كيفية تصنيع الزجاج ومكوناته وخصائصه

صناعة الزجاج تتم بطرق مختلفة، الزجاج هو عبارة عن مادة لا بلورية تخذ الحالة الصلبة عند درجة حرارة تبريد معينه، وتخذ الحالة السائلة عند درجات الحرارة المرتفعة، وهي مادة هشة شفافة، ومن أكثر أنواع الزجاج انتشاراً وشيوعاً على مر الزمن وخاصة  في وقتنا الحاضر هو النوع المستخدم في صناعة النوافذ، أو الذي يتم استخدامه في صناعة الأواني الزجاجية هو زجاج الصودا والجير، و هذا النوع يحتوى على حوالي 75% من السيليكا وأكسيد الصوديوم وعدد من المضافات اليه.

كيفية يتم تصنيع الزجاج

اولا : مرحلة خلط الرمل مع بقايا الزجاج 

يتم خلط الرمل مع بقايا الزجاج الناتجة من عملية إعادة التدوير، ويخلط مع كربونات الصوديوم وكربونات الكالسيوم، ثم يُعرض لدرجة حرارة عالية من خلال أفران خاصة، واضافة كربونات الصوديوم لخفض درجة حرارة ذوبان الرمل، وذالك لتوفير الطاقة خلال عملية التصنيع، ولكن هذا الأمر يؤدي إلى بعض السلبيات، وهى يُنتج نوع من الزجاج القابل للتحلل في الماء. وذالك يتم استخدام كربونات الكالسيوم حتى يتم إيقاف عملية التحلل تلك.

ثانيا : مرحلة وضع وصهر المكونات فى الفرن

يتم خلط مكونات الزجاج وتُم صهَره في أفران مخصصة على درجة حرارة (1699 د م) تقريبًا، حتى يصل الرمال إلى درجة الانصهار حتى تخضع لعملية تحول كاملة، ويصبح قوامها غير منتظم؛ وبمعن ادق تدخل في حالة ليست سائلة وليست صلبة، و هذه الحالة تكون المادة مميزة جدًا، و تكون قابلة للطي والتشكيل. لتسهل عملية صنع الزجاج وضعه في قوالب، أو عن طريق صبها على سطح مستوى حتى يتم صناعة الألواح.

ثالثا : مرحلة حمام التعويم

يتم دفَع المواد المنصهرة من الأفران على سطح يشبه المرآة مصنوعًا من القصدير المُنصهر وهذه العملية تسمى بحمام التعويم، وتكون هذه العملية على درجة حرارة  (1500 د م ) ، وتصل عند درجة حرارة (650 د م ) ، ليكون الناتج النهائى على شكل شريط صلب.

رابعا : مرحلة طلاء الزجاج

ويتم صنع أنواع الزجاج المطلية والتي تدخل فى استخدامات كثيرا؛ ون هذه لانواع الزجاج العاكسة وهى تعمل على إبقاء درجة حرارة المنزل باردة، وفى هذه المرحلة يتم طلاء الزجاج من خلال وضع طبقات مختلفة من المواد على سطح الشريط الصلب ، ويكون الطلاء بإحدى العمليات الآتية :

• عملية الترسيب الفيزيائي للبخار

عملية الترسيب الفيزيائي للبخار ( Physical Vapor Deposition PVD) : عمليات عديدة للطلاء، ومن أشهرها الطلاء بالرش، ويتم تنفيذها على الزجاج بعملية مستقلة عن تصنيعه، وينتج في هذه الطريقة على أغشية رقيقة على الزجاج وذالك عن طريق تسريع الأيونات عالية الطاقة من خلال السطح الزجاجي عند درجات حرارة منخفضة، فيتم تتوزع الأيونات على السطح الزجاجي حتى يتم تشكيل طبقات رقيقة موحدة .

وتكون الرابطة بينها ضعيفة، ولذالك تسمى بالطلاءات الناعمة، وهى تكون طبقة رقيقة من المواد المعدنية المختلفة مثل الفضة، وينتج منها ألوان الزجاج المختلفة مثل: الذهبي، والذهبي الوردي، والبرونز، والأزرق، والأسود، والأحمر الغامق.

• عملية الترسيب الكيميائي للبخار

عملية الترسيب الكيميائي للبخار  ( Chemical Vapor Deposition CVD) : ويتم تمرير أكاسيد المعادن فوق الزجاج شبه المنصهر بدرجة حرارة مرتفعة تصل إلى (600-700 د م) ؛ ومن خلال مرحلة الحمام العائم أو فرن التلدين، حتى يحدث تفاعل كيميائي وينتج عنه بخار.

 حتى يلتصق البخار بالسطح الزجاجي بصورة دائمة، وضمن رابطة تساهمية قوية تساهم في زيادة قوة وصلابة الزجاج ومقاومته من اى لبقع، و تسمى بالطلاءات القوية، ويتيح من هذه العملية لون زجاج مميز قد يشبه قوس قزح متعدد الألوان الجميله.

خامسا : مرحلة عملية التلدين

يمر الزجاج بعد الطلاء بعملية التلدين  (Annealing) : وهى تُعنَى إزالة أنواع المواد المختلفة المتراكمة على سطح الزجاج وتبريده، والهدف منها حتى يكون القص وتشكيل الزجاج بأشكاله الاكثيره والمختلفة، وتتم العملية من خلال السماح لشريط صلب بالمرور عبر طبقة تُزيل أنواع المواد التي تشكل ضغطًا على الزجاج، ثم تبريده حتى يصبح صلبًا.

سادسا : مرحلة عملية التفتيش

بعد الانتهاء من عملية التلدين وتكوين الزجاج  في حاله صلبة، يتم عملية التفتيش من خلال تقنيات التفتيش المتطورة والدقيقة جدًا، وقد تصل هذه العمليات إلى أكثر من (100) مليون عملية فحص. 

وهذه العملية تهدف إلى الكشف عن وجود فقاعات الهواء، وايضا تحديد أنواع الضغوط المختلفة، و حبيبات الرمال ومواد التصنيع التي لم تنصهر بشكل كاف، وذالك هذه المراحل تحتاج إلى وقت طويل.

 اهم  خصائص الزجاج

يتميز الزجاج بخصائص كثيره  و تميزه عن الكثير من المواد الصناعية الأخرى، وسوف نذكر بعض الخصائص فيما يلى.

الشفافية : الزجاج من المواد التي تتميز بشفافية صافية ومتجانسة، ومن خلاله تمر الأشعة والموجات الضوئية تحت الحمراء إلى ما فوق البنفسجية بشكل محدود وكبير.

عكس الضوء وكسره : حيث يتراوح معامل انكسار الزجاج ما بين (1.46)و(2.18).

القساوة : وممكن تُعرف القساوة بأنها مقاومة الخدش أو الاحتكاك، ومن الرغم أن الزجاج جسم هش وسريع التحطم، ولكن قادر على مقاومة عوامل الخدش والاحتكاك.

مقاومة المواد الكيميائية : يستطيع ايضا الزجاج مقاومة المحاليل الكيميائية ماعدا حمض الفلوردريك (HF) والمنصهرات القلوية التي يتم من خلالها تحلل الزجاج بسهولة، ومن الممكن أن يؤثر الماء على الزجاج إذا تعرص له لمدة طويلة.

اهم مميزات وعيوب الزجاج

مميزات الزجاج

• انعكاس ضوء الشمس الطبيعي وهو ذو أثر إيجابي على الأفراد والعاملين.
• من جانب خفض التكلفة المادية الخاصة بالتدفئة، نظرًا لكون الزجاج يسمح بنفاذ أشعة الشمس، بالتالي الحساس بالدفء. 
• المظهر الجمالي المترتب فى استخدام الزجاج في العديد من المنشآت والمباني والتصاميم الداخلية للمنازل للجمال.

عيوب الزجاج

• مخاطر الصحة والسّلامة.
• التكلفة المادية العالية جدا لتبريد المباني والمنشآت في الفصول الحارة من السنة. 
• التعرض الزائد والدائم لأشعة الشمس ممّا يؤدي إلى الإصابة بوهج الشمس.