

تشتت الضوءهو انحراف أشعة الضوء في اتجاهات مختلفة. يعتمد مؤشر تشتت الضوء على جودة السطح الزجاجي. لذلك ، عند المرور عبر سطح خشن ، يكون الشعاع مبعثرًا جزئيًا ، وبالتالي يبدو هذا الزجاج شفافًا. تستخدم هذه الخاصية ، كقاعدة عامة ، في صناعة أغطية المصابيح الزجاجية للمصابيح وأغطية المصابيح للمصابيح.

الخواص الكيميائية للزجاج

ضمن الخواص الكيميائيةمن الضروري إبراز المقاومة الكيميائية للزجاج والمنتجات المصنوعة منه.

المقاومة الكيميائية في العلم هي قدرة الجسم على مقاومة تأثيرات الماء والمحاليل الملحية والغازات ورطوبة الغلاف الجوي. تعتمد مؤشرات المقاومة الكيميائية على جودة الكتلة الزجاجية والعامل المؤثر. وبالتالي ، فإن الزجاج الذي لا يتآكل عند تعرضه للماء يمكن أن يتشوه عند تعرضه للمحاليل القلوية والمالحة.

تتميز زجاج السيليكات بمزيج غير عادي من الخصائص والشفافية وضيق الماء المطلق والمقاومة الكيميائية العالمية. كل هذا يفسر من خلال التكوين والبنية المحددة للزجاج.

كثافةزجاجيعتمد على التركيب الكيميائي ولزجاج البناء التقليدي 2400 ... 2600 كجم / م 3. كثافة زجاج النوافذ 2550 كجم / م. تتميز الزجاج المحتوي على أكسيد الرصاص ("الكريستال البوهيمي") بكثافة عالية - أكثر من 3000 كجم / م 3. تكاد تكون المسامية وامتصاص الماء للزجاج مساوية لـ 0٪.

الخواص الميكانيكية. غالبًا ما يتعرض الزجاج في هياكل المباني للانحناء والتمدد والتأثير وقليلًا للضغط ، وبالتالي ، فإن المؤشرات الرئيسية التي تحدده الخصائص الميكانيكية، ينبغي اعتباره قوة شد وهشاشة.

نظري قوة شد الزجاج - (10 ... 12) 10 3 ميجا باسكال. في الممارسة العملية ، هذه القيمة 200 ... 300 مرة أقل وتتراوح من 30 إلى 60 ميجا باسكال. ويفسر ذلك حقيقة وجود مناطق ضعيفة في الزجاج (التجانس الجزئي ، وعيوب السطح ، والضغوط الداخلية). كلما زاد حجم المنتجات الزجاجية ، زاد احتمال وجود مثل هذه المناطق. من الأمثلة على اعتماد قوة الزجاج على حجم منتج الاختبار الألياف الزجاجية. يبلغ قطر الألياف الزجاجية 1 ... 10 ميكرون لها قوة شد تبلغ 300 ... 500 ميجا باسكال ، أي ما يقرب من 10 مرات أعلى من ألواح الزجاج. تقلل بشدة من قوة الشد لخدوش الزجاج ؛ يعتمد قطع الزجاج بالماس على هذا.

قوة ضغط الزجاج عالية - 900 ... 1000 ميجا باسكال ، أي تقريبًا مثل الفولاذ والحديد الزهر. في نطاق درجة الحرارة من -50 إلى +70 درجة مئوية ، لا تتغير قوة الزجاج عمليًا.

يتميز الزجاج في درجات الحرارة العادية بعدم وجود تشوهات بلاستيكية فيه. عند تحميله ، فإنه يخضع لقانون هوك حتى كسر هش. معامل المرونةزجاج E =(7 ... 7.5) 10 4 ميجا باسكال.

هشاشة - العيب الرئيسي للزجاج. المؤشر الرئيسي للضعف هو نسبة معامل المرونة إلى قوة الشد E / R ص.للزجاج 1300 ... 1500 (للصلب 400 ... 460 ، المطاط 0.4 ... 0.6). بالإضافة إلى ذلك ، يساهم توحيد البنية (التجانس) للزجاج في تطوير التشققات دون عوائق ، وهو شرط ضروري لإظهار الهشاشة.

صلابة الزجاج ،والتي ، من حيث التركيب الكيميائي ، مادة قريبة من الفلسبار ، هي نفس تلك الموجودة في هذه المعادن ، واعتمادًا على التركيب الكيميائي ، فهي في نطاق 5 ... 7 على مقياس موس.

الخواص البصرية تتميز النظارات بنقل الضوء (الشفافية) ، وانكسار الضوء ، والانعكاس ، والتشتت ، وما إلى ذلك. زجاج السيليكات العادي ، باستثناء الزجاجات الخاصة (انظر أدناه) ، ينقل الجزء المرئي بالكامل من الطيف (حتى 88 ... 92٪) وعمليا لا تنقل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. معامل انكسار زجاج المبنى (ص= 1.50 ... 1.52) تحدد قوة الضوء المنعكس وانتقال الضوء للزجاج بزوايا مختلفة لوقوع الضوء. عندما يتم تغيير زاوية سقوط الضوء من 0 إلى 75 درجة ، ينخفض ​​انتقال الضوء من الزجاج من 90 إلى 50٪.

توصيل حراري أنواع مختلفةيعتمد الزجاج قليلاً على تركيبته وهو 0.6 ... 0.8 واط / (م · ك) ، وهو ما يقرب من 10 مرات أقل من المعادن البلورية المماثلة. على سبيل المثال ، تبلغ الموصلية الحرارية لبلورة الكوارتز 7.2 واط / (م · كلفن).

معامل التمدد الحراري الخطي (CLTE) من الزجاج صغير نسبيًا (للزجاج العادي 9 10 -6 K -1). ولكن بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة ومعامل المرونة العالي ، فإن الضغوط التي تتطور في الزجاج أثناء التسخين الحاد من جانب واحد (أو التبريد) يمكن أن تصل إلى القيم التي تؤدي إلى تدمير الزجاج. هذا ما يفسر الصغير نسبيًا مقاوم للحرارة(القدرة على تحمل التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة) للزجاج العادي. إنها 70 ... 90 درجة مئوية.

القدرة على عزل الصوت الزجاج مرتفع جدًا. زجاج بسمك 1 سم من حيث عزل الصوت يتوافق تقريبًا مع جدار من الطوب نصف قرميد - 12 سم.

مقاومة كيميائية يعتبر زجاج السيليكات أحد أكثر خصائصه الفريدة. يقاوم الزجاج جيدًا عمل الماء والقلويات والأحماض (باستثناء الهيدروفلوريك والفوسفوريك). يفسر ذلك حقيقة أنه تحت تأثير الماء والمحاليل المائية ، يتم غسل أيونات Na + و Ca ++ من الطبقة الخارجية للزجاج ويتم تشكيل فيلم مقاوم كيميائيًا مخصبًا بـ SiO 2. يحمي هذا الفيلم الزجاج من المزيد من التلف.