Γυαλί, ένα ανόργανο στερεό υλικό που είναι συνήθως διαφανές ή ημιδιαφανές καθώς και σκληρό, εύθραυστο και αδιαπέραστο από τα φυσικά στοιχεία. Το γυαλί έχει γίνει πρακτικά και διακοσμητικά αντικείμενα από την αρχαιότητα, και εξακολουθεί να είναι πολύ σημαντικό σε εφαρμογές τόσο διαφορετικές όσο η κατασκευή κτιρίων, τα οικιακά σκεύη και οι τηλεπικοινωνίες. Κατασκευάζεται με ψύξη λιωμένων συστατικών όπως πυριτική άμμο με επαρκή ταχύτητα ώστε να αποτρέπεται ο σχηματισμός ορατών κρυστάλλων.
κατασκευή: Γυαλί ως δομικό υλικό
Το γυαλί γνώρισε σημαντική ανάπτυξη στη δεύτερη βιομηχανική εποχή. Η κατασκευή διαφανής γυάλινης πλάκας τελειοποιήθηκε
Ακολουθεί μια σύντομη επεξεργασία του γυαλιού. Το γυαλί αντιμετωπίζεται λεπτομερώς σε διάφορα άρθρα. Το χρωματισμένο γυαλί και οι αισθητικές πτυχές του σχεδιασμού γυαλιού περιγράφονται στο βιτρό και τα γυάλινα σκεύη. Η σύνθεση, οι ιδιότητες και η βιομηχανική παραγωγή γυαλιού καλύπτονται σε βιομηχανικό γυαλί. Τα φυσικά και ατομικά χαρακτηριστικά του γυαλιού υφίστανται επεξεργασία σε άμορφο στερεό.
Οι ποικιλίες του γυαλιού διαφέρουν πολύ στη χημική σύνθεση και στις φυσικές ιδιότητες. Ωστόσο, οι περισσότερες ποικιλίες έχουν κοινές ιδιότητες. Περνούν από ένα ιξώδες στάδιο ψύξης από μια κατάσταση ρευστότητας. Αναπτύσσουν επιδράσεις χρώματος όταν τα υάλινα μείγματα συντήκονται με ορισμένα μεταλλικά οξείδια. είναι, όταν κρύο, κακοί αγωγοί τόσο ηλεκτρικής ενέργειας όσο και θερμότητας. Οι περισσότεροι τύποι θραύονται εύκολα από ένα χτύπημα ή σοκ και παρουσιάζουν ένα κογχοειδές κάταγμα. και επηρεάζονται ελαφρώς από τους συνήθεις διαλύτες αλλά προσβάλλονται εύκολα από υδροφθορικό οξύ.
Εμπορική σύνθεση γυαλιού
Τα εμπορικά γυαλιά μπορούν να χωριστούν σε ποτήρια σόδας - ασβέστη - σίλικα και ειδικά γυαλιά, το μεγαλύτερο μέρος της ποσότητας που παράγεται ήταν της πρώην κατηγορίας. Τέτοια γυαλιά κατασκευασμένα από τρία κύρια υλικά-άμμου (διοξείδιο του πυριτίου, ή SiO 2), ασβεστόλιθος (ανθρακικό ασβέστιο, ή CaCO 3), και ανθρακικό νάτριο (Na 2 CO 3). Το ίδιο το τήγμα πυριτίας είναι ένα εξαιρετικό γυαλί, αλλά, καθώς το σημείο τήξης της άμμου (κρυσταλλική σίλικα) είναι πάνω από 1.700 ° C (3.092 ° F) και καθώς είναι πολύ ακριβό να επιτευχθούν τόσο υψηλές θερμοκρασίες, οι χρήσεις του περιορίζονται σε εκείνες στις οποίες Οι ανώτερες ιδιότητές του - χημική αδράνεια και ικανότητα αντοχής σε ξαφνικές αλλαγές θερμοκρασίας - είναι τόσο σημαντικές ώστε το κόστος είναι δικαιολογημένο. Παρ 'όλα αυτά, η παραγωγή πυριτικού γυαλιού είναι πολύ μεγάλη βιομηχανία. Κατασκευάζεται σε διάφορες ποιότητες και, όταν προορίζεται για οπτικούς σκοπούς, η πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται είναι κρύσταλλος και όχι χαλαζιακή άμμος.
Για να μειωθεί το σημείο τήξης του πυριτίου, είναι απαραίτητο να προστεθεί ροή. Αυτός είναι ο σκοπός του ανθρακικού νατρίου (ανθρακικό νάτριο), το οποίο καθιστά διαθέσιμο το οξείδιο του νατρίου ροής. Προσθέτοντας περίπου 25 τοις εκατό του οξειδίου του νατρίου στο διοξείδιο του πυριτίου, το σημείο τήξης μειώνεται από 1.723 σε 850 ° C (3.133 έως 1.562 ° F). Αλλά τέτοια γυαλιά είναι εύκολα διαλυτά στο νερό (τα διαλύματά τους ονομάζονται υάλινα ποτήρια). Η προσθήκη ασβέστου (οξείδιο του ασβεστίου ή CaO), που παρέχεται από τον ασβεστόλιθο, καθιστά το γυαλί αδιάλυτο και πάλι, αλλά πάρα πολύ κάνει ένα γυαλί επιρρεπές στην απολίπανση - δηλαδή, η καθίζηση των κρυσταλλικών φάσεων σε ορισμένες περιοχές θερμοκρασίας. Η βέλτιστη σύνθεση είναι περίπου 75 τοις εκατό σίλικα, 10 τοις εκατό ασβέστη και 15 τοις εκατό σόδα, αλλά ακόμη και αυτό είναι πολύ πιθανό να αποδιαφυγή κατά τη διάρκεια ορισμένων εργασιών μηχανικού σχηματισμού για να είναι ικανοποιητική.
Στην κατασκευή υαλοπίνακα είναι συνηθισμένο να χρησιμοποιείτε 6 τοις εκατό ασβέστη και 4 τοις εκατό μαγνησίας (οξείδιο μαγνησίου ή MgO), και σε γυάλινο μπουκάλι περίπου 2 τοις εκατό αλουμίνα (οξείδιο του αργιλίου ή Al 2 O 3) είναι συχνά παρούσα. Άλλα υλικά προστίθενται επίσης, μερικά τοποθετούνται για να βοηθήσουν στον εξευγενισμό του γυαλιού (δηλαδή, για να αφαιρέσουν τις φυσαλίδες που άφησαν πίσω στη διαδικασία τήξης), ενώ άλλα προστέθηκαν για να βελτιώσουν το χρώμα του. Για παράδειγμα, η άμμος περιέχει πάντα σίδηρο ως ακαθαρσία και, παρόλο που το υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή φιαλών επιλέγεται ειδικά για τη χαμηλή περιεκτικότητά του σε σίδηρο, τα μικρά ίχνη ακαθαρσίας εξακολουθούν να προσδίδουν ένα ανεπιθύμητο πράσινο χρώμα στο δοχείο. με τη χρήση σεληνίου και οξειδίου του κοβαλτίου μαζί με ίχνη τριοξειδίου του αρσενικού και νιτρικού νατρίου, είναι δυνατόν να εξουδετερωθεί το πράσινο χρώμα και να παραχθεί το λεγόμενο λευκό (αποχρωματισμένο) γυαλί.
Οπτικό και υψηλής θερμοκρασίας γυαλί
Γυαλιά πολύ διαφορετικών, και συχνά πολύ πιο ακριβών, συνθέσεων γίνονται όταν απαιτούνται ειδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, σε οπτικά γυαλιά, απαιτείται ένα ευρύ φάσμα συνθέσεων για να ληφθεί η ποικιλία του δείκτη διάθλασης και της διασποράς που απαιτείται εάν ο σχεδιαστής φακών πρόκειται να παράγει φακούς πολλών συστατικών που είναι απαλλαγμένοι από τα διάφορα σφάλματα που σχετίζονται με έναν μόνο φακό, όπως η χρωματική εκτροπή. Υψηλής καθαρότητας, εξαιρετικά διαφανή γυαλιά οξειδίου έχουν αναπτυχθεί για χρήση σε συστήματα τηλεπικοινωνιών οπτικών ινών, όπου τα μηνύματα μεταδίδονται ως παλμοί φωτός πάνω από ίνες γυαλιού.
Όταν το συνηθισμένο γυαλί υποβάλλεται σε ξαφνική αλλαγή θερμοκρασίας, δημιουργούνται τάσεις σε αυτό που το καθιστούν πιθανό να σπάσει. μειώνοντας τον συντελεστή θερμικής διαστολής, ωστόσο, είναι δυνατόν να το καταστήσουμε πολύ λιγότερο ευαίσθητο σε θερμικό σοκ. Το γυαλί με τον χαμηλότερο συντελεστή διαστολής είναι συντηγμένο διοξείδιο του πυριτίου. Ένα άλλο γνωστό παράδειγμα είναι το βοριοπυριτικό γυαλί που χρησιμοποιείται για την κατασκευή οικιακών σκευών μαγειρικής, το οποίο έχει συντελεστή επέκτασης μόνο το ένα τρίτο αυτού του τυπικού γυαλιού σόδας-ασβέστη-σίλικα. Προκειμένου να πραγματοποιηθεί αυτή η μείωση, ένα μεγάλο μέρος του οξειδίου του νατρίου προστίθενται ως ροή αντικαθίσταται από οξείδιο του βορίου (Β 2 O 3) και μερικά από τα ασβέστου από αλουμίνα. Ένα άλλο γνωστό ειδικό γυαλί είναι το κρύσταλλο μολύβδου που χρησιμοποιείται στην κατασκευή ανώτερων επιτραπέζιων σκευών. χρησιμοποιώντας το μονοξείδιο του μολύβδου (PbO) ως ροή, είναι δυνατόν να ληφθεί ένα ποτήρι με υψηλό δείκτη διάθλασης και, κατά συνέπεια, την επιθυμητή λάμψη και λάμψη.
Προσθήκη χρώματος και ειδικών ιδιοτήτων
Οι παράγοντες που χρησιμοποιούνται για το χρωματισμό του γυαλιού είναι γενικά μεταλλικά οξείδια. Το ίδιο οξείδιο μπορεί να παράγει διαφορετικά χρώματα με διαφορετικά υάλινα μίγματα και διαφορετικά οξείδια του ίδιου μετάλλου μπορεί να παράγουν διαφορετικά χρώματα. Το μοβ-μπλε του κοβαλτίου, το χρώμιο πράσινο ή κίτρινο χρώμιο, το διχρωϊκό χρώμα του καναρίου και το μοβ του μαγγανίου είναι σταθερά. Το σιδηρούχο οξείδιο παράγει ένα πράσινο της ελιάς ή ένα ανοιχτό μπλε σύμφωνα με το ποτήρι με το οποίο αναμιγνύεται. Το οξείδιο του σιδήρου δίνει ένα κίτρινο χρώμα, αλλά απαιτεί έναν οξειδωτικό παράγοντα για την αποτροπή της μείωσης στην κατάσταση σιδήρου. Ο μόλυβδος δίνει ένα απαλό κίτρινο χρώμα. Το οξείδιο του αργύρου δίνει μόνιμο κίτρινο λεκέ. Ο λεπτοδιαχωρισμένος άνθρακας λαχανικών που προστίθεται σε ένα ποτήρι σόδας-ασβέστη δίνει ένα κίτρινο χρώμα. Οι σεληνίτες και τα σεληνικά δίνουν ένα ανοιχτό ροζ ή ροζ κίτρινο. Το Tellurium φαίνεται να δίνει απαλό ροζ απόχρωση. Το νικέλιο με ποτήρι ποτάσας-μολύβδου δίνει ιώδες χρώμα και καφέ χρώμα με ποτήρι σόδας-ασβέστη. Ο χαλκός δίνει ένα μπλε παγωνιού, το οποίο γίνεται πράσινο αν αυξηθεί η αναλογία του οξειδίου του χαλκού.
Μια σημαντική κατηγορία υλικών είναι τα γυαλιά χαλκογονιδίου, τα οποία είναι σεληνίδια, που περιέχουν θάλλιο, αρσενικό, τελούριο και αντιμόνιο σε διάφορες αναλογίες. Συμπεριφέρονται ως άμορφοι ημιαγωγοί. Οι φωτοαγωγικές ιδιότητές τους είναι επίσης πολύτιμες.
Ορισμένα μεταλλικά γυαλιά έχουν μαγνητικές ιδιότητες. Τα χαρακτηριστικά τους της ευκολίας κατασκευής, της μαγνητικής απαλότητας και της υψηλής ηλεκτρικής αντίστασης τα καθιστούν χρήσιμα στους μαγνητικούς πυρήνες των μετασχηματιστών ηλεκτρικής ισχύος.
