از زمان معرفي شيشه فلوت در سال 1959 توسط پيلكينگتون فرآيند فلوت آرام آرام به نحو گسترده‌اي جايگزين فرآيندهاي شيشه تخت گرديده است . امروزه حدود 180 طرح فلوت با ظرفيت توليدي در حدود 40 ميليون تن در سال وجود دارد . اين مقدار متناظر با حدود 35 % كل توليد شيشه در جهان است .

شيشه تخت حاصل از روش فلوت در مقايسه با فرآيندهاي توليد قديمي‌تر شيشه تخت مزايايي دارد كه عبارتند از :

-فرآيند فلوت قادر است شيشه تخت با كيفيت بالا در محدوده ضخامتي 5/0 تا 25 ميليمتر با عرض نواري بيش از 3 متر توليد نمايد .

-فرآيند توليد شيشه فلوت ظرفيت توليد بالايي را بر خلاف فرآيندهاي قبلي امكان‌پذير مي‌سازد .

-فرآيند فلوت پيوسته بوده و امكان اتوماسيون را تا ميزان زيادي ممكن مي‌سازد .

-كيفيت نوري سطح شيشه فلوت با شيشه پليت سايش خورده پوليش شده قابل مقايسه است .

-با توجه به پيشرفت‌هاي مداوم و بهبودهاي حاصله در 35 سال اخير فرآيند فلوت بي‌دردسرتر و ايمن‌تر از ديگر فرآيندهاي توليد شيشه است .

تاريخچه توليد شيشه شناور :

پيوسته كردن فرآيند توليد شيشه تخت كه از اوايل قرن بيستم آغاز شد ، مسير پر فراز و نشيبي را طي كرده است . در اين مسير سه روش كشش ، نورد و شناور ، تقريباً مراحل آزمايشي خود را همزمان آغاز كردند . دو روش اول به سرعت ارزش تجاري خود را كسب كردند و در توليد انبوه شيشه تخت به كار رفتند . اما عدم موفقيت اين روشها در توليد شيشه‌هاي تخت بدون اعوجاج و بدون نوسانات شديد ضخامت و نيز دردسرهاي فراوان پرداخت و صقيل شيشه نورد شده سبب شد تا نهايتاً توجه شيشه سازان به مزاياي روش شناور جلب شود .

جرقه فكري روش شناور را فردي بنام “ لومباردو ” ايتاليايي زد كه در سال 1900 راهي براي توليد صفحات دي الكتريك تخت با استفاده از مايعي مثل موم يا پارافين بر روي مايع جيوه ابداع كرد و آنرا به ثبت رساند . بلافاصله در سال 1920 ميلادي “ ويليام هيل ” آمريكايي روش جديدي را براي توليد شيشه تخت بر اساس روش ابداعي لومباردو به ثبت رساند .

در اين روش او مذاب شيشه را بر روي سطح مذاب ديگري از فلزات ريخت و سپس با كشيدن مذاب شيشه بر روي سطح فلز حمام مذاب آنرا به صورت ورقه‌اي صاف درآورد . آزمايشهاي اوليه در سال 1920 در كارخانه “ گريگتون ” از شركت آمريكايي “ Pitsburg Plat Glass ” (PPG) صورت گرفت . در اين كارخانه سعي شد با شناور كردن مذاب شيشه بر روي آنتيموان مذاب ، عمل تخت كردن شيشه صورت گيرد . ولي آزمايش به دليل عدم موفقيت در تهيه و ساخت بدنه حوضچه‌اي كه بتواند آنتيموان مذاب را نگه دارد متوقف شد .

موفقيت ساخت يك واحد آزمايشي به روش شناور در سال 1950 ميلادي نصيب شركت انگليسي “ برادران پيلكينگتون ” شد . در اين روش كه اولين واحد موفق تجاري آن در سال 1959 ميلادي در انگلستان به توليد رسيد مذاب شيشه پس از طي مراحل ذوب و حبابزدايي ، با استفاده از همزنهاي مكانيكي مخصوص ، همگون و با درجه حرارت 1050 درجه سانتيگراد و از طريق آجر نسوز يكپارچه‌اي به نام آجر لبه (Spout) وارد حمام قلع مذاب مي‌گردد .

مقدار مذاب ورودي به حمام با كمك يك ديواره معلق متحرك (Tweel) كنترل مي‌شود . مذاب شيشه در حمام قلع ، با شناور شدن بر روي مذاب قلع و در نتيجه تعادل بين نيروهاي كشش سطحي به صورتي كاملاً صاف ، تخت و بدون اعوجاج در مي‌آيد . ضخامت نوار شيشه در داخل حمام قلع با اعمال منحني دمايي خاص و با استفاده از انبركهاي غلتكي مستقر در كناره‌ها و نيز تسمه‌هاي گرافيتي ، ساخته مي‌شود .

شرح كلي فرآيند فلوت :

در اين روش ، شيشه در يك كوره ذوب در دماي حدود 1550 درجه سانتيگراد بدون داگ‌هاوس ذوب مي‌گردد . از اينرو حركت دوراني و گردابي نوارهاي شيشه رخ نمي‌دهد ، و همين عامل اثر مطلوبي بر خواص نوري شيشه تخت مي‌گذارد .

ريزش مذاب شيشه به قسمت فلوت از طريق كانالي رخ ميدهد كه در آن مقدار ريزش به وسيله يك بلوك آجر عمودي (Tweel) كنترل مي‌گردد . شيشه با دمايي حدود 1050 درجه سانتيگراد از روي يك سنگ لبه از جنس فيوزكست بر روي حمام قلع مذاب مي‌ريزد كه قلب طرح قسمت شناور است و به صورت فيلمي با ضخامت ثابت گسترده مي‌شود .

فيلم مزبور در جهت طولي به صورت نواري با عرض بيش از 3 متر گسترده مي‌شود و با كنترل از 1050 به 600 درجه سانتيگراد سرد مي‌گردد . در اين دما ، نوار شيشه پيوستگي و سفتي لازم را دارد كه بتواند از حمام قلع بيرون آورده شده و به كانال تنش‌زدايي برسد . در 150 متر طول كوره تنش‌زدايي كه سخت شدن شيشه رخ ميدهد نوار شيشه با كنترل سرد مي‌گردد تا از تنش‌هاي باقيمانده جلوگيري شود . پس از كوره تنش‌زدايي نوار شيشه به صورت پيوسته از بازرسي اپتيكي مي‌گذرد تا معايب شيشه شناسايي گردد و نهايتاً نوار شيشه بريده مي‌شود .



حمام فلوت :

حمام فلوت داراي طولي حدود 40-50 متر و عمق تقريبي 6-7 سانتيمتر و عرض متغير 4-7 متر مي‌باشد . حمام از يك پوسته فلزي كه داخل آن با كمك آجرهاي شاموتي مخصوص پوشيده شده است ، تشكيل مي‌شود . نيمي از حمام دو جداره و المنتهاي گرمايي در داخل جداره تعبيه شده‌اند . كنترل دما ، فشار ، اتمسفر و بويژه وضعيت نوار مذاب به صورت اتوماتيك و كامپيوتري انجام مي‌شود .

در واقع قسمت حمام فلوت (حمام قلع) از واني “ نسوز و گرافيت ” براي نگهداري قلع مذاب و همچنين يك اتاق در حد امكان بدون نشت گاز تشكيل شده است كه براي نگهداري اتمسفر احيا كننده “ 10% گاز هيدروژن و 90% گاز نيتروژن ” بكار ميرود تا از اكسيداسيون قلع جلوگيري شود . در فرآيند فلوت از اين واقعيت بهره برده مي‌شود كه در خصوص دو مايع غير قابل امتزاج ، مايع با دانسيته كمتر بر روي مايع سنگين‌تر به شكل يك فيلم پخش و گسترده مي‌شود . يك زمينه محدود كاملاً صاف و مستول از مايع سبك‌تر تحت تأثير وزن مخصوص و انرژي سطحي بوجود مي‌آيد .

براي تحقق بخشيدن به فرآيند فلوت به دنبال مايعي بودند كه بتوان بر روي آن مذاب شيشه را ريخت به نحوي كه بتوان سطح كاملاً مستوي و يكنواختي به وجود آورد . اين مايع بايد بتواند شرايط ضروري ذيل را برآورده كند :

-دانسيته بايستي بيشتر از دانسيته شيشه gr/cm3 5/2 باشد .

-نقطه ذوب بايستي كمتر از 600 درجه سانتيگراد باشد .

-فشار بخار مايع در حدود 1050 درجه سانتيگراد حتي‌المقدور كم باشد .

-مايع نبايستي با مذاب شيشه واكنش شيميايي بدهد .

Ga ، In اساساً براي استفاده در حمام فلوت بر طبق خواص فيزيكي‌شان مناسب هستند . قله مايع بدين جهت انتخاب شد كه در ميان فلزات بالا ارزانترين بود . اين فلز همچنين كمترين واكنش با مذاب شيشه در 1050 درجه سانتيگراد را داشته و كمترين فشار بخار را دارد .



معايب و مشكلات شيشه فلوت

يكي از مشكلات اين روش اين است كه لبه ديواره معلق “ Tweel ” در داخل مذاب قرار دارد و اين خود سبب پيدايش ناخالصي‌ها و آلودگي مذاب مي‌شود كه بعدها پس از مدتي تلاش براي حل اين مشكل با پوشاندن لبه ديواره معلق از پلاتين ، نهايتاً لبه آنرا از مذاب خارج كردند . يكي ديگر از مشكلات بسيار اساسي و مهم اين روش پيچيدگي توليد شيشه‌هاي نازك بود .

كارهاي اوليه نشان مي‌داد كه توسعه و پخش مذاب بر روي قلع تا زماني صورت مي‌گيرد كه ورقه مذاب به يك ضخامت تعادلي در حدود 6 ميليمتر برسد . تجربيات اوليه براي تغيير ضخامت شيشه توليدي با بالا و پايين آوردن سرعت غلتكهاي انتهايي انجام شد ، ولي تجربه نشان داد كه اگر سرعت غلتك انتهايي را براي كاهش ضخامت شيشه كم كنند ، عرض ورقه شيشه به شدت كم مي‌شود . مثلاً در تغيير ضخامت به اين روش از 6 به 4 ميليمتر عرض ورقه از 5/2 متر به 75 سانتيمتر مي‌رسيد . لذا از همان ابتدا مشخص بود كه براي كنترل ضخامت ، تحول مهمي بايد در فرآيند توليد شيشه شناور صورت گيرد . براي كنترل ضخامت روي تركيب شيشه نيز كار شد ، ولي نتيجه چندان رضايت بخش نبود .

آزمايشهاي انجام شده نشان داد كه تغيير ضخامت با تغيير تركيب كه تعادل بين نيروهاي كشش سطحي را تغيير ميدهد ، قدرت تنظيمي بين 6 تا 7 ميليمتر را بيشتر ندارد . پس از تلاشهاي فراوان ، تغيير منحني دما در حمام قلع و عملكرد توامان تغيير دما و حركت انبرهاي بالشتكي لبه‌گير براي كنترل ضخامت بسيار موفقيت‌آميز بودند .

در اين روش مذاب با دماي حدود 1050 درجه سانتيگراد (گرانروي 104 پواز) وارد حمام قلع مي‌شود . دماي حمام بتدريج كاهش يافته و در دماي حدود 700 درجه سانتيگراد غلتكهاي زوجي ، لبه‌هاي طرفين شيشه را در اختيار مي‌گيرند . به اين ترتيب عرض شيشه ثابت مي‌ماند . پس از تثبيت عرض و فائق آمدن بر كشش سطحي ، دوباره دماي حمام افزايش مي‌يابد و درجه حرارت نوار شيشه به حدود 850 درجه سانتيگراد ميرسد . در اين مرحله سرعت غلتكهاي انتهايي را افزايش داده و ضخامت را كنترل و تنظيم مي‌كنند . بدين ترتيب امكان توليد شيشه‌هاي نازكتر از 6 ميليمتر و يا ضخيمتر از آن به روش شناور فراهم مي‌شود .

براي توليد شيشه‌هاي ضخيمتر از ضخامت تعادلي ، حركت مذاب در حمام قلع توسط موانع يا ميله‌هاي گرافيتي كنترل مي‌گردد و مانع از پخش آن در عرض حمام مي‌شوند . در اين روش ضخامت ورقه توليدي به مقدار و سرعت كشش شيشه در حمام بستگي دارد . براي جلوگيري از تأثيرات منفي موانع گرافيتي بر روي لبه‌هاي شيشه سعي مي‌كنند كه طول اين موانع در حداقل مورد نياز باشد . در سال 1969 ميلادي توليد شيشه‌اي به ضخامت 15 ميليمتر با اين روش امكان‌پذير گشت .

سومين مشكل مهم روش فلوت ، معضلات شيميايي اين روش بود . وجود كمترين ناخالصي در حمام قلع ، بويژه حضور اكسيژن و گوگرد در فضاي حمام ، حتي در حد يك در ميليون ، با قلع تركيب مي‌شوند و تركيباتي چون SnO و SnS بوجود مي‌آورند كه پس از تبخير و مهاجرت به نواحي سردتر حمام بر روي ورقه شيشه مذاب شبنم مي‌زنند و لكه‌هاي چسبنده‌اي روي سطح ورقه شيشه به وجود مي‌آورند . علاوه بر آن چون حلاليت اكسيد قلع مذاب كم است ، در صورت پيدايش اكسيد قلع ، اين اكسيد به صورت لكه شناوري روي سطح مذاب قلع شناور شده و سطح زيرين شيشه را معيوب مي‌كند و به مرور با نفوذ در ساختار مولكولي شيشه ، در آن باقي مي‌ماند و هنگام خم شيشه در كوره‌هاي عمليات حرارتي ، مثلاً در توليد شيشه خودرو ، سبب پيدايش كدري روي سطح شيشه مي‌شود . كاهش اين ناخالصيها و كنترل دور گردش آنها در كوره و حمام از موارد مهم موفقيت روش فلوت است .



سيكل آلودگي گوگرد و اكسيژن در حمام قلع :

اگر چه همه بررسي‌هاي ممكن نشان مي‌داد كه قلع بهترين و مناسب‌ترين فلز بستر براي شناور سازي نوار شيشه است ، اما ويژگي شيميايي اين عنصر ميل شديد تركيبي‌اش با اكسيژن و گوگرد است كه در شرايط دمايي بالا تشديد مي‌گردد به تدريج در فرآيند توليد شيشه مشكلات خاص خود را ايجاد مي‌نمايد . اكسيژن و گوگرد در دو سيكل شيميايي متفاوت سبب آلودگي سطح شيشه و نيز تخريب المنت‌هاي گرمايي حمام قلع مي‌شود .

سيكل آلودگي گوگرد با تشكيل سولفور قلع (استانو) در مذاب قلع آغاز مي‌شود . اين سولفور در محدوده‌ دمايي 1000-1050 درجه سانتيگراد به سرعت بخار شده و از محيط قلع خارج مي‌شود . بخار سولفور استانو ، در چرخه كنوكسيوني اتمسفر حمام قلع به نقاط سردتر مهاجرت كرده و بر روي سطح سقف حمام و المنتهاي گرمايي آن كندانسه مي‌شود و پس از طي فرآيند ناقص احيا ، سولفور قلع به قلع فلزي و نهايتاً مخلوطي از سولفور قلع و قلع فلزي به شكل لكه‌هاي ريز و پايدار (با قطره‌هاي متفاوت از 100 تا 1000 ميكرون) بر روي سطح شيشه چكه مي‌كند . وجود ppm 10 سولفور در اتمسفر حمام منجر به تشكيل 100 ميلي‌گرم سولفور قلع در هر متر مكعب از فضاي حمام در دماي 1000-1050 درجه سانتيگراد مي‌گردد . نقش گوگرد در مقايسه با اكسيژن در مورد تشكيل لكه‌هاي سطحي بسيار زيادتر است و لازم است كه بهاي لازم به وجود و حضور اين عنصر در حمام قلع داده شود . براي كنترل سيكل آلودگي گوگرد روش‌هاي متفاوتي تجربه شده است . با توجه به اينكه سقف محل تجمع سولفور قلع است اساس روش‌هاي اوليه تميز كردن سقف حمام با استفاده از دمش هوا يا گرم كردن ناحيه سقف و تسريع فرآيند احيا چكه در يك محدوده زماني كوتاه بود كه معمولاً در هنگام تميز كردن سقف شيشه ، توليد غير قابل استفاده مي‌شد . اكنون روش ريشه‌اي‌تري در اين مورد اتخاذ شده است . در واقع تجربه سالهاي گذشته در مورد كنترل كاهش سولفات سديم كه بيشتر در كشورهاي اروپايي جهت كاهش آلودگي محيط زيست انجام مي‌گرفت ، نشان داد كه اين كاهش به شدت در تقليل سيكل گوگرد مؤثر بوده است . به همين جهت اكنون براي كنترل اين چرخه آلودگي از ورود گوگرد به داخل حمام قلع از طريق اتمسفر كوره و يا نوار شيشه حتي‌الامكان با كاهش مصرف عوامل گوگرد دار خودداري مي‌شود . سيكل آلودگي اكسيژن نيز با تركيب اكسيژن و قلع و تشكيل اكسيد قلع (استانو) آغاز مي‌گردد .

بخشي از اكسيد قلع حاصل تبخير و بخشي نيز در مذاب قلع حل مي‌شود . بخار SnO در نواحي سردتر روي سطح شيشه كندانسه و موجب تشكيل لكه‌هاي پايدار بر روي سطح شيشه مي‌شود . اكسيد قلع محلول پس از رسيدن به حد اشباع از مذاب قلع خارج و به صورت اكسيد استانيك روي سطح مذاب قلع شناور گشته و سطح زيرين نوار شيشه را آلوده و كدر مي‌كند . از همان ابتداي شكل‌گيري اين تكنولوژي براي كاستن از مسأله آلودگي اكسيژن ، تنها راه عملي جلوگيري از ورود اكسيژن به داخل حمام تشخيص داده شد و در اين رابطه ضمن كنترل اتمسفر حمام با استفاده از هيدروژن و نيتروژن ، روش‌هاي دقيقتري براي درزبندي و جلوگيري از نفوذ ديفوزيوني اكسيژن به داخل حمام اتخاذ شد وجود حدود 10 درصد هيدروژن در اتمسفر حمام قلع ، در صورت اكسيژن به داخل حمام با جذب آن و تشكيل مولكولهاي H2O ، سيكل آلودگي اكسيژن را متوقف مي‌سازد . به هر حال در حال حاضر مسأله آلودگي اكسيژن و گوگرد ، مشكل عمده در توليد شيشه فلوت نمي‌باشد و روش‌هاي كنترل و محدود كردن آن كاملاً شناخحته شده هستند .

اما آلودگي سطح نوار شيشه به قلع يا اكسيد قلع هنوز از مباحث جالب و مورد پيگيري در اين صنعت است . بررسي‌هاي فعلي نشان داده است كه در تركيب صد انگستروم اول سطح شيشه بيش از 30 درصد اكسيد قلع وجود دارد . در مواردي آلودگي‌هاي سطحي اگر چه ممكن است ظاهراً محسوس نباشد ولي در مراحل بعدي كار با شيشه ، بويژه در فرآيندهاي تكميلي مثل توليد شيشه نشكن يا خم براي مصارف ساختماني يا اتومبيل سبب پيدايش كدري در سطح شيشه مي‌گردند .



نتيجه‌گيري :

ابداع فرآيند شناور (فلوت) براي توليد پيوسته نواري از شيشه تخت با دو سطح موازي ، بدون اعوجاج و بدون نوسانات ضخامت ، گنجينه گرانبهايي از انواع كاوشهاي علمي و تكنولوژيكي را براي مهندسان و دانشمندان به همراه داشته است . انديشمندان تلاشهاي زيادي كرده‌اند تا جنبه‌هاي مختلف اين فرآيند اعجاب‌انگيز را با استفاده از قوانين فيزيك توضيح دهند .

دستيابي به قانونمنديهاي حاكم بر تشكيل نوار شيشه در اين فرآيند اكنون عرصه‌هاي جديدتري را در تكوين و ابداعات نوين اين تكنولوژي ايجاد كرده است و توسعه و تكميل اين تكنولوژي در سالهاي اخير سرعت بيشتري يافته و از شكل اوليه خود بسيار فاصله گرفته است . اكنون نسل جديدي از واحدهاي توليد شيشه فلوت در حال شكل‌گيري است .

تركيب شيشه :

تركيب نرمال شيشه با مقدار 9/0 % < Fe2O3 < 08/0 %

SO3
K2O
Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
Al2O3
SiO2

0.3
0.3
0.1
3.5
9.2
14.3
0.3
72.0




خلاصه :

در قلب صنعت شيشه جهان ، فرآيند فلوت قرار دارد كه توسط پيلكينگتون در سال 1959 بوجود آمد كه شيشه شفاف ، رنگي و پوششي دار براي ساختمان و شيشه شفاف و رنگي را براي وسايل نقليه توليد مي‌كند .

اين فرآيند ، قادر به ساخت شيشه با ضخامت 6 ميليمتر است و حالا قادر به توليد شيشه‌هايي به ضخامت 4/0 ميليمتر و حتي تا 25 ميليمتر است .

شيشه مذاب ، در تقريباً دماي 1000 درجه سانتيگراد بطور مداوم از كوره روي حمام باريك قلع مذاب ريخته مي‌شود . شيشه مذاب روي قلع شناور مي‌شود ، به صورت يك سطح صاف روي آن پخش مي‌شود . ضخامت شيشه به وسيله سرعتي كه نوار شيشه در حال جامد شدن از حمام كشيده مي‌شود و كنترل مي‌گردد . سپس آنيل مي‌گردد (با سرمايش كنترل شده) و شيشه به عنوان محصولي پوليش شده با حرارت كه داراي سطوح واقعاً موازي است درمي‌آيد .





منبع

يكي از طرح‌هاي جذاب و زيباي شيشه‌هاي تزئيني ، شيشه‌هاي فيوزينگ مي‌باشد . در شيشه‌هاي فيوزينگ طرح مورد نظر با برش‌هايي از شيشه و توسط اعمال حرارت به صفحه اصلي شيشه‌اي فيوز مي‌گردد (اتصال مي‌يابند) . براي توليد شيشه‌هاي فيوزينگ تزئيني به كوره ، كفي كوره ، آستركف و شيشه نيازمنديم .

كوره فيوزينگ مهمترين وسيله لازم براي فيوز شيشه مي‌باشد . اين كوره با پوشش‌هاي سراميكي سنتي يا با دستاوردهاي جديد ساخته مي‌شود . تفاوت بين كوره سراميكها و كوره فيوزينگ شيشه در محل المنتها است . كوره فيوزينگ داراي المنتهاي الكتريكي مي‌باشد كه در بالاي كوره و در كناره‌ها و كف كوره قرار دارند . دليل اين امر انتشار يكسان حرارت در تمام سطح شيشه مي‌باشد . كوره‌هاي گازي نيز مي‌توانند براي فيوزينگ استفاده گردند ، اما در اينصورت مشكلات زيادي به وجود خواهد آمد .

انواع كوره‌ها :

المنت‌هاي حرارتي كوره‌هاي الكتريكي ممكن است در بالاي كوره يا اطراف ديواره‌هاي داخلي كوره باشد . كوره‌هايي كه المنت‌هاي حرارتي آنها بالاي كوره قرار دارند حرارت از بالا ( Top Fired ) ناميده مي‌شوند و آنهايي كه المنت‌هاي حرارتي‌شان در كناره‌هاي كوره كار گذاشته شده است حرارت از كنار ( Side Fired ) ناميده مي‌شوند . مكان و نظم المنت‌هاي حرارتي توسط چگونگي حرارت ديدن شيشه تعيين مي‌گردد . كوره فيوزينگ شركت آبگينه از نوع حرارت از بالا مي‌باشد كه داراي 15 المنت‌ حرارتي در سقف كوره يعني بر روي درب آن است .

در توليد محصولات فيوزينگ مهمترين عامل شيشه‌هاي مخصوص فيوزينگ مي‌باشند كه بايد ضريب انبساط حرارتي متناسبي داشته باشند . از لحاظ فيوزينگ شيشه ، اگر دو شيشه بتوانند با هم فيوز شوند ، هماهنگ هستند . در اين حالت پس از خنك كردن مناسب تا دماي اتاق ، هيچ تنش بيش از اندازه‌اي كه منجر به شكست شود ، در قطعه نهايي وجود ندارد . آزمايشهايي كه براي تشخيص هماهنگي شيشه‌ها وجود دارند عبارتند از : 1) كشش ريسمان 2) تنش سنجي 3) آزمايش قطعه

به عنوان مثال آزمايش كشش ريسمان خيلي سريع و بدون استفاده از كوره انجام مي‌شود و بر اساس اين واقعيت است كه اگر رشته‌اي از دو شيشه كشيده شده كه شبيه به هم منقبض نمي‌شوند ، به يكديگر فيوز شوند ، رشته خم خواهد شد .

مراحل عمليات حرارتي براي فيوزينگ
شش مرحله در سيكل حرارتي فيوزينگ وجود دارد كه دو مرحله براي گرمايش و چهار مرحله براي سرمايش بوده و عبارتند از :

1) گرمايش اوليه :

مرحله‌اي است كه شامل حرارت دادن شيشه از دماي اتاق تا درست بالاي دماي نقطه كرنش شيشه مي‌باشد . در شيشه‌هاي رنگي اين دما رنجي از 400 تا c 0 485 مي‌باشد . در طول اين مرحله گرمايش در سرعتي درست زير سرعت دمايي كه سبب شكست مي‌گردد ، شروع مي‌شود . اين سرعت با اندازة ضخيم‌ترين لايه منفرد از شيشه تغيير مي‌كند . هنگاميكه دما به نقطة كرنش برسد مرحله دوم شروع مي‌گردد .



2) گرمايش سريع :

در اين مرحله شيشه فيوز نشده از دماي نقطة كرنش تا دمايي كه در آن لايه‌هاي شيشه منفرد تا حد مطلوب فيوز نشده‌اند ، حرارت داده مي‌شود . اين مرحله از سيكل حرارتي در مقايسه با مرحلة قبل خيلي سريعتر مي‌باشد . دماي فيوز به فرمول شيشه و ضخامت آن بستگي دارد . وقتي كه فيوز دلخواه بدست آمد ، مرحلة بعدي شروع مي‌گردد .

3) سرمايش سريع :

خنك نمودن شيشه فيوز شده از بالاترين دما كه در طول مرحلة گرمايش سريع به آن رسيديم تا دماي آنيلينگ را سرمايش سريع گويند . براي مقابله با كريستاليزه شدن ، خنك كردن بايد با سرعت خنك شدن كوره مطابقت داشته باشد . هنگاميكه دما به رنج آنيلينگ رسيد (تقريباً c 0 540) مرحلة چهارم شروع مي‌شود .

4) نگهداري در دماي آنيل :

در اين مرحله ، كوره در يك دماي ثابت (دماي آنيلينگ بهينه) نگهداشته مي‌شود . زمان و دماي نگهداري بستگي به شيشه و ضخامت آن دارد . هنگاميكه دماي شيشه با دماي تاقچه كوره برابر شد و تنشهاي ناشي از نابرابري حرارت دادن يا كار مكانيكي برطرف شد مرحله پنجم آغاز مي‌گردد .

5) سرد كردن از دماي آنيل :

اين دما بين دو دماي نگهداري در آنيل و نقطة كرنش محدود مي‌شود . تنها زمان جلوگيري از پيشرفت تنش دائمي در قطعة نهايي در طول اين مرحله مي‌باشد .

6) خنك كردن تا رسيدن به دماي اتاق :

اين مرحله جهت جلوگيري از شكست مي‌باشد . سرعت حداكثر خنك كردن مجاز براي جلوگيري از شكست بستگي به ضخامت دارد ولي عموماً سريع است . عموماً به كوره‌ها اجازه داده مي‌شود تا به طور طبيعي خنك گردند .

زمانها و دماها براي هر نوع شيشه و براي هر ضخامتي متفاوت مي‌باشد .

شیشه آنطوریکه عموم آنرا می شناسند جسمی است شفاف که نور بخوبی از آن عبور می کند و پشت آن بطور وضوح قابل رویت می باشد.• شیشه جسمی است سخت که در طبقه بندی اجسام سختی آن در ردیف هشتم قرار دارد ( سختی شیشه هشت است ) و همه اجسام بجز الماسه ها را خط می اندازد. وزن مخصوص شیشه 5/2 گرم بر سانتیمیر مکعب بوده و بسیار ترد و شکننده است. شیشه تنها مصالح ساختمانی می باشد که با وجود بر آنکه نور از آن به خوبی عبور می کند فضاهای مسکونی را گزند عوامل جوی مانند باد- باران- برف- سرما و همچنین هجوم حشرات و حیوانات محفوظ نگاه می دارد. با توجه به سطحی را که شیشه می پوشاند قیمت ان نسبت به سایر مصالح ارزانتر است. ، امروزه فناوری های مدرن صنعت شیشه نقش موثری در بهینه سازی مصرف انرژی و زیبا سازی ساختمانها ایفا می کند. از این روست که علاوه بر کاربردهای متنوع و روز افزون شیشه در ساختمانها ، نه تنها از اتلاف انرژی به میزان زیادی کاسته شده است بلکه ساختمانهایی بسیار زیبا و آرام بنا شده است.
• یکی از آلودگی هایی که بخصوص در شهر ها وجود دارد آلودگی صوتی است که به گفته متخصصان عامل بسیاری از فشارهای روحی و کاهش کارایی افراد است. وجود شیشه های خاص علاوه بر جلوگیری از اتلاف انرژی و ایجاد نمای زیبا ، آلودگی های صوتی را به حداقل رسانده و محیطی آرام برای کار و استراحت فراهم می کند.
شیشه در مقابل تمام مواد شیمیایی حتی اسیدهای قوی و بازها مقاومت کرده و تحت تأثیر خورندگی واقع نمی شود، بهمین علت ظروف آزمایشگاهی را از شیشه میسازند. فقط اسید فلوئوریدریک FH بر آن اثر داشته و شیشه را در خود حل می نماید.
قدمت شیشه
اگر شیشه یا شیشه ای شدن را به معنی عمومی آن یک مرحله از ذوب و طریقه سرد شدن اجسام تعریف کنیم و باید قدمت شیشه را تقریباً مساوی با سرد شدن پوسته جامد زمین بدانیم یعنی بگوئیم قبل از آنکه بشر موفق به ساختن شیشه مصنوعی شود طبیعت آنرا به طور طبیعی بوجود آورده است. بدین طریق که مواد مذاب که دارای ترکیبات مخصوصی بودند از دهانه کوه ها فوران نموده و بعلت سریع سرد شدن به شیشه تبدیل شده اند. البته باید توجه داشت که این شیشه ها تقریباً دارای کلیه خواص شیشه های مصنوعی هستند فقط ممکن است در اغلب مواقع شفاف نباشند یعنی نور به خوبی از آنها عبور نمی کند. مردمان نخستین این گونه سنگهای شیشه ای شده را شکسته و از قسمت تیز آن بعنوان آلت جنگ و شکار استفاده می نمودند. استفاده از این آلت جنگی از نقاشیهایی که از زمانهای گذشته بر دیوارهای غارها کشیده شده است بخوبی نشان داده می شود.قدمت شیشه را آنطوریکه عموم آنرا میشناسند به دقت نمی توان تعیین کرد ولی تقریباً با توجه به آثار بدست آمده از حفاریها نشان می دهد که بشر از 5000 سال پیش با شیشه آشنایی داشته و از آن استفاده مینموده است. گلدانها و سایر ظروف شیشه ای بدست آمده از حفاری های مصر قدمت 5000 ساله دارد الواح شیشه ای بدس آمدهگوناگون و ارزان‌قیمت شیشه‌ای متداول گردید که در 300 سال پیش از میلاد ، در مصر کارگاههای کوچک شیشه‌گری وجود داشته است و شیشه را از ماسه و سود می‌ساختند. می‌توان گفت در آن تاریخ ، وسایل شیشه‌ای جزو اشیاء تجملی مورد استفاده درباریان و توانگران قرار گرفته است.
اکنون در موزه بریتانیا ، قدیمی‌ترین ظرف شیشه‌ای را می‌توان دید که 70 سال پیش از میلاد در رم ساخته و پرداخته شده است. بعدها در سده‌های 11 و 12 میلادی ، مسلمانان در تکمیل هنر شیشه‌گری کوشیده‌اند.در سده سیزدهم میلادی ، اروپائیان ، شیشه رنگی را ساختند و از آن ، جهت تزئین کلیساها استفاده کردند. اما در آن زمان ، یک وسیله شیشه‌ای ، حاصل مدتها تلاش و کوشش یک هنرمند بود و این کار دستی قیمت سرسام‌آوری داشت. تنها از اوایل سده نوزدهم است که ماشین شیشه‌سازی به روش فشردن ماده مذاب آن اختراع شد و وسایل از حفاریهای بین النهرین دارای قدمتی در حدود 2000 سال قبل از میلاد می باشند. رومیان نیز در فن شیشه گری مهارت داشته اند و در این صنعت از سایرین پیش رفته تر بودند. در ایران نیز ساختن شیشه قدمت چند هزار ساله دارد در حفاریهای انجام شده در لرستان و شوش باستان شناسان قطعات شیشه ای سبز رنگ بدست آوردند که قدمت آنرا 2250 سال قبل از میلاد می دانند.
ترکیبات شیشه
با توجه به تعریفی که بصورت کلی از شیشه به عمل آمد معلوم می شود که از ترکیب و ذوب خیلی از عناصر می توان شیشه بدست آورد بطوریکه تاکنون در حدود 6500 نوع ترکیب مختلف عناصر برای ساخت شیشه پیشنهاد شده و خواص آنها ثبت گردیده است.با نگاه به جدول عناصر کمتر عنصری را میتوان یافت که از آن شیشه نیاید ولی سه عنصر کربنات دوسود- سنگ آهک و سیلیس مواد اصلی تشکیل دهنده شیشه می باشند که در اکثر قریب به اتفاق کارخانه های شیشه سازی مورد مصرف می باشند، مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران طی شماره 43 شیشه را استاندارد نموده است. بموجب این استاندارد مواد شیشه ساز عبارتند از سیلیس ( sio2 ) اکسید بُر ( B2O2 ) و اکسید فسفر (P2O5) که از هر کدام به تنهایی می توان شیشه تهیه نمود.برای آنکه نقطه ذوب سیلیس را پائین بیاوریم به آن اکسید سدیم Na2O و اکسید پتاسیم K2O اضافه می کنیم که به این عناصر روان کننده می گویند.برای آنکه مقاومت شیشه را در مقابل آب و هوا ثابت کنیم باید اکسیدهای دو ظرفیتی بایرم- سرب- کلسیم- منیزیم- روی به مخلوط اضافه کنیم که به این عناصر ثابت کننده می گویند.
اصولاً میتوان از دو نوع ترکیب اصلی برای ساختن شیشه که عمومیت بیشتری دارد نام برد:
1- آهک- کربنات دوسود- سیلیس
2- پتاس- اکسید سرب- سیلیس
همانطوریکه ملاحظه می شود سیلیس در هر دو گروه مشترک بوده و ماده اصلی شیشه را تشکیل می دهد.شیشه هایی که مواد آنها قلیایی هستند در مقابل عوامل جوی کمتر مقاومت می کنند و زودتر شفافیت خود را از دست می دهند.اگر مقدار sio3 در مصالح شیشه از نیم درصد تجاوز کند خمیر شیشه دارای ویسکوزیته زیادی می شود و روانی آن کم می گردد در نتیجه شکل دادن به آن با مشکل روبرو خواهد شد.
شیشه هایی که در مواد اولیه آن از فلدسپار استفاده شده استواشیشه‌ای شدن ، موثر است این مواد دارای فرمول کلی R2O. Al2O3 . 6SiO2 هستند که در آنها R2O ، معرف Na2O یا K2O یا مخلوطی از این دو است. این مواد در مقایسه با اکثر مواد دیگری که منبع Al2O3 هستند، مزایای بسیاری دارند. فلدسپارها ارزان ، خالص و گدازپذیرند و کلا" از اکسیدهای ایجاد کننده شیشه تشکیل شده‌اند. ..................

مقدمه

انسان حتی پیش از اینکه خود شیشه بسازد، شیشه‌های طبیعی نظیر فولگوریت و کوارتز را کشف نموده و از آنها در موارد گوناگون استفاده کرده است. کسی از نخستین شیشه‌گر چیزی نمی‌داند. تاریخ ساختن نخستین شیشه نیز معلوم نیست.

فینیقی‌های شیشه‌گر

بنابر یک داستان قدیمی ، فینیقی‌ها برحسب تصادف ، نخستین شیشه را ساخته‌اند. داستان ، روایت بر مسافران یک کشتی دارد که در سوریه لنگر انداخته بودند. آنها برای درست کردن اجاق ، چون سنگی نیافته بودند، از قطعه‌هایی از بار کشتی که پودر رختشویی بود، استفاده کرده بودند. هنگام پختن غذا ناگهان مشاهده کرده‌اند که در اثر حرارت اجاق ، قطعه‌های سود با شنهای دور خود ترکیب شده و به شیشه تبدیل شده‌اند. البته ما دلیلی بر درستی یا نادرستی این داستان نداریم.

سیر تحولی و رشد

در تاریخ می‌خوانیم که به احتمال ، ده‌هزار سال پیش از میلاد مسیح در کشور مصر یا سوریه ، یک نوع شیشه ابتدایی ساخته شده است. ولی مدارکی دال بر صحت این موضوع در دست نیست، ولی یقین داریم که در 300 سال پیش از میلاد ، در مصر کارگاههای کوچک شیشه‌گری وجود داشته است و شیشه را از ماسه و سود می‌ساختند. می‌توان گفت در آن تاریخ ، وسایل شیشه‌ای جزو اشیاء تجملی مورد استفاده درباریان و توانگران قرار گرفته است.

اکنون در موزه بریتانیا ، قدیمی‌ترین ظرف شیشه‌ای را می‌توان دید که 70 سال پیش از میلاد در رم ساخته و پرداخته شده است. بعدها در سده‌های 11 و 12 میلادی ، مسلمانان در تکمیل هنر شیشه‌گری کوشیده‌اند.

در سده سیزدهم میلادی ، اروپائیان ، شیشه رنگی را ساختند و از آن ، جهت تزئین کلیساها استفاده کردند. اما در آن زمان ، یک وسیله شیشه‌ای ، حاصل مدتها تلاش و کوشش یک هنرمند بود و این کار دستی قیمت سرسام‌آوری داشت. تنها از اوایل سده نوزدهم است که ماشین شیشه‌سازی به روش فشردن ماده مذاب آن اختراع شد و وسایل گوناگون و ارزان‌قیمت شیشه‌ای متداول گردید.

کاربردهای امروزی شیشه

امروزه ، شیشه همه جا در خدمت انسان است. این ماده ، نه‌تنها ظرفهای خوراکی ما را تشکیل می‌دهند، بلکه از اتومبیل و هواپیما گرفته تا سفینه‌هایی که راه کره‌های دیگر را در پیش می‌گیرند، بطور قطع شیشه دارند. بویژه این که همین شیشه بود که به صورت عدسی در آمد و چشم انسان کنجکاو را به سوی آسمانها باز کرد و به صورت وسیله‌ای برای دیدن نادیدنی‌ها در آمد. امروزه نیز در آزمایشهای علمی بیشمار ، وسایل شیشه‌ای ، مورد نیاز پژوهشگران جهان است

دید کلی

به منظور تولید شیشه ، سالانه ، مقادیر بسیار زیادی ماسه شیشه ، سدیم کربنات ، سدیم سولفات ناخالص و غیره مورد نیاز است. در این مقاله منابع تهیه این مواد و علت استفاده از آنها ذکر می‌شود.

ماسه شیشه

ماسه لازم برای تولید شیشه باید تقریبا کوارتز خالص باشد. در بسیاری موارد ، منطقه ته‌نشینی ماسه شیشه ، محل کارخانه شیشه سازی را تعیین کرده است. برای ظروف غذاخوری ، مقدار آهن موجود در ماسه نباید از 45% و برای شیشه اپتیکی نباید از 0.015% تجاوز کند، چرا که آهن تاثیر نامطلوبی بر رنگ اغلب شیشه‌ها دارد.

سودا

Na₂ یا سودا اصولا از سدیم کربنات چگال ( Na₂CO₃ ) تامین می‌شود. سایر منابع عبارتند از سدیم بی‌کربنات ، سدیم سولفات ناخالص و نیترات سدیم. نیترات سدیم برای اکسایش آهن و شتاب دادن به عمل ذوب نیز مفید است. منابع مهم آهک (CaO) سنگ آهک و آهک پخته حاصل از دولومیت (CaCO₃.MgCO₃ ) است که خود MgO را نیز وارد عمل می‌کند.

فلدسپار

این مواد دارای فرمول کلی R₂O. Al₂O₃ . 6SiO₂ هستند که در آنها R₂O ، معرف Na₂Oیا K₂Oیا مخلوطی از این دو است. این مواد در مقایسه با اکثر مواد دیگری که منبع Al₂O₃هستند، مزایای بسیاری دارند. فلدسپارها ارزان ، خالص و گدازپذیرند و کلا" از اکسیدهای ایجاد کننده شیشه تشکیل شده‌اند.

از خود Al₂O₃ تنها هنگامی استفاده می‌شود که قیمت محصول از درجه دوم اهمیت برخوردار باشد. فلدسپارها همچنین Na₂O یا K₂O و SiO₂ را نیز تامین می‌کنند. مقدار آلومین در پایین آوردن نقطه ذوب شیشه و کُند کردن واشیشه‌ای شدن ، موثر است.

بوراکس

بوراکس به عنوان یک جزء ترکیبی فرعی ، هم Na₂O و هم اکسید بوریک را برای شیشه تامین می‌کند. هر چند که از بوراکس به ندرت در شیشه پنجره یا شیشه جام استفاده می‌شود، اما اکنون این ماده ، عموما در انواع خاصی از شیشه بطری‌ها بکار می‌رود. یک نوع شیشه بوراتی با ضریب شکست بالا نیز وجود دارد که در مقایسه با شیشه‌های قبلی ، مقدار پراش نور آن کمترو ضریب شکست نور در آن بالاتر است و شیشه اپتیکی باارزشی بشمار می‌رود.

بوراکس علاوه بر توانایی بالا در ایجاد گدازش ، نه‌تنها ضریب انبساط را پایین می‌آورد، بلکه دوام شیمیایی را نیز افزایش می‌دهد. هنگامی که قلیائیت اندکی در فرایند تولید مورد نظر باشد، از اسید بوریک استفاده می‌شود که بهای آن ، دو برابر بوراکس است.

سدیم سولفات ناخالص

این ماده که مدتها مانند سایر سولفاتها نظیر آمونیوم سولفات و باریم سولفات ، یک جزء ترکیبی فرعی در شیشه تلقی می‌شد، غالبا در تمام انواع شیشه بکار می‌رود. این ماده ، کف موجود در کوره‌های مخزنی را که ایجاد مشکل می‌کند، حذف می‌نماید. برای کاهش سولفاتها به سولفیتها ، از کربن استفاده می‌شود.

ممکن است برای ایجاد سهولت در حذف حباب‌ها ، آرسنیک تریوکسید افزوده شود. آهن را با سدیم یا نیترات پتاسیم ، اکسید می‌کنند تا مقدار آن در شیشه نهایی چندان قابل توجه نباشد. از پتاسیم نیترات یا کربنات ، در بسیاری از شیشه‌های مرغوب‌تر نظیر شیشه ظروف غذاخوری ، شیشه تزئینی و شیشه اپتیکی استفاده می‌شود.

خرده شیشه

این ماده از خرد کردن کالاهای معیوب ، لبه‌های پرداخت شده کالاها یا سایر ضایعات شیشه‌ای بدست می‌آید و استفاده از آن ، سبب سهولت عملیات ذوب می‌شود و در عین حال ، مواد ضایعاتی نیز به مصرف می‌رسند. ممکن است مقدار خرده شیشه مصرفی در هر بار بین 10 تا 80 درصد باشد.

بلوکهای نسوز

این مواد در صنعت شیشه ، بدلیل شرایط سخت موجود به طرز ویژه‌ای بسط و توسعه یافته‌اند. زیرکن متخلخل ، آلومین ، مولیت و مولیت - آلومین تفجوش و زیرکونیا - آلومین - سیلیس ، آلومین و آلومین - کروم که بروش ریختگی برقی تهیه شده‌اند، از جمله بلوکهای نسوزی هستند که در کوره‌های مخزنی شیشه بکار می‌روند. آخرین تجربه بدست آمده در کوره‌های بازیابی گرما ، استفاده از فراورده‌های نسوز بازی بدلیل وجود غبار و بخارهای قلیایی در کوره است.

طاقهای آجری کوره از جنس سیلیس که استفاده از آن در صنعت ، اقتصادی است، عمدتا تعیین کننده دمای عملیات کوره است.