كيف يصنع الزجاج؟
هل سبق لك أن نظرت إلى لوح الزجاج في نافذة غرفة نومك وفكرت قليلاً في كيفية صنعه؟ ما هو أول جسد لديه قبل أن يتشكل ويصبح هذا الجسد؟ قد تقودك هذه الأسئلة إلى تعلم كيفية صنع الزجاج.
يمر الزجاج فعليًا بسلسلة من مراحل التصنيع التي تساهم في تكوينه في العديد من الصور بما يتناسب مع الغرض الذي صنع من أجله ، بما يناسب نوعه في الأصل ، ولكن هذه المراحل تعتبر واحدة لجميع الأنواع ، ولكن النتائج مختلفون كما سنوضح لكم في السطور التالية.
سنشرح لك الآن هذه المراحل في جولة تبدأ من البداية عندما يكون الزجاج مادة خام طبيعية ، وهي السيليكات ، حتى يتحول إلى شكل آخر. هذه المراحل هي كما يلي:
المرحلة الأولى لخلط الرمل بالنفايات الزجاجية
في هذه المرحلة ، سيتم تحديد المكونات الدقيقة التي يتكون منها الزجاج ، نظرًا لوجود العديد من أنواع هذه المكونات التي تختلف بشكل أساسي وفقًا لنوع الزجاج الذي تريد صنعه ، ولكن هناك مجموعة من المواد الأساسية لصنع الزجاج وهي عبارة عن رمل ، ويتم إعادة تدوير نفايات الزجاج في تصنيعها بالإضافة إلى كربونات الصوديوم المستخدمة لخفض درجة انصهار الرمل وبالتالي توفير الطاقة اللازمة للحصول على الشكل الزجاجي المطلوب.
لذلك فإن استخدام كربونات الكالسيوم هو أحد المواد الأساسية المستخدمة في هذه الخطوة لمنع الزجاج الناتج من الذوبان عند وضعه في الماء ، ويتم خلط كل هذه المواد التي تم ذكرها معًا لصنع زجاج عادي. يستخدم لأغراض عديدة ، وهو ما يسمى زجاج السيليكا الصودا والجير.
2- مرحلة إذابة المكونات في الفرن
في هذه المرحلة ، يبدأ خلط جميع المكونات المذكورة في المرحلة السابقة داخل الفرن المصمم لإذابة المواد الزجاجية على درجة حرارة عالية جدًا تبلغ 1699 درجة مئوية.
بعد أن تصل درجة حرارة الرمال إلى نقطة انصهارها ، فإنها تخضع لطبيعة تحول كامل ، حيث تتخذ شكلاً غير منتظم ، أي أنها ليست سائلة أو صلبة ، بل حالة وسيطة بين الاثنين. يمكن عمل القوالب ، ويمكن طيها وتشكيلها.
في هذه المرحلة ، من السهل تكوين خليط من المواد التي تم وضعها في الفرن في قوالب لإنشاء شكل معين من الزجاج عن طريق سكبها على سطح مستو لإنشاء ألواح مماثلة لتلك التي تراها على النافذة.
حمام تعويم 3 مراحل
يتم إلقاء المواد المنصهرة في هذه المرحلة من أفران عالية الحرارة على سطح مرآة ، وهو مصنوع أيضًا من القصدير المصهور. تحدث هذه المرحلة عند درجة حرارة تصل إلى 1500 درجة مئوية ، وهي ليست أقل بكثير من المرحلة السابقة ، ولكن ينتهي عند 650 درجة مئوية بعد أن تشق المادة طريقها من خلال الانخفاض التدريجي في درجة الحرارة وتشكل شريطًا صلبًا.
4- مرحلة الصقيل
يمكن أيضًا إنتاج أنواع الزجاج المطلي ، وهو من أكثر الأنواع استخدامًا ، وكذلك الزجاج العاكس الذي يستخدم للحفاظ على درجة الحرارة في المنزل دون السماح لدرجة الحرارة الخارجية بالاختراق.
فيما يلي المرحلة التي توضح بشكل أوضح إجابة السؤال عن كيفية صنع الزجاج ، لأنها تتكون من مجموعة من العمليات لتطبيق طبقات مختلفة من المواد على سطح الشريط الفولاذي ، والطلاء هو العمليات التالية:
1- عملية الترسيب الفيزيائي للبخار
تستخدم عملية PVD العديد من عمليات الطلاء ، ولكن أشهرها هو طلاء الرش ، والذي يتم تطبيقه على الزجاج في عملية مستقلة عن تصنيعه لتشكيل طبقة رقيقة وموحدة على سطح الزجاج مع أضعف رابطة بينهما.
لذلك يطلق عليها الطلاءات الناعمة لأنها تشكل طبقة رقيقة من مواد معدنية مختلفة (مثل الفضة) وتصنع زجاجًا بألوان مختلفة مثل: الذهب والذهب الوردي والبرونز والأزرق والأسود والأحمر الداكن.
2- عملية ترسيب البخار الكيميائي
تُستخدم عملية ترسيب البخار الكيميائي لتمرير أكسيد الفلز عبر الزجاج شبه المنصهر عند درجة حرارة عالية من 600-700 درجة مئوية ؛ في الحمام العائم أو طور فرن التلدين ، يحدث تفاعل كيميائي وينتج البخار
يلتصق البخار بشكل دائم بسطح الزجاج وفي روابط تساهمية قوية ، مما يساعد الزجاج في القوة والصلابة ومقاومة البقع.
لهذا السبب يطلق عليهم طلاء قوي ، وبهذه العملية يمكنك الحصول على زجاج صلب وقوي ، ومقاوم للبقع ، وشكله مثل قوس قزح ، مما يعني أنه متعدد الألوان.
5- مرحلة عملية التلدين
بعد اكتمال مرحلة الطلاء ، يمر الزجاج بمرحلة أخرى تعرف باسم عملية التلدين ، حيث يتم إزالة أنواع المواد التي هي عبارة عن شوائب متراكمة على سطحه ثم تبريدها.
الهدف من هذه المرحلة هو المساعدة في تقطيع وتشكيل الزجاج إلى أشكال متعددة وتتم هذه العملية عن طريق تمرير شريط صلب عبر طبقة من الزجاج لإزالة المواد والشوائب التي تسبب ضغطًا على الزجاج ثم التبريد حتى يصبح صلبًا. .
6- مرحلة فحص الزجاج
بعد الانتهاء من جميع المراحل السابقة والتي تجيب على السؤال عن كيفية صنع الزجاج بالشكل الصحيح والحصول على الزجاج الصلب ، تبدأ خطوات مرحلة الفحص والتي تعتمد على مجموعة من التقنيات المتطورة والدقيقة باستخدام الفحص الآلات التي يصل فيها عدد العمليات إلى 100 مليون عملية تفتيش.
الهدف من تنفيذ هذه المرحلة هو الكشف عن وجود أي فقاعات تخترق تركيب الزجاج وكذلك تحديد أنواع الضغوط التي يتم تطبيقها عليها حتى يتم التعرف على تلك المواد التي لم تتعرض للحالة المنصهرة بدرجة كافية ، لذلك هذا تعتبر المرحلة من أطول المراحل التي يمر بها الزجاج.
7- مرحلة تشكيل وتصنيع الزجاج حسب الرغبة
يختلف المظهر النهائي للشكل الزجاجي حسب الغرض الذي صنع من أجله ، لذلك هناك العديد من الأشكال التي يتم تمثيلها في المرحلة النهائية من إنشائه ، كما هو موضح بالتفاصيل التالية لأشكال الزجاج النهائية:
- إنتاج الكرات والكرات الصغيرة: توجد طرق عديدة لإنتاج الكرات ، وأهمها تمييز الزجاج المحبب بدقة عالية بلهب ساخن ، أو بإذابة هذه المكونات الزجاجية في الماء أو إضافة اليوريا لعمل نفخ هذا الزجاج والحصول على شكل بلوري إذا تم الحصول على كريات مجوفة.
- صناعة أدوات المائدة: من بين الأشكال العديدة التي تتخذها أدوات المائدة هي نفخ الزجاج عبر أنبوب نفخ وبعد هذه الخطوة يتم نقله إلى قالب حديدي مبطن من الداخل بطبقة من الفلين الرطب.
- الأنابيب والقضبان: شكل آخر من أشكال الهيكل الزجاجي النهائي ، والذي يعتمد على عملية صنع أوعية ذات فتحات ضيقة باستخدام آلة ذات مقطع واحد يتم فيها دفع الزجاج المنصهر عبر هذه الفتحة بواسطة وعاء دوار.
- الزجاج المسطح: هذا هو نوع الزجاج الذي يصنع منه زجاج النوافذ ، وكذلك المرايا ، عن طريق إنتاج الحمام العائم.
- الألياف الزجاجية: هي نوع من الزجاج يتم إنتاجه لأغراض العزل عن طريق تمرير الزجاج المصهور عبر آلة تأخذ شكل كوب دوار به سلسلة من الثقوب التي تخرج من خلالها هذه الألياف بقوة الطرد المركزي.
أنواع الزجاج المصنع
هناك العديد من النتائج لمراحل صناعة الزجاج التي تجيب على التساؤل عن كيفية صنع الزجاج ، وهي الأنواع التالية:
- الزجاج المسطح: هو أحد أنواع الزجاج العالمي المستخدم في صناعة المرايا والأبواب الزجاجية والنوافذ.
- الزجاج المنحني: يستخدم في إنتاج العدسات والكاميرات وحتى المجاهر.
- يستخدم زجاج الليزر في العديد من المجالات.
- زجاج غير مرئي.
- زجاج حساس للضوء: يستخدم في الصناعات الدقيقة.
- أنبوب زجاجي: يستخدم على نطاق واسع في صناعة المصابيح وأضواء النيون والأنابيب والأجهزة الكهربائية.
صناعة الزجاج في العصور القديمة
بدأ الناس يكتشفون أسرار صنع وتشكيل الزجاج تحت الأقدام عندما لاحظوا تأثير البرق على الرمال مما تسبب في ذوبان الرمال وتشكيل أنابيب رقيقة تسمى (وميض) ، كما لاحظوا أن الانفجارات البركانية تسببت في الصخور في المنطقة المحيطة. تشكل الحمم البركانية والرمال المنصهرة زجاجًا يعرف باسم (سبج) والذي كان يستخدم في صنع السكاكين والسهام والمجوهرات والمال.
لا يُعرف في الواقع متى أو مكان صنع الزجاج لأول مرة ، ولكن من الممكن أن تكون المحاولات الأولى لصنع الزجاج قد بدأت قبل 3000 قبل الميلاد ، ويعتقد أيضًا أن الزجاج الأول صنع في مصر وبلاد ما بين النهرين في 1500 قبل الميلاد.
على مدى الثلاثمائة عام التالية ، تطورت صناعة الزجاج وحققت نجاحًا كبيرًا ، ولكن سرعان ما تم تجاهلها حتى ازدهرت مرة أخرى في عام 700 قبل الميلاد.
ولدت في بلاد ما بين النهرين وازدهرت حتى عام 500 قبل الميلاد ، وعادت إلى مصر ، وبعد ذلك انتشرت صناعة الزجاج إلى بلاد الشام ودول شرق البحر الأبيض المتوسط.
كانت صناعة الزجاج من أعظم الاكتشافات التي ساعدت البشرية على التطور السريع في العديد من المجالات لخدمة الإنسان وتسهيل حياته.