تولید شیشه و شیشهگری تاریخ و قدمتی باستانی در ایران دارد. بر اساس تحقیقات باستان شناسان مشخص شده است که تولید شیشه از بیش از 2500 سال پیش از میلاد مسیح انجام میگرفته است. ایران در صنعت شیشهگری سابقهی زیادی دارد و این صنعت یکی از قدیمیترین صنایع ایران محسوب میشود. محصولات شیشهای هم در صنعت و هم در منازل به عنوان ظروف و دکوریجات مورد استفاده قرار میگیرند. هرچند که مواد مورد استفاده برای انواع شیشه تا حدی متفاوت است، اما روند کلی ساخت شیشه تقریباً یکسان است. فرآیند تولید و ساخت ظروف بلوری و شیشهگری در همه جای دنیا تقریباً مشابه است. در این مقاله روند کلی ساخت شیشه مورد بررسی قرار میگیرد. به طور کلی سه روش سنتی، نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک برای تولید بلور و کریستال استفاده میشود. روشی که در ایران استفاده میشود، سنتی و نیمه اتوماتیک است، در ادامه با جهان بلور به عنوان یکی از مراکز فعال در تولید بلور به روش سنتی همراه باشید.
بررسی مواد اولیه در مراحل ساخت شیشه
تولید شیشه تهیه سیلیس به عنوان اصلیتری مادهی اولیه مورد استفاده قرار میگیرد و در صنعت تحت عنوان کوارتز نیز شناخته میشود. هر اندازه که سیلیس استفاده شده در ساخت شیشه خالصتر باشد، شیشهی تولید شده شفافتر است و کیفیت بهتری خواهد داشت. در صورتی که در سیلیس ناخالصی آهن وجود داشته باشد، رنگ شیشهی تولید شده به سبز متمایل میشود.
سیلیس مادهی خطرناکی است و در صورت استنشاق از طریق گلو و یا ریهها میتواند باعث ایجاد مشکلت تنفسی شود. به همین دلیل در فرآیند تولید سیس هنگام کار با سیلیس باید نکات ایمنی به دقت رعایت شوند. سیلیس مادهی ارزان قیمتی است و به وفور در صنعت وجود دارد. در صورتی که سیلیس دارای ناخالصی زیاد آهن باشد و برای جلوگیری از تأثیر رنگ آن به آن اکسید منگنز اضافه میشود تا از ایجاد رنگ سبز جلوگیری شود.
استفاده از مواد معدنی در تولید شیشه
سدیم کربنات و اکسید کلسیم از جمله ماد اولیهای هستند که در تولید شیشه مورد استفاده قرار میگیرند کاربرد این مواد در تولید شیشه به دلیل کاهش دادن دمای تولید شیشه است. هر چه قدر به دمای کوره بالاتری برای تولید شیشه نیاز باشد، هزینه تولید آن بیشتر خواهد بود. اکسید منیزیم یا آلومینیوم نیز برای افزایش مقاومت شیشه در تولید آن مورد استفاده قرار میگیرد. به طور کلی درصد مواد افزونی در شیشه نباید از 30 درصد بیشتر باشد.
روشهای تولید شیشه رنگی
با اضافه کردن اکسید فلزات به ترکیبات شیشه، رنگهای مختلفی تولید میشود. در ابتدای امر گفتیم که وجود اکسید آهن در سلیس میتواند موجب ایجاد رنگ سبز در شیشه شود. اضافه کردن اکسید فلزات با درصدها مختلف رنگهای زرد، قهوهای، فیروزهای و حتی سیاه را در شیشه ایجاد میشود.
برای رنگی کردن شیشه، در خمیر آن از اکسیدهای فلزی به ترتیب زیر میتوان استفاده کرد:
- اکسید آهن: رنگ سبز روشن و تیره به دست میآید.
- اکسید آهن و کبالت: با افزودن اکسید کبالت به اکسید آهن، آبی خیلی کمرنگ به وجود میآید.
- اکسید کرم: رنگ سبز، زرد یا آبی سبز خواهد داد.
- اکسید مس: معمولاً رنگ سبز یا فیروزهای خواهد داد. در بعضی حالات نیز رنگ قرمز ایجاد میکند.
- اکسید مس و نیکل: میتواند رنگهای آبی، بنفش و حتی سیاه را در شیشه ایجاد کند.
یکی از مهمترین فلزاتی که در ایجاد رنگ در شیشه مورد استفاده قرار میگیرد طلا است. این فلز گران قیمت در درصد بسیار پایین یک در هزار مورد استفاده قرار میگیرد و میتواند رنگ زیبایی روبی را تولید کند.
اضافه کردن کلسیم در درصدهای مختلف موجب ایجاد رنگ زرد در تناژ متنوع میشود. در صورتی که سلنیوم به ترکیبات اولیه تولید شیشه اضافه شود، میتوان رنگهای قرمز و صورتی تولید کرد. با ترکیب کلسیم و سلنیوم تناژ مختلفی از رنگ نارنجی در شیشه به دست میآید. اضافه کردن تیتانیوم شیشه زردِ قهوهای تولید میکند. اورانیوم (۰٫۱٪ تا ۲٪) میتواند برای تولید شیشهای به رنگ فلورسنت زرد یا سبز اضافه شود.
نکتهی مهمی که در اضافه کردن مواد اضافی به شیشه برای ایجاد رنگ و یا کیفیت مناسب وجود دارد، دانهبندی یکنواخت مواد اضافه شده است.
روش تولید بلور
01. در مرحله اول مواد اولیهای که قرار است در ساخت بلور و کریستال استفاده شود، وارد کوره میشوند تا ذوب شوند. مواد داخل کوره ذوب شده و با یکدیگر مخلوط میشوند تا در نهایت یک مادهی مذاب همگن تولید شود. حباب داخل این ماده باید به صورت کامل خارج شود تا بلور تولید شده کیفیت قابل قبولی داشته باشد. در این فرآیند قبل از ورد مواد به کوره باید فرآیند اختلاط صورت بگیرد و به عبارتی کلیهی مواد باید تقریباً با هم ذوب شود. این مرحله تقریباً مهمترین مرحله در ساخت و تولید شیشه است. فرایند ذوب مسیر جریان بحرانی را دنبال میکند که کمترین دما و کوتاهترین زمانی را که شیشه مذاب درون کوره، تجربه خواهد کرد، نشان میدهد. بررسی این دما و زمان از اهمیت بالایی برخوردار است، چراکه تأثیر مستقیم بر کیفیت شیشه تولید شده دارد. مجموعهی مواد اولیه در بازهی دمایی 600 الی 900 درجهی سانتی گراد شروع به ذوب شدن میکنند و در این دما به دلیل فرآیند ذوب و شکلگیری برخی واکنشهای شیمیایی، گازهایی مانند دیاکسید کربن و دیگر گازها آزاد میشوند. این گازها دلیل اصلی ایجاد حباب در شیشه هستند.
02. با خروج حباب از مایع مذاب، به سرعت دما بیشتر میشود. برای خارج کردن حباب از داخل این مخلوط مذاب از مواد شیمیایی شامل کلرور سدیم، سولفیت سدیم، آرسنیک اکسید و … استفاده میشود. پس از خروج کامل حبابها، مخلوط هموژنه میشود. هموژنه کردن مخلوط به این معنی است که نسبت ترکیبات اولیه در همه جای مخلوط یکسان باشد. دمای ترکیب به تدریج بالا میرود تا در نهایت به 1300 الی 1400 درجه سانتیگراد برسد. شیشهی مذابی که در این دما به دست آمده است تصفیه میشود. حبابها خارج میشوند و مواد مذاب به صورت همگن درمیآیند. در این مرحله باید سربارهای که در داخل مادهی مذاب و روی سطح آن تولید شده است به دقت حذف شود.
03. پس از انجام فرآیند تصفیه، فرآیند سرد شدن شروع میشود. در مرحلهی اول فرآیند سرد شدن دمای شیشه حدود 200 الی 300 درجه سرد شده و به دمای 1100 درجه سانتیگراد میرسد. دلیل این کاهش دما رسیدن به گرانروی مطلوب برای شکلدهی است. در این مرحله مادهای که به دست آمده است برای تولید بلور و کریستال مناسب است و میتواند برای تولید بلور و کریستال مورد استفاده قرار بگیرد. شیشهی مذاب برای ایجاد و شکلدهی ظروف مورد نظر وارد قابلی که هوا به آن تزریق شده است میشود و شکل اولیه به دست میآید. در نظر داشته باشید که این پایان مرحلهی شکل دهی شیشه نیست. در این حالت در الی که هنوز شیشه داغ است، قالب تکان داده میشود و مجدداً به داخل قالب هوا تزریق میشود تا شکل نهایی ظرف مورد نظر به دست آید.
04. مرحلهی آخر، مرحلهی شکل دهی به مادهی مذاب و ساخت ظروف با شکل دلخواه است. در نظر داشته باشید که این مرحله به آرامی انجام میشود زیرا در صورت سرد شدن یکباره، ترک و شکست اتفاق میافتد و حتی در صورت تولید ظروف، کیفیت مناسبی نخواهند داشت. این مرحله پایان کار نیست و ظرف تولید شده برای از بین رفتن تنشهای ایجاد شده و رسیدن به مقاومت مورد نظر در کورههای آب دهی مجدداً گرم و سرد میشود. در این مرحله ظروف بلور و کریستال تولید شده به مقاومت مناسبی میرسند تا از شکست زودهنگام آنها جلوگیری شود.
