مقالات

استیل

استیل چیست؟

 

آلیاژی که پایه آن از آهن است و کمتر از ۲% کربن دارد استیل یا فولاد نامیده می شود . بسته به نوع و مقدار دیگر عناصر موجود در آن خواص مکانیکی نظیر سختی و شکل پذیری مشخص می شود .

فولاد های ساده کربنی و آلیاژی چیست ؟

 

فولاد ها به دو دسته ساده کربنی و آلیازی دسته بندی می شوند . در فولاد ساده کربنی بجز کربن و بعضی عناصر معمول ( مثل سیلیسیم ، منگنز ، گوگرد و فسفر ) عنصر دیگری وجود ندارد . دسته بندی فولاد های ساده کربنی به شکل جدول زیر است .

 

 

 

 

 

توع فولاد ساده کربنی درصد کربن موارد استفاده
نرم کمتر از ۰٫۱۵ میخ ، پرچ ، لوله های درزدار
کم کربن ۰٫۱۵ الی ۰٫۳ تیر آهن ، میل گرد ، چرخ دنده
با کربن متوسط ۰٫۳ الی ۰٫۶ شفت ، میل لنگ ، فنر
پر کربن ۰٫۶ به بالا اره ، آچار ، مته ، پیچ گوشتی

 

 

 

 

با افزودن برخی عناصر به آهن آلیاژ هایی تولید می شود که خواص بسیار عالی دارند . به عنوان مثال با اضافه نمودن کروم به آهن ، استیل ضد زنگ یا استینلس استیل بدست می آید که در مقابل خوردگی ها ی مختلف مقاومت بالایی دارد .

 

 

چه چیز باعث می شود استینلس استیل ضد زنگ باشد ؟

 

استیل وقتی ضد زنگ است که حداقل ۱۰٫۵ % کروم داشته باشد . کروم پس از ترکیب با اکسیژن هوا اکسید کروم تشکیل میدهد که لایه ای روی استینلس استیل تشکیل می دهد . این لایه دیده نمی شود ولی باعث می شود ارتباط بین هوا و فلز از بین رفته و استیل سالم بماند . مقدار بیشتر کروم و نیز برخی دیگر از عناصر موجود در آلیاژ شبیه نیکل و مولیبدن این لایه را نقویت کرده و خاصیت ضد زنگ بودن را افزایش می دهد .

فرق استیل ۳۰۴ و ۳۱۶ چیست ؟

 

استیل ۳۰۴ حاوی ۱۸% کروم و ۸% نیکل است در صورتیکه استیل ۳۱۶ دارای ۱۶% کروم ، ۱۰% نیکل و ۲% مولیبدن است . مولیبدن برای کمک به مقاومت در برابر خوردگی ناشی ا ز کلراید (مثل آب دریا ) به آن اضافه می شود .

آیا استینلس استیل ها جذب آهنربا می شوند ؟

 

اسینلس استیل های سری ۳۰۰ که دارای نیکل هستند جذب آهنربا نمی شوند در صورتیکه سری ۴۰۰ که دارای نیکل نبوده و فقط کروم دارند جذب آهنربا می شوند .

حرف L بعد از نام استینلس استیل (مثل ۳۱۶L )   نشانه چیست ؟

 

حرف L نشانه کلمه Low carbon  بوده ، بیانگر آنست که مقدار کربن آلیاژ به کمتر از ۰٫۰۳% کاهش پیدا کرده است . این مقدار کم کربن باعث می شودبعد از عملیات جوشکاری ، همچنان لایه اکسید محافظتی روی سطح حضور داشته باشد .

آیا استینلس استیل قابل بازیافت است ؟

 

استینلس استیل ۱۰۰% قابل بازیافت است . استیل ضایعاتی ذوب شده و دوباره قالب گیری می شود . بین ۶۸ تا ۸۰ درصد از تولید استینلس استیل به روش بازیافت ضایعات صورت می گیرد .

آیا استینلس استیل می تواند در دماهای بالا و پائین کار کند ؟

 

بله ، استینلس استیل مقاومت بسیار خوبی در مقابل دماهای بسیار بالا ( تا هزار درجه سانتیگراد ) و بسیار پائین (تا منفی ۲۰۰ درجه سانتیگراد )دارد.

نام گذاری استیل ها( ۳۰۴ ، ۳۱۶ ، …) توسط چه کسی صورت گرفته ؟

 

انجمن آهن و فولاد آمریکا(AISI)  برای اولین بار اقدام به دسته بندی و نامگذاری استینلس استیل ها نمود و مشخصات فیزیکی و شیمیائی و نیز دستورالعمل تولید آنها را عرضه نمود .

CK45 چه نوع فولادی است ؟

 

یک نوع فولاد ساده با کربن متوسط ( در حدود ۰٫۴۵%) که بخاطر قیمت پائین بعضا برای ساخت محور پمپ مورد استفاده قرار می گیرد .به علت کم بودن مقدار کروم در مقابل زنگ زدگی و خوردگی مقاوم نیست .

فولاد داپلکس چیست ؟

 

این نوع فولاد بین ۱۹ تا ۲۸ درصد کروم و تا ۵% مولیبدن داشته و دارای ماومت بسیار بالایی در برابر خوردگی می باشد و به این لحاظ بهترین گزینه برای ساخت قطعات در معرض خوردگی ناشی از آب دریا می باشد .—————————————————————————

 

 

 

 

 

ستنلس استیل چیست ؟

نوعی فولاد آلیاژی است که درصد عناصر نیکل و کروم آن نسبت به بقیه عناصر تشکیل دهنده آن بالاتر است . به طور کلی اگر میزان کروم فولاد از ۵/۱۰ درصد بیشتر باشد آن را استنلس استیل می نامند . این مقدار کروم باعث می شود که هنگام خوردگی لایه نازکی روی فولاد تشکیل شود و همین لایه باعث جلوگیری از خوردگی های بعدی می شود و عملاً باعث ترمیم خوردگی می شود . ضمناً کربن آن کمتر از ۵/۱ درصد می باشد .

 

انواع گرید های استنلس استیل

سری ۳۰۰ یا استیل نگیر ( غیر مغناطیسی ) : آلیاژ آهن ، کروم ، نیکل با کربن کمتر از ۱/۰ درصد .سری ۴۰۰ یا استیل بگیر ( مغناطیسی ) : آلیاژ آهن ، کروم با کربن کمتر از ۱/۰ درصد .

سری ۳۰۰ و موارد کاربرد آن

۳۰۴ رایجترین گرید استنلس استیل است که همان ۸/۱۸ کلاسیک می باشد .۳۱۶ بعد از ۳۰۴ رایجترین گرید است و در صنایع غذایی و جراحی کاربرد دارد ، به علاوه آلیاژ مولیبدن موجود در آن از فرسایش جلوگیری می کند . همچنین بخاطر مقاومت زیاد در بربر کلر در مقایسه با گرید ۳۰۴ در صنایع دریایی هم بکار می رود .

 

سری ۴۰۰ و موارد کاربرد آن

۴۱۰ مقاوم در برابر سایش است اما در برابر خوردگی مقاومت کمی دارد .۴۲۰ گرید مخصوص کارد و چنگال ، قابلیت پولیش خوبی دارد .۴۳۰ گرید مخصوص دکوراسیون است به عناون مثال در تزئینات داخلی اتومبیل کاربرد دارد . قابلیت شکل پذیری خوبی در درجه حرارت کم دارد و مقاوم در برابر خوردگی است .

خواص استنلس استیل

  • مقاوم در برابر خوردگی
  • ظاهر جذاب
  • مقاومت در برابر حرارت
  • به صورت کامل قابل بازیافت
  • عمر طولانی و مفید در قیاس با هزینه پرداختی
 

 

فولاد زنگ نزن آليا‍ژي از فولاد است كه از ۱۰٫۵ درصد يا بيشتر كروم و بيش از ۵۰ درصد آهن تشكيل شده باشد .كروم موجود در استيل باعث به وجود آمدن يك سطح سخت و يكپارچه در برابر زنگ زدگي مي شود .قابليت ضد زنگ بودن  با اضافه كردن درصد بيشتر كروم و همچنين آلياژهاي ديگر نظير  بهبود مي يابد .

تکنولوژی TITANIUM  ION  PLATING

دربها و نرده های طلایی , رنگ نشده و با استفاده از این روش پیشرفته یونهای تیتانیوم بر روی استیل قرار گرفته و رنگ آن را تغییر می دهند . قابل توجه است که بر خلاف نمونه های مشابه دیگر  مادام العمر تغییر رنگ نداده و زنگ نمی زنند و دلیل آن هم استفاده از همین تکنولوژی جدید می باشد .

فولاد ضد زنگ چیست و مخترع آن چه کسی است؟

فولاد ضد زنگ به گروهی از آلیاژها با پایه آهنی گفته می‌شود که حاوی حداقل ۱۱ درصد کروم (Cr) می‌باشد. کروم عنصری اساسی است که با تشکیل یک فیلم اکسید کروم در سطح فولاد آن را ضد زنگ می‌سازد.هنگامی که فولاد ضد زنگ بریده یا خراش داده می‌شود، کروم موجود در سطح سریعاً اکسید می‌شود و فیلم اکسید ناحیه صدمه دیده را ترمیم می‌کند. به دلیل همین خاصیت خود ترمیمی (خودشفایی/ Self healing) است که فولاد را بدون زنگ (Stainless) می‌نامند.اولین فولاد ضد زنگ به صورت آلیاژ، مارتنزیتی Fe-Cr-C  توسط دانشمند انگلیسی به نام هاری بررلی (Harry Brearley) در ۱۹۱۲ تهیه گردید. اولین ریخته‌گری تجارتی فولاد ضد زنگ در سال ۱۹۱۳ در شفیلد انگلستان به تولید رسید و حق ثبت آمریکایی جهت این اختراع در سال ۱۹۱۶ به آقای هاری بررلی اهدا گردید.

آیا فولاد ضد زنگ، زنگ می‌زند؟

در وا­قع این موضوع که فولاد ضد زنگ، زنگ نمی‌‌زند یک تصور نادرستی است. این برداشت ناصحیح برخی موارد منجر به مشاجرات و حتی تعقیب قانونی بین کارفرمایان و پیمانکاران می‌شود. فولادهای ضد زنگ فقط در شرایطی خاص نظیر محیط‌های غیرآلوده و آب شیرین یا آب دریا (به صورت جاری) بدون زنگ باقی می‌مانند. در هوای مرطوب دریایی یا در داخل آب ساکن (راکد) فولاد ضد زنگ نوع ۳۰۴ زنگ می‌زند، و اغلب به صورت موضعی دچار خوردگی حفره‌ای می‌گردد. به طور کلی ماهیت محیط و ترکیب شیمایی فولاد هر دو در تشکیل زنگ و خوردگی حفره‌ای فولاد ضد زنگ نقش تعیین کننده‌ای دارند.

دلیل پاک شدن لایه کروم در عملیات حرارتی چیست؟

در عملیات حرارتی و یا جوش‌کاری، دمای فولاد ضد زنگ به حدود ۸۵۰-۵۵۰ درجه سانتیگراد می‌رسد. کروم و کربن با یکدیگر وارد واکنش می‌شود و کاربایدکروم(  Chromium Carbide)تولید می‌گردد که در امتداد مرز دانه‌ها رسوب می‌کند. به همین دلیل کروم موجود در منطقه اطراف مرزدانه (ناحیه مرزی) تخلیه می‌شود. ناحیه مرزی که کروم آن تخلیه شده (فقیر نسبت به کروم) نسبت به سایر مناطق سالم سطح فلز که کروم آن مناطق تخلیه نشده‌اند در برابر خوردگی مقاومت کمتری دارد.

فولاد ضد زنگی را که در ساختار بلوری آن کار باید کروم به وجود آمده باشد “حساس شده (Sensitized)” می‌نامند. فولاد‌های حساس شده نسبت به خوردگی مرزدانه‌ای یا فساد جوش بیشتر مستعد می‌شوند.

استیل های بگیر  و  نگیر

 

به فولاد زنگ نزنی که خاصیت جذب توسط آهن ربا را داشته باشد بگیر و به فولاد زنگ نزنی که توسط آهن ربا جذب نشود نگیر می گویند. فولاد های زنگ نزن سری ۳۰۰  (مانند ۳۰۴ و ۳۱۶ ) دارای کروم هستند که منجر به نگیر بودن استیل می شوند. و این درحالی است که استیل های سری ۴۰۰ تنها دارای کروم است که خاصیت مغناطیسی فولاد زنگ نزن را حفظ می کند.

یکی از روش های تشخیص استینلس استیل از کربن استیل نیز این می باشد که در صورتی که آهن ربا به آن نچسبید این قطعی است که فولاد زنگ نزن است ولی اگر آهن ربا به آن بچسبید هنوز دلیل بر تشخیص فولاد زنگ نزن از فولاد کربن دار نیست..

 

 

 

پس برای انتخاب یک استینلس استیل مناسب کاربری باید به موارد زیادی از جمله گرید استیل ، سطح استیل ، کاربری آن و خاصیت مغناطیسی استیل توجه کرد.

تاریخچه استیل ضد زنگ stainless steel

 

در علم فلزات ، استیل ضد زنگ (stainless steel) به اسم استیل inox steel یا inox شناخته می شود.inox  از   لغت فرانسوی “inoxydable” به معنی “ضد زنگ” گرفته شده است.

 

استیل ضد زنگ به آسانی زنگ نمی زند .پوسیدگی و یا زنگ زدگی به وسیله آب در استیل معمولی وجود دارد اما علارغم اسمش stainless steel بطور کامل مقاوم در برابر زنگ زدگی نیست ، این فولاد برای مکانهای کم اکسیژن مناسب است ، همچنین آلیازی دیگری از استیل با نام استیل مقاوم در برابر خوردگی یا CRES وجود دارد. زمانی که جزییاتی از نوع و درجه فولاد موجود نبود. این نوع استیل  در صنایع هواپیمایی استفاده می شد. اکنون درجه های مختلفی از استیل وجود دارد با نمایی زیبا و مناسب استفاده در محیط اطراف مبتنی بر نیاز مصرف کننده. استیل ضد زنگ یا همان stainless steel مکانهایی مصرف می شود که ما نیاز به هر مزیت مقاومت بالا و ضد زنگ زدگی را خواستار باشیم.

استیل ضد زنگ (Stainless steel) با فولاد کربن دار و مقدار متفاوت درصد کروم عرضه می گردد. کربن موجود در استیل اگر محافظت نشود زمانی که در مجاورت اکسیژن و رطوبت قرار بگیرد به آسانی زنگ می زد. زنگ زدگی باعث تسریع در خوردگی و زنگ زدگی می شود و در طولانی مدت باعث پوسته پوسته شدن و پوسیدگی و خورد شدن فلز می شود. استیل زد زنگ دارای مقدار کافی از کرم   است که به شکل یک لایه غیر فعال از کرم  است که مانع از خوردگی سطح  و نفوذ آن به داخل سطح فلز می شود.

 

تاریخچه:

اولین بار یک آگهی در مورد کشف Stainless steel در سال ۱۹۱۵ در نیویورک تایمز به چاپ رسیده است.از زمان باستان چند نوع آلیاژ آهن مقاوم در برابر زنگ زدگی به جای مانده است. یک مثال مشهور از این نوع آلیاژ Pillar of Delhi است. این آهن ضد زنگ به دستور Kumara Gupta در سال ۴۰۰ میلادی ساخته شد که این استیل ضد زنگ (stainless steel) ، خاصیت ضد زنگ زدگیش را مدیون کروم نبود این فلز خاصیت ضد زنگ زدگی خود را از میزان بالای فسفر بدست می آورد که با شرایط مناسب آب و هوایی محلی باعث ایجاد یک لایه از اکسید آهن و فسفات مقاوم در برابر زنگ زدگی می شد. اولین بار آلیاژ آهن و کروم توسط متالوژیست فرانسوی به نام “Pierre Berthier” در سال ۱۸۲۱ معرفی گردید که این آلیاژ ، خاصیت مقاوت در برابر برخی از اسیدها را دارا می بود  و مناسب برای ساخت قاشق و چنگال بود. متالوژیست ها از قرن ۱۹  توانایی تولید استیل ضد زنگ (stainless steels) جدیدی با ترکیبی از مقدار کربن کم و کروم بالا را پیدا کردند و آلیاژ با کروم بالا بیش از حد شکننده بودند.
در اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی “Hans Goldschmidt” آلمانی  پیشرفتی در فرآیند تولید کروم و کربن بدست آورد. بین سالهای ۱۹۰۴ و ۱۹۱۱ تعدادی از محققین ، بخصوص “Leon Guillet” فرانسوی آلیاژی تولید کردند که امروزه ما آنرا استیل ضد زنگ ” stainless steel” می شناسیم.
در سال ۱۹۰۸ فردیش کروپ “Friedrich Krupp Germaniawerft” کشتی ۳۶۶ تنی با بدنه از استیل کروم و نیکل دار  در آلمان ساخت. در سال ۱۹۱۱ فیلیپ مونارتز “Philip Monnartz” گزارشی در مورد رابطه بین مقدار نیکل و مقاومت در برابر خوردگی نوشت . در ۱۷ اکتبر ۱۹۱۲ مهندسین شرکت کروپ به نام های بنو اشتراوس “Benno Strauss” و ادوارد مورر ” Eduard Maurer” استیل ضد زنگ (stainless steel) را با نام ThyssenKrupp Nirosta ثبت کردند
پیشرفت مشابه ای همزمان در آیالات متحده آمریکا در حال وقوع بود. که در آن کریستین دانتسیزن ” Christian Dantsizen” و فردریک بکت ” Frederick Becket” موفق به کشف فولاد ضد زنگ فریتی شدند. در سال ۱۹۱۲ الوود هاینز “Elwood Haynes” اقدام به ثبت نوعی فولاد ضد زنگ مارتنزیتی در ثبت اختراعات ایالات متحده کرد که تا سال ۱۹۱۹ اعطا نگردید.
همچنین در سال ۱۹۱۲ هری بریرلی ” Harry Brearley” از آزمایشگاه تحقیقاتی براون فرت در شفیلد انگلستان در حالی که در حال تحقیق برای کشف یک استیل ضد خوردگی برای لوله تفنگ بود موفق به کشف استیل ضد زنگ مارتنزیتی شد. این کشف دو سال بعد در ژانویه ۱۹۱۵ در مقاله روزنامه نیویورک تایمز به چاپ رسید. این فلز بعد با نام تجاری ‘Staybrite’ توسط فرت ویکرز “Firth Vickers” به بازار عرضه شد و برای سایبان ورودی جدید هتل پیچ در لندن در سال ۱۹۲۹ مورد استفاده قرار گرفت. بریالی “Brearley” در طول سال ۱۹۱۵ اقدام به ثبت فولاد خود کرد که متوجه شد هاینز “Haynes” اختراعی مشابه را در ثبت اختراعات امریکا به ثبت رسانده است. بریالی “Brearley” و هاینز “Haynes” بودجه مالی خود را با هم ادغام و با گروهی از سرمایه گزاران ، شرکت فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) آمریکا را تشکیل دادند که دفتر مرکزی آن در پیتسبورگ  پنسیلوانیا بود.
در آغاز فولاد ضد زنگ در ایالات متحده تحت نام های تجاری مختلف مانند Allegheny metal  وNirosta steel  فروخته شد. حتی در صنعت متالوژی نام منحصر بفردی برای آن وجود نداشت. در سال ۱۹۲۱ یک مجله تجاری آنرا به اسم “unstainable steel” نامگذاری کرد. در سال ۱۹۲۹ قبل از رکود بزرگ اقتصادی آمار نشان می داد بیش از ۲۵٫۰۰۰ تن stainless steel در کشور آمریکا ساخته می شد و بفروش می رسید.فولاد زنگ‌ نزن (Stainless Steel) به علت داشتن مقاومت به خوردگی عالی یکی از پر کاربردترین مواد مهندسی می باشند. این مقاومت از وجود مقدار زیاد کروم در آن‌ها ناشی می‌شود. مقدار کم کروم، مثلاً ۵%، مقاومت به‌ خوردگی آهن را مقداری افزایش می‌دهد، اما برای رسیدن به فولاد زنگ‌ نزن، حداقل ۱۲Cr% لازم است. مطابق با نظریه‌های کلاسیک، کروم با تشکیل یک لایه اکسید سطحی که لایه‌های زیرین را از خوردگی محافظت می‌کند، سطح آهن را رویین می‌سازد. برای ایجاد این لایه محافظ، سطح فولاد زنگ‌ نزن باید در تماس با عوامل اکسید کننده باشد.

اثر عناصر آلیاژی بر فولاد زنگ نزن

 

 

 

 

افزودن نیکل به فولادهای زنگ‌ نزن مقاومت به‌ خوردگی را در محیط‌ های خنثی و یا اکسید کننده ضعیف بهبود می‌ بخشد اما قیمت آن‌ها را افزایش می‌دهد. هم‌چنین مقدار کافی نیکل قابلیت انعطاف و شکل‌پذیری فولادها را افزایش می‌دهد زیرا امکان نگهداری آستنیت (FCC) در دمای محیط را میسر می‌سازد. افزایش مولیبدن به فولادهای زنگ‌ نزن مقاومت به‌ خوردگی را در حضور یون‌های کلر افزایش می‌دهد، حال آن‌که افزایش آلومینیوم مقاومت به پوسته شدن را در دماهای بالا بهبود می‌بخشد. کروم نیز برای افزایش مقاومت به‌ خوردگی آن، اضافه می‌شود.

 

آلیاژهای مهم فولاد زنگ نزن

 

 

 

آلیاژهای مهم فولادهای زنگ‌ نزن بر اساس عنصر آلیاژی که به آن اضافه شده است به‌ صورت زیر تقسیم‌ بندی شده است:۱- آلیاژهای آهن – کروم۲- آلیاژهای آهن – کروم – کربن۳- آلیاژهای آهن- کروم- نیکل- کربن

دمای ذوب فولاد زنگ نزن

 

 

 

 

فولادهای زنگ نزن چون آلیاژ می باشند لذا دمای ذوب و انجماد آنها مانند عنصر خالص در دمای ثابتی نبوده و بسته به ترکیب شیمیایی فولاد در یک محدوده دمایی می باشد. افزودن عناصر آلیاژی دمای ذوب را کاهش میدهد. به عنوان مثال، دمای ذوب آهن خالص ۱۵۳۵°C ،کروم ۱۸۹۰°C ،نیکل ۱۴۵۳°C در مقایسه با محدوده ۱۴۰۰-۱۴۵۰ درجه سانتی گراد برای فولاد زنگ نزن ۳۰۴ می باشد.جدول زیر ، محدوده دمایی ذوب برخی از معمول ترین فولاد های زنگ زنزن را بر اساس هندبوک ASM ارائه کرده است.

گرید فولاد زنگ نزن نقطه ذوب (درجه سانتی گراد)
۱٫۴۵۴۷ ۱۳۲۵-۱۴۰۰
۴۴۰A , 1.4125 (440C) ۱۳۷۰-۱۴۸۰
۱٫۴۴۰۱ (۳۱۶) , ۱٫۴۴۰۴ (۳۱۶L) ۱۳۷۵-۱۴۰۰
۱٫۴۴۶۲ ۱۳۸۵-۱۴۴۵
۱٫۴۳۱۰ (۳۱۰) ۱۴۰۰-۱۴۲۰
۱٫۴۸۸۶ (۳۳۰) , ۱٫۴۵۴۱ (۳۲۱) , ۴٫۴۵۵۰ (۳۴۷) ۱۴۰۰-۱۴۲۵
۱٫۴۵۴۲ (۱۷-۴PH) ۱۴۰۰-۱۴۴۰
۱٫۴۳۷۲ (۲۰۱) , ۱٫۴۳۰۱ (۳۰۴) , ۱٫۴۳۰۳ (۳۰۵) , ۱٫۴۸۳۳ (۳۰۹) , ۱٫۴۸۴۵ (۳۱۰) ۱۴۰۰-۱۴۵۰
۴۳۰ , ۴۴۶ ۱۴۲۵-۱۵۱۰
۴۲۰ ۱۴۵۰-۱۵۱۰
۴۰۹ , ۴۱۰ , ۴۱۶ ۱۴۸۰-۱۵۳۰

 

انواع فولادهای زنگ‌نزن

 

 

 

 

فولادهای زنگ نزن بر اساس ساختار متالورژیکی  و ترکیب شیمیایی، به ۵ دسته اصلی تقسیم می‌شوند:۱- فولاد زنگ نزن فریتی۲- فولاد زنگ نزن مارتنزیتی۳- فولاد زنگ نزن آستنیتی۴- فولاد زنگ نزن آستنیتی- فریتی (دو فازی)۵- فولاد زنگ نزن رسوب سختی

کاربرد های فولاد زنگ نزن (Stainless Steel Apllications) بسیار گسترده است. فولاد زنگ نزن و به اصطلاح بازار ایران همان استیل، یکی از مهمترین آلیاژ های آهن است که در زندگی روزمره با آن سر و کار داریم. از اشکال مختلف فولاد زنگ نزن در صنایع می توان به  ورق ، لوله ، پروفیل و .. اشاره کرد . از فولاد زنگ نزن برای موارد تزئینی بسیاری همچون دیوار آسانسور ها، دستگیره درب ها، ساخت ساعت، وسائل تزئینی منزل و .. استفاده می شود هم چنین یکی از بیشترین کاربرد های فولاد زنگ نزن در آشپزخانه است که برای تولید سینک های ظرف شویی، کابینت ها، یخچال و فریزر، اجاق گاز، ماکروفر و … مورد استفاده قرار می گیرد.فولاد زنگ نزن به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی با آب و زیبایی ظاهری آن در شرایط بسیاری امتحان خود را پس داده است و به همین دلیل این فولاد در گرید های (گرید های فولاد زنگ نزن) مختلف با درصد مواد متفاوت ساخته می شود تا هر کدام از آن ها یکی از این نیاز ها را بر طرف کند . نزدیک به ۱۵۰ گرید مختلف از استینلس استیل وجود دارد که نزدیک به ۵۰ تای آن ها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.  

کاربرد فولاد زنگ نزن در معماری:

فولاد های زنگ نزن آستنیتی به دلیل دوام عدم نیاز به مراقبت و نگهداری به طور فزآینده در معماری به کار می روند. به دلیل مقاومت به خوردگی فولاد زنگ نزن این ماده را برای استفاده در خارج از ساختمان مناسب است. کیفیت سطحی فولاد های زنگ نزن  متفاوت است و می توانند سطح آینه ای، براق و …. داشته باشند، اما معمولا از سطوح نورد شده با کد ۲B استفاده می شود. از فولاد زنگ نزن با سطح بسیار نرم (dead soft) برای سقف ها و سطوح همتراز استفاده می شود زیرا که این ماده به سهولت شکل می گیرد و از دوام خوبی نیز برخوردار است.ساختمان کرایسلر در نیویورک از اولین ساختمان هایی بود که در ساخت آن از فولاد زنگ نزن استفاده شد. از زمان ساخت این بنا تا کنون، ساختمان های بسیار دیگری نیز از این سبک پیروی کرده اند. دروازه ای به غرب (Gateway to the West) یک اثر معماری برجسته از فولاد زنگ نزن است که در حاشیه رود می سی سی پی در ایالت میزوری آمریکا قرار دارد.

کاربرد فولاد زنگ نزن در سیستم های حمل و نقل:استفاده از فولاد های زنگ نزن فریتی در تزئینات داخلی اتومبیل تا حد زیادی مسئول افزایش تولید فولادهای زنگ نزن ۴۳۰ و ۴۳۴ بوده است. فولاد زنگ نزن ۴۰۹، فولاد زنگ نزن فریتی با ۱۱ درصد کروم است که در صفحه راکتورهای کاتالیستی برای اتومبیل ها به کار می روند. این نوع فولاد توانایی تحمل شرایط خورنده را داشته و می تواند در برابر نمک و گازهای خورنده حاصل از احتراق مقاومت کنند.انواع اولیه فولادهای زنگ نزن مانند ۲۰۱ و ۳۰۱ به طور گستره در صنایع اتومبیل سازی به کار می رفتند زیرا نسبت استحکام به وزن این فولادها پس از عملیات نورد سرد، سه برابر بیشتر از فولادهای کربنی می گردید. در نتیجه امکان ساخت ماشین های سبک تر که نیاز به نیروی محرکه کمتری داشتند فراهم شد. فولادهای زنگ نزن در قیاس با سایر مواد مستحکم که در رقابت با فولادهای ساختمانی کربنی قرار دارند، از مزیت مقاومت به خوردگی بر خوردار است. مقاومت به خوردگی و سطح لغزنده فولادهای زنگ نزن، آن ها را برای مخازن حمل و نقل مواد مناسب می سازد.  
    کاربرد فولاد زنگ نزن در مبلمان:ضعیف ترین شکل خوردگی در خانه ها و ادارات وجود دارد. اما فولاد زنگ نزن به علت مقاومت در برابر زنگ زدگی و هم چنین ظاهر زیبا و عدم نیاز به رنگ در طراحی مبلمان مورد توجه قرار گرفته است.
کاربرد فولاد زنگ نزن تولید برق:فولاد زنگ نزن یک ماده ضروری در تجهیزات نیروگاهی مانند توربین های گاز تجهیزات تولید برق با استفاده از انرژی هسته ای و سوخت های فسیلی، پیل های سوختی و پنل های خورشیدی است. تمامی طیف های فولاد زنگ نزن در اجزای گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند. فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی و رسوب سختی در چرخ دهنده ها و پیچ ها که به استحکام بالایی نیاز دارند به کار می روند و از فولادهای زنگ نزن آستنیتی و فریتی پرآلیاژ در اجزایی که تحت تنش کمتری قرار داشته و نیاز به مقاومت به خوردگی دارند به کار می روند.کاربرد فولاد زنگ نزن در تجهیزات شست و شو:مقاومت به خوردگی، استحکام بالا و سهولت تولید، فولادهای زنگ نزن آستنیتی را برای ساخت لباسشویی و خشک کن های صنعتی و خانگی مناسب می سازد.  
  کاربرد فولاد زنگ نزن در صنایع غذایی و تجهیزات آشپزخانه:انواع مختلفی از فولادهای زنگ نزن برای تهیه و سرو غذا به کار می روند. محدوده کاربرد آن ها از ظروف آشپزخانه تا تانک ها و مخازن پاستوریزه کننده را شامل می شود. از فولاد زنگ نزن در صنایع لبنی، کارخانجات شیرینی پزی و بسته بندی مواد غذایی نیز استفاده می شود.کاربرد فولاد زنگ نزن در کشاورزی:اگر چه استفاده از فولاد زنگ نزن ابتدا در صنایع غذایی رایج شد اما به تدریج در مزارع نیز مورد توجه قرار گرفت. کودها و اسپری های کشاورزی شرایط خورنده ای را ایجاد می کنند و در این شرایط، استفاده از فولاد زنگ نزن آستنیتی گزینه مناسبی است. اگر چه این تجهیزات هزینه اولیه بالاتری دارند ولی عمر بالا (تقریبا ۲۰ سال) و عدم نیاز به مراقبت و نگهداری این هزینه بالا را جبران می کند.
کاربرد فولاد زنگ نزن در نساجی:برای تولید منسوجات رنگی، نیاز به ماشین آلاتی است که به راحتی تمیز شوند و از ترکیب رنگ های مختلف تا حد امکان جلوگیری شود. هر گونه آلودگی ناشی از رنگ دانه ها یا محلول های سفید کننده نه تنها منجر به هدر رفتن مواد شیمیایی می شود بلکه می تواند محصول نهایی را نیز خراب کند. فولادهای زنگ نزن در ماشین های نساجی،  مخازن پر اکسید و سفید کننده های حاوی کلر مورد استفاده قرار می گیرند.کاربرد فولاد زنگ نزن در تجهیزات بیمارستانی:فولاد های زنگ نزن مارتنزیتی در تجهیزات بیمارستانی به کار می روند. ابزار های ساخته شده از فولاد زنگ نزن به راحتی استریل می شوند، مقاومت به خوردگی مطلوبی دارند و تیز باقی می مانند. از این مواد به عنوان ایمپلنت هم استفاده می شود زیرا با بدن انسان سازگاری دارند. تجهیزات استریل کننده، اتوکلاو ها، کابینت های نگهداری وسایل و تخت های جراحی معمولا از فولاد زنگ نزن ساخته می شوند. آشپزخانه ها، اتاق های معاینه و آزمایشگاه های بیمارستان نیز از تجهیزاتی از جنس فولاد زنگ نزن استفاده می کنند.  
  کاربرد فولاد زنگ نزن در صنایع شیمیایی و پترو شیمیایی:شدیدترین شرایط خوردگی دراین صنایع وجود دارد، زیرا دما بالا است و از مواد بسیار خورنده استفاده می شود. در فرآیند هیدروکرکینگ در برج تقطیر، فولاد زنگ نزن آستنیتی در معرض خوردگی سولفید هیدروژن قرار می گیرد. افزایش دمای واحدهای کرکینگ کاتالیستی (تا ۷۵۰ درجه سانتی گراد یا ۱۳۰۰ درجه فارنهایت) منجر جایگزینی فولادهای کربنی ساده یا کم آلیاژ با فولاد زنگ نزن شد. در صنایع شیمیایی مانند تولید اسیدها، آمونیاک، کودها و پلاستیک نیز فولاد زنگ نزن آستنیتی به عنوان یک ماده استاندارد به کار می رود. در واحدهای تبخیر و معیان و نیروگاه هایی که از انرژی ژئوترمال استفاده می کنند نیاز به فولادهای زنگ نزن و پر آلیاژ است تا شرایط بسیار خورنده را تحمل کنند.کاربرد فولاد زنگ نزن در صنایع هوا – فضا:طراحان هواپیما در جستجوی موادی با نسبت استحکام به وزن بالا در دمای اتاق و در دمای بالا هستند که مقاومت مطلوبی در برابر خوردگی و اکسیداسیون داشته باشند. فولاد زنگ نزن این مشخصات را دارد و از نظر اقتصادی نیز به صرفه است و به همین دلیل در موتور، نازل و اسکلت هواپیما به کار می روند. آلیاژهای رسوب سختی شده در پوسته راکت ها به کار می روند در حالی که فولاد های زن نزن آستنیتی برای مخازن سوخت استفاده می شوند.

———-فولاد زنگ نزن ۳۱۶ (stainless steel 316) یا همان استینلس استیل ۳۱۶ یکی از پر کاربرد ترین نوع فولاد زنگ نزن می باشد که در دسته فولاد زنگ نزن آستنیتی قرار می گیرد.فولاد زنگ نزن ۳۱۶ در صنایع مختلفی همچون نفت و گاز و پتروشیمی ، صنایع غذایی، دارویی و … مصارف گوناگونی دارد.فولادهای زنگ نزن ۱٫۴۴۰۱  و ۱٫۴۴۰۴  به عنوان گرید ۳۱۶ و ۳۱۶ L شناخته می شود.از این آلیاژ برای ساخت لوله و ورق های مقاوم در محیط های اسیدی استفاده می شود و قیمت آن نسبت به گرید های مشابه همچون فولاد زنگ نزن  ۳۰۴ بیشتر است.

ترکیب شیمیایی (درصد وزنی) و کاربرد  فولادهای زنگ نزن آستنیتی ۳۱۶ و ۳۱۶ L
نوع AISI Cr Ni C Mn Mo سایر کاربرد
۳۱۶ ۱۷ ۱۲ ۰٫۰۸   ۲٫۵ منگنز حداکثر ۲%،گوگرد حداکثر ۳%،فسفر حداکثر ۴۵%،سیلیسیوم حداکثر ۱% مقاومت به‌ خوردگی بیشتر از ۳۰۲ و ۳۰۴، مقاومت خزشی زیاد، ابزار عکاسی، کتری برقی.
۳۱۶L ۱۷ ۱۲ ۰٫۰۳   ۲٫۵ اصلاح شده نوع ۳۱۶ با کربن خیلی کم، در سازه‌های جوشکاری شده جایی که از رسوب کاربیدها در مرز دانه باید جلوگیری شود.

باید در نظر گرفت حدود ۶۵-۷۰% فولادهای زنگ نزن تولیدی ایالات متحده امریکا را فولادهای زنگ نزن آستنیتی تشکیل می‌دهند. این فولادها به علت مقاومت به‌ خوردگی و شکل‌ پذیری مطلوب در این موقعیت قرار دارند، و از این رو برای بیشتر کاربردهای مهندسی خواص خوب و مطلوبی دارند. فولادهای زنگ نزن نوع ۳۰۴ و ۳۰۲ بیشترین کاربرد را هم در دماهای بالا و هم در دماهای پایین دارند. نوع ۳۱۶، که ۲٫۵%Mo دارد، مقاومت به ‌خوردگی بهتر و استحکام بیشتری در دماهای بالا دارد. آلیاژهایی با مقدار بیشتر کروم (۲۳-۲۵%) مثل نوع ۳۰۹ و ۳۱۰ترجیحا در دماهای بالا به‌کار می‌روند.

درصد ترکیبات

Grade   C Mn Si P S Cr Mo Ni N
۳۱۶ Min ۰ ۱۶٫۰ ۲٫۰۰ ۱۰٫۰
Max ۰٫۰۸ ۲٫۰ ۰٫۷۵ ۰٫۰۴۵ ۰٫۰۳ ۱۸٫۰ ۳٫۰۰ ۱۴٫۰ ۰٫۱۰
۳۱۶L Min ۱۶٫۰ ۲٫۰۰ ۱۰٫۰
Max ۰٫۰۳ ۲٫۰ ۰٫۷۵ ۰٫۰۴۵ ۰٫۰۳ ۱۸٫۰ ۳٫۰۰ ۱۴٫۰ ۰٫۱۰
۳۱۶H Min ۰٫۰۴ ۰٫۰۴ ۰ ۱۶٫۰ ۲٫۰۰ ۱۰٫۰
max ۰٫۱۰ ۰٫۱۰ ۰٫۷۵ ۰٫۰۴۵ ۰٫۰۳ ۱۸٫۰ ۳٫۰۰ ۱۴٫۰

 

خواص مکانیکی

Grade Tensile Str(MPa) min Yield Str0.2% Proof(MPa) min Elong(% in 50mm) min Hardness
Rockwell B (HR B) max Brinell (HB) max
۳۱۶ ۵۱۵ ۲۰۵ ۴۰ ۹۵ ۲۱۷
۳۱۶L ۴۸۵ ۱۷۰ ۴۰ ۹۵ ۲۱۷
۳۱۶H ۵۱۵ ۲۰۵ ۴۰ ۹۵ ۲۱۷

 

تبدیل استاندارد های استیل ۳۱۶

Grade UNSNo Old British Euronorm SwedishSS JapaneseJIS
BS En No Name
۳۱۶ S31600 ۳۱۶S31 ۵۸H, 58J ۱٫۴۴۰۱ X5CrNiMo17-12-2 ۲۳۴۷ SUS 316
۳۱۶L S31603 ۳۱۶S11 ۱٫۴۴۰۴ X2CrNiMo17-12-2 ۲۳۴۸ SUS 316L
۳۱۶H S31609 ۳۱۶S51

 

استینلس استیل   یکی از پر کاربردترین مواد صنعتی می باشد که بر اساس جدول زیر دسته بندی می شود
استاندارد اروپاییSteal no. k.h.s DIN نام استیلدر استاندارد اروپایی گرید استیلSAE Grafe UNS
    ۴۴۰A S44002
۱٫۴۱۱۲ X90CrMoV18 ۴۴۰B S44003
۱٫۴۱۲۵ X105CrMo17 ۴۴۰C S44004
    ۴۴۰F S44020
۱٫۴۰۱۶ X6Cr17 ۴۳۰ S43000
۱٫۴۴۰۸ G-X 6 CrNiMo 18-10 ۳۱۶  
۱٫۴۵۱۲ X6CrTi12 ۴۰۹ S40900
    ۴۱۰ S41000
۱٫۴۳۱۰ X10CrNi18-8 ۳۰۱ S30100
۱٫۴۳۱۸ X2CrNiN18-7 ۳۰۱LN  
۱٫۴۳۰۷ X2CrNi18-9 ۳۰۴L S30403
۱٫۴۳۰۶ X2CrNi19-11 ۳۰۴L S30403
۱٫۴۳۱۱ X2CrNiN18-10 ۳۰۴LN S30453
۱٫۴۳۰۱ X5CrNi18-10 ۳۰۴ S30400
۱٫۴۹۴۸ X6CrNi18-11 ۳۰۴H S30409
۱٫۴۳۰۳ X5CrNi18-12 ۳۰۵ S30500
  X5CrNi30-9 ۳۱۲  
۱٫۴۵۴۱ X6CrNiTi18-10 ۳۲۱ S32100
۱٫۴۸۷۸ X12CrNiTi18-9 ۳۲۱H S32109
۱٫۴۴۰۴ X2CrNiMo17-12-2 ۳۱۶L S31603
۱٫۴۴۰۱ X5CrNiMo17-12-2 ۳۱۶ S31600
۱٫۴۴۰۶ X2CrNiMoN17-12-2 ۳۱۶LN S31653
۱٫۴۴۳۲ X2CrNiMo17-12-3 ۳۱۶L S31603
۱٫۴۴۳۵ X2CrNiMo18-14-3 ۳۱۶L S31603
۱٫۴۴۳۶ X3CrNiMo17-13-3 ۳۱۶ S31600
۱٫۴۵۷۱ X6CrNiMoTi17-12-2 ۳۱۶Ti S31635
۱٫۴۴۲۹ X2CrNiMoN17-13-3 ۳۱۶LN S31653
۱٫۴۴۳۸ X2CrNiMo18-15-4 ۳۱۷L S31703
۱٫۴۳۶۲ X2CrNi23-4 ۲۳۰۴ S32304
۱٫۴۴۶۲ X2CrNiMoN22-5-3 ۲۲۰۵ S31803/S32205
۱٫۴۵۳۹ X1NiCrMoCu25-20-5 ۹۰۴L N08904
۱٫۴۵۲۹ X1NiCrMoCuN25-20-7   N08926
۱٫۴۵۴۷ X1CrNiMoCuN20-18-7 ۲۵۴SMO S31254

 

فولاد زنگ نزن برای کار برد های مختلف، طراحی (کاربرد های مختلف فولاد زنگ نزن)  و ساخته می شود. به این منظور برای هر کاربردی سطح متفاوتی از پرداخت و صافی مورد نیاز است. فولادهای زنگ نزن خواص منحصر به فردی دارند. این فولاد توسط لایه ای از اکسید کروم که به وسیله واکنش کروم با اکسیژن موجود در اتمسفر ایجاد می شود، محافظت می شود. هنگامی که سطح آسیب ببیند لایه اکسیدی به سرعت در حضور اکسیژن ترمیم می شود. از طرفی این لایه اکسیدی توسط فرآیندهای شیمیایی می تواند رنگ های متفاوتی را ایجاد کند.  از یک دیدگاه می توان سطح استیل ها را به ۱۰ دسته مختلف تقسیم بندی کرد که در این ۱۰ دسته استیل آینه ای ، استیل های براق ، استیل خش دار و استیل مات از جمله پر کاربردترین استیل های داخل کشور هستند. استیل BA که سطحی همچون آینه دارد برای مصارف تزئینی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. برای خرید استیل یکی از مهمترین پارامتر ها همین شماره استیل است. در واقع استیل ۳۰۴ یا ۳۱۶ و یا هر استیل دیگری در کنار سطح پرداخت آن معنا پیدا می کند.

در زیر این ۱۰ دسته بندی آورده شده است:

No. 0: Hot rolled, annealed, thicker plates

No. 1: Hot rolled, annealed and passivated

No. 2D: Cold rolled, annealed, pickled and passivated

No. 2B: Same as above with additional pass-through highly polished rollers

No. 2BA: Bright annealed (BA or 2R) same as above then bright annealed under oxygen-free atmospheric condition

No. 3: Coarse abrasive finish applied mechanically

No. 4: Brushed finish

No. 5: Satin finish

No. 6: Matte finish (brushed but smoother than #4)

No. 7: Reflective finish

No. 8: Mirror finish

No. 9: Bead blast finish

No. 10: Heat colored finish-wide range of electropolished and heat colored surfaces

 

درصد ترکیبات استیل ۳۰۴

Grade C Mn Si P S Cr Mo Ni N
۳۰۴ min.max. -۰٫۰۸ -۲٫۰ -۰٫۷۵ -۰٫۰۴۵ -۰٫۰۳۰ ۱۸٫۰۲۰٫۰ ۸٫۰۱۰٫۵ -۰٫۱۰
۳۰۴L min.max. -۰٫۰۳۰ -۲٫۰ -۰٫۷۵ -۰٫۰۴۵ -۰٫۰۳۰ ۱۸٫۰۲۰٫۰ ۸٫۰۱۲٫۰ -۰٫۱۰
۳۰۴H min.max. ۰٫۰۴۰٫۱۰ -۲٫۰ -۰٫۷۵ -۰٫۰۴۵ -۰٫۰۳۰ ۱۸٫۰۲۰٫۰ ۸٫۰۱۰٫۵

 

خواص مکانیکی استیل ۳۰۴

Grade Tensile Strength (MPa) min Yield Strength 0.2% Proof (MPa) min Elongation (% in 50mm) min Hardness
Rockwell B (HR B) max Brinell (HB) max
۳۰۴ ۵۱۵ ۲۰۵ ۴۰ ۹۲ ۲۰۱
۳۰۴L ۴۸۵ ۱۷۰ ۴۰ ۹۲ ۲۰۱
۳۰۴H ۵۱۵ ۲۰۵ ۴۰ ۹۲ ۲۰۱
۳۰۴H also has a requirement for a grain size of ASTM No 7 or coarser.

 

عملیات حرارتی استیل ۳۰۴ با بالا بردن دمای آن تا ۱۰۱۰ تا ۱۱۲۰ درجه سانتی گراد و سرد کردن سریع صورت می گیرد.

آلومینیم

آلومینیم عنصری شیمیای در گروه بورون با عدد اتمی ۱۳ و نماد Al است. این عنصر یک فلز نرم، سفید و چکش‌پذیر با چگالی پایین است که سومین عنصر فراوان و فراوان‌ترین فلزات در پوسته کره زمین است. آلومینیوم خالص به دلیل واکنش‌پذیری بسیار بالای خود بسیار به ندرت به طور طبیعی یافت می‌شود و به جای آن در سنگ‌های معدنی مختلفی وجود دارد. بیشتر آلومینیوم دنیا از سنگ بوکسیت به دست می‌آید.

نامگذاری

واژه آلومینیوم (Aluminium) که گاهی Aluminum (به ویژه در آمریکای شمالی) هم نوشته می‌شود از واژه لاتین Lumen به معنی «نور» گرفته شده‌است. پیش از جداسازی فلز آلومینیم، اکسید آن آلومین نامیده می‌شد. هامفری دیوی که موفق نشده بود از آلومین، آلومینیم تهیه کند، گفت که می‌خواهد نام این فلز را «آلومیم» بگذارد؛ ولی بعداً آن را به «آلومینم» تغییر داد تا با آلومین مطابقت داشته باشد. با این حال واژهٔ آلومینیم کاربرد عمومی پیدا کرد، زیرا نام بسیاری از عنصرهای فلزی به «یُم» ختم می‌شود. آلومینیم با علامت شیمیایی AL و شبکه کریستالی FCC می‌تواند اتم‌های عناصری مثل کربن، نیتروژن، بر، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید. نقطه ذوب ۶۶۰ درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن ۲۴۷۰ درجه است. آلومینیم را در دماهای ۱۰۰۰ درجه و بالاتر از آن استفاده نمی‌کنند به دلیل اینکه به شدت اکسید شده و ضایعات آن زیاد است؛ ولی منیزیم و روی مقدار بیشتری از آلومینیم ضایعات دارند. وزن مخصوص ۷/۲ می‌باشد و در حالت مذاب ۳/۲ بنابراین می‌توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن بیشتر می‌باشد. در صد انقباض آن در فاز مایع ۱۰٪ و در حین انجماد ۸/۶٪ است و به دلیل انقباض‌های زیاد به تغذیه در قطعات آلومینیم ضرورت دارد. مهمترین آلیاژهای آلومینیم عبارتند از: آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می‌یابد. به هر حال آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد. منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلاً یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می‌گیرد. در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می‌گیرد. عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر: اگر درجه حرارت ۱۸۰ درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده (فرار می‌باشد) و هید روژن به داخل آن نفوذ می‌کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازدهٔ آن بیشتر می‌شود. عملاً باید ۶/۰٪ گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد. گاز زدایی باکلر نسبت به ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کلرید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می‌کند.

تاریخچه کشف آلومینیوم

«فردریک وهلر» بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت. اما این فلز دو سال پیشتر به‌وسیله «هانس کریستین ارستد» شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را به‌عنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز به‌عنوان بند آورنده خون در زخم‌ها بکار می‌بردند و هنوز هم به‌عنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده‌است. در سال ۱۷۶۱، «گویتون دموروو» پیشنهاد کرد تا alum را آلومین (alumin) بنامند.

پیدایش و منابع

اگر چه Al، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(۱۸٪)، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا به حساب می‌آمد؛ بنابراین، به‌عنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از ۱۰۰ سال است که مورد استفاده‌است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکل‌ترین فلز از نظر تهیه به شمار می‌آمد.

آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزش‌تر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال ۱۸۸۹، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد. بازیافت آلومینیوم موضوع تازه‌ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه ۶۰ این یک کار کم منفعت بود تا زمانیکه بازیافت قوطیهای آلومینیومی آشامیدنیها بالاخره بازیافت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارت‌اند از: اتومبیلها، پنجره‌ها، درها، لوازم منزل، کانتینرها و سایر محصولات. یکی از ویژگی‌های مهم آلومنییوم که بازیافت آن را مورد توجه قرار می‌دهد آن است که هیچ تفاوتی بین کیفیت آلومینیوم بازیافتی و آلومینیوم تازه تولید شده وجود ندارد.

معرفی

آلومینیوم، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی ۱۳ می‌باشد. آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن، قابل توجه‌است. آلومینیوم در صنعت برای تولید میلیونها محصول مختلف بکار می‌رود و در جهان اقتصاد، عنصر بسیار مهمی است.

اجزای سازه‌هایی که از آلومینیوم ساخته می‌شوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازه‌هایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد.

ویژگی‌های قابل توجه

آلومینیوم، فلزی نرم و سبک، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری مات و لایه نازک اکسایش که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بی. ِ چکش خوار، انعطاف‌پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه، این عنصر غیر مغناطیسی، بدون جرقه، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.

کاربردها

چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخش‌های صنعت دارای اهمیت می‌باشد. آلومینیوم خالص، نرم و ضعیف است، اما می‌تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس، منیزیوم، منگنز، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکتها را می‌سازند.

وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند. این پوششها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوششهای نقره خاصیت خود را از دست نمی‌دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌های نجومی است.

 

فهرست کاربردها

برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارت‌اند از:

حمل و نقل (اتومبیل‌ها، هواپیماها، کامیون‌ها، کشتی‌ها، ناوگانهای دریایی، راه آهن و...)

بسته‌بندی (قوطی‌ها، فویل و...)

ساختمان (درب، پنجره، دیوار پوشها و...)

کالاهای با دوام مصرف کننده (وسایل برقی خانگی، وسایل آشپزخانه،...)

خطوط انتقال الکتریکی (هدایت الکتریکی آلومینیوم از مس بیشتر واز طلا کمتر می‌باشد اما استحکام مکانیکی ان در برابر کشش از مس کمتر می‌باشد و لذا برای ساخت هادی‌های آلومینیوم به منظور استفاده در خطوط انتقال از هسته‌ای فولادی برای تقویت استحکام ان در برابر کشش استفاده می‌کنند معروف‌ترین هادی آلومینیومی با ویژگی‌های بالا که در ۹۰ درصد خطوط انتقال استفاده می‌شود هادی ACSR می‌باشد.

ماشین آلات اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم، سنگ سنباده، یاقوت و یاقوت کبود یافت می‌شود که در صنعت شیشه‌سازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند. آلومینیوم با انرژی زیادی اکسیده می‌شود و در نتیجه در سوخت موشکهای با سوخت و دمازاها مورد استفاده واقع می‌شود.

استخراج آلومینیوم

آلومینیوم یک فلز واکنشگر است و نمی‌تواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al۲O۳) به‌وسیله کاهش با کربن جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق برق‌کافت است. (این فلز در محلول اکسیده شده، سپس بصورت فلز خالص جدا می‌شود) لذا جهت این کار، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. اما بوکسیت دارای نقطه ذوب بالایی است (۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد) که تأمین این مقدار انرژی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرار می‌دادند و نقطه ذوب آن تا ۹۰۰درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یافت. اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم، سدیم و فلوئورید کلسیم، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده‌است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانه‌ها هستند.

الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار می‌روند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است، یونهای آن آزادانه حرکت می‌کنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه‌است:

{\displaystyle Al<sub>3</sub>+3e\longrightarrow Al}

در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است (الکترونها اضافه می‌شوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو می‌رود و خارج می‌شود.

آند مثبت، اکسیژن بوکسیت را اکسیده می‌کند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دی‌اکسید کربن نماید.

این کاتد باید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود. بر خلاف هزینه الکترولیز، آلومینیوم فلزی، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را می‌توان از خاکه معدنی استخراج کرد، اما این فرایند، اقتصادی نیست.

ایزوتوپ‌ها

آلومینیوم، دارای ۹ ایزوتوپ است که عمده‌ترین آنها بین ۲۳ تا ۳۰ مرتب شده‌اند. تنها Al-۲۷ (ایزوتوپ پایدار) و Al-۲۶ (ایزوتوپ رادیواکتیو) بطور طبیعی وجود دارند. Al-۲۶ از پراشیدن ذرات اتم آرگون در اتمسفر که در نتیجه پروتونهای اشعه کیهانی رخ می‌دهد، تولید می‌شود. ایزوتوپهای آلومینیوم، کاربردهای عملی در تعیین قدمت رسوبات دریایی، خاستگاه منگنز، یخهای دوران یخبندان، کوارتز در صخره‌ها و شهاب سنگها دارد.

Al-۲۶ اولین بار در مطالعات ماه و شهاب‌سنگها بکار رفت. اجزاء شهاب‌سنگها بعد از جدا شدن از پیکره مادر در مدت سفر خود در فضا در معرض شدید بمباران اشعه کیهانی هستند که باعث تولید آلومینیوم ۲۷ پایدار می‌شود. بعد از سقوط روی زمین، حفاظ اتمسفر مانع از تولید Al-۲۶ بیشتر از قطعات شهاب‌سنگها می‌شود و واپاشی آن در تعیین عمر زمینی آنها مؤثر است. تحقیقات روی شهاب‌سنگها ثابت کرده‌است که Al-۲۶ در زمان شکل‌گیری سیاره ما نسبتاً به مقدار فراوان وجود داشته‌است. احتمالاً انرژی آزاد شده در نتیجه واپاشی Al-۲۶، ذوب شدن مجدد و جدایی سیارکها بعد از شکل گیری آنها را ۲–۴ میلیارد سال پیش در پی داشته‌است.

هشدارها

آلومینیوم یکی از معدود عناصر فراوانی است که ظاهراً هیچ فعالیت مؤثری در سلولهای زنده ندارد. اما درصد کمی از مردم به آن حساسیت دارند. آنها تجربه کرده‌اند تماس هر نوع از آن موجب التهاب پوستی می‌شود. مصرف داروهای بند آورنده خون و مواد ضد عرق باعث ایجاد جوشهای خارش آور و سؤ هاضمه می‌گردد. عدم جذب مواد غذایی مفید از غذاهای پخته شده در ظروف آلومینیومی همچنین تهوع و سایر علائم مسمومیت در نتیجه خوردن اینگونه محصولات مانند Maalox، Amphojel، Kaopectate.

در سایر افراد آلومینیوم مانند فلزات سنگین، سمی نیست، اما در صورت مصرف زیاد علائمی از مسمومیت دیده شده‌است. اگرچه استفاده از ظروف غذای آلومینیومی به خاطر مقاومت در برابر زنگ‌زدگی و خاصیت هدایت گرمایی بالای آنها بسیار رایج است، در کل، هیچگونه علامتی در مورد ایجاد مسمومیت آنها دیده نشده‌است. مصرف زیاد داروهای ضد اسید و مواد ضد عرق که حاوی ترکیبات آلومینیومی هستند، احتمال مسمومیت بیشتری دارند. بعلاوه احتمال ارتباط آلومینیوم با بیماری آلزایمر مطرح شده‌است، گرچه اخیراً این فرضیه رد شده‌است. مصرف زیاد این عنصر باعث کم خونی نیز می‌گردد.

املای انگلیسی

املاء رسمی این عنصر در زبان انگلیسی، IUPAK) Aluminium) است، گرچه عموماً آمریکایی‌ها و کانادایی‌ها آنرا بصورت Aluminum نوشته و تلفظ می‌کنند. «همفری دیوی» در سال۱۸۰۷ Alumim را برای عنصر کشف شده در آن زمان ارائه کرد، اما بعداً تصمیم گرفت تا این نام را به Aluminum تغییر دهد که با وجود ium در نام بیشتر عناصر تطبیق کند. بعدها املا Aluminium در بریتانیا و آمریکا متداول شد، اما بعد بتدریج آمریکایی‌ها برای اهداف غیرتخصصی این نام را به Aluminum برگرداندند. نام رسمی این عنصر در آمریکا و در رشته شیمی تا سال ۱۹۲۶ بصورت Aluminium بکار رفت. از این تاریخ به بعد انجمن شیمی آمریکا تصمیم به استفاده از املاء Aluminum در نشریات خود گرفت.

مکانیزم تشکیل لایه اکسیدی در آلومینیوم

مکانیزم تشکیل لایه اکسیدی در آلومینیوم حمام اسید سولفوریک به غلظت ٪۱۰ حجمی را مد نظر داشته و در آن یک قطعه آلومینیومی را به قطب مثبت منبع الکتریسیته متصل کنید و فلز مناسب دیگری مانند قلع را به عنوان کاتد به قطب منفی منبع الکتریسیته وصل کنید دانسیته جریان مستقیم مورد نیاز در این پروسه حدود ۱ تا ۱/۶ آمپر بر دسیمتر مربع که از پتانسیلی حدود ۱۳ تا ۱۷ ولت به وجود می‌آید. در دمای معمولی اتاق وقتی که جریان برق برقرار می‌شود اسید سولفریک آغاز به تجزیه می‌کند و در اثر این فعل و انفعلات در قطب منفی هیدروژن به وجود می‌آید و به موازات یون‌های اکسیژن و سولفات توسط قطب مثبت که آلومینیوم به آن وصل است جذب می‌گردند.

شارژ الکتریکی در داخل سیستم فوق باعث می‌شود که یون‌های مثبت آلومینیوم به سمت کاتد هدایت می‌شود و در همان حال درسطح آند کاتیون‌ها یا آلومینیوم با آنیون‌های اکسیژن ترکیب می‌شود و تشکیل اکسید آلومینیوم را می‌دهند. مقداری از یون‌های آلومینیوم نیز قادر به ترکیب با اکسیژن نیست وبه صورت نا محلول در الکترولیت باقی می‌مانند.

آندایزینگ

آندایزینگ آلومینیوم به روش الکترولیت اسید سولفوریک از اسید سولفوریک با غلظت‌های مختلف gr/lit۱۰ تاgr/lit۷۰۰درصنایع و مراکز تحقیقاتی عملیات آندایزینگ استفاده می‌کنند. اما اکثر غلظتی که به طور معمول به کار ۱۵۰ تا ۲۵۰ گرم در لیتر می‌باشد. با تغییر غلظت میزان هدایت الکتریکی نیز تغییر می‌کند که منحنی شکل زیر بیانگر این ارتباط است. بیشترین قابلیت هدایت الکتریکی در غلظت ۳۵۰ گرم در لیتر یا ٪۳۵ وزنی اسید سولفوریک بدست می‌آید. در چنین حالتی ولتاژ مورد نیاز جهت ایجاد دانسیته ۱/۲ آمپر بر دسیمتر مربع کمترین مقدار خود را خواهد داشت و انرژی مصرف شده الکتریکی نیز به همان نسبت در پایین‌ترین حد خود است. ارتباط بین دمای محلول الکترولیت غلظت اسید و ولتاژ مورد نیاز جهت اعمال دانسیته ۱/۲ آمپربر دسی متر مربع است. آلومینیوم مورد آزمایش به صورت ورق بوده و درجه خلوص آن نیز ۹۹/۹۹درصد است. تجزیه وآزمایش بیانگراین نکته می باشدکه متناسب باافزایش غلظت محلول الکترولیت به نسبتی که زمان عملیات آندایزینگ افزایش ضخامت و وزن لایه اکسیدی حاصل کاهش می‌یابد بطوری که اگر قطعه‌ای آلومینیومی در محلول اسید سولفوریک با غلظت ٪۳۰ وزنی۳۳۰ گرم در لیتر در طول مدت یک ساعت آندایز شود وزن لایه اکسیدی ان معادل نصف حالتی خواهدبود که غلظت الکترولیت ٪۱۵وزنی ویا ۱۶۵گرم در لیتر بوده ودر همان مدت زمان آندایز شده باشد.

آلیاژهای کار شده آلومینیم

1xxx

آلومینیم با خلوص ۹۹٫۰۰ درصد یا بالاتر

2xxx

مس، اصلی تر ین عنصر در آلیاژهای سری 2xxx است.

3xxx

منگنز، اصلی تر ین عنصر ناخالصی در آلیاژهای سری 3xxx است.

4xxx

سیلیسیم، اصلی تر ین عنصرناخالصی در آلیاژهای سری 4xxx است.

5xxx

منیزیم، اصلی تر ین عنصرناخالصی در آلیاژهای سری 5xxx است.

6xxx

منیزیم و سیلیسیم، اصلی تر ین عنصرناخالصی در آلیاژهای سری 6xxx است.

7xxx

روی، با میزان ۱ تا ۸ درصد، اصلی تر ین عنصر آلیاژی در آلیاژهای سری 7xxx است.[۴]

شیشه

شیشه یک جامد بی‌ریخت (غیر بلوری) است که می‌تواند رفتار انتقالی از یک جامد سخت و شکننده به یک مادهٔ مذاب لاستیک شکل و برعکس داشته باشد. این رفتار که انتقال شیشه نام دارد در محدودهٔ مواد بی‌ریخت و یا بی‌ریخت‌های نیمه بلوری دیده می‌شود.

در حدود ۱٬۵۰۰ پیش از میلاد، بطری‌های شیشه‌ای برای نخستین بار در مصر مورد استفاده قرار گرفت.

واژه

واژه شیشه از پارسی میانه و از واژه شیشاک گرفته شده است.

ویژگی‌ها

شیشه‌ها معمولاً ترد و در برابر نور شفاف اند. پرکاربردترین گونهٔ شیشه، شیشه آهک سوددار است که از نزدیک به ۷۵٪ سیلیسیم دی‌اکسید (SiO۲) و سدیم اکسید (Na۲O) که از نمک سدیم بدست می‌آید، آهک (CaO) و چند افزودنی جزئی بدست می‌آید. نام شیشه معمولاً برای اشاره به این گونه از آن است.

شیشه‌های سیلیکاتی و کاربرد آن

شیشه‌های سیلیکاتی بیشتر شفاف‌اند از این رو کاربرد فراوانی دارند از آن جمله می‌تواند به کاربرد فراوان آن‌ها در صنعت ساختمان و در و پنجره‌های شیشه‌ای اشاره کرد. هرچند امروزه بیشتر از آن به عنوان روکش مواد دیگر استفاده می‌شود چون می‌تواند هر شکلی را به خود بگیرد. کاربرد دیگر شیشه، استفادهٔ سنتی آن به عنوان کاسه، گلدان، بطری و ... است. اگر شیشه صلب تر باشد در تولید تیله، تسبیح و وسایل تزئینی شیشه‌ای کاربرد پیدا می‌کند. شیشه می‌تواند بازتابنده یا شکنندهٔ نور باشد این ویژگی‌ها می‌تواند با برش یا جلا بدست آید و در تولید عدسی، منشور یا ظرف‌های بلوری کاربرد داشته باشد. همچنین با کمک نمک‌های فلزی می‌توان به شیشه رنگ داد یا آن را رنگ آمیزی کرد. این توان باعث کاربرد فراوان شیشه در کارهای هنری و شیشه‌های رنگی شد. شیشه با اینکه شکننده است اما بسیار پایدار است، عمر برخی از شیشه‌های یافت شده به دوران آغازین ساخت شیشه باز می‌گردد.

تعاریف مختلف شیشه در دانش

تعریف شیشه در دانش متفاوت است، شیشه به هر جامدی گفته می‌شود که هیچ ساختار بلوری ندارد (مانند جامد بی‌ریخت) و در برابر گرما و مذاب شدن رفتاری مانند انتقال شیشه از خود نشان می‌دهد. این گونه شیشه می‌توان گفت از مواد گوناگونی به‌دست می‌آید مانند آلیاژ فلزها، گدازه‌های یونی (یون ذوب شده)، محلول آبی، مایع‌های مولکولی و بسپارها. در بسیار کاربردها (بطری، محافظ‌های چشمی)، شیشه‌های بسپاری (شیشهٔ اکریلیک)، پلی‌کربنات، پلی‌اتیلن ترفتالات گزینهٔ سبک تری نسبت به شیشه‌های سیلیکاتی اند.

تعریف فرهنگ معین: شیشه جسمی است شفاف و حاکی ماورا و شکننده و مخلوطی است از سیلیکات‌های قلیایی. این اجسام را در کوره و در قالب می‌ریزند. شیشه دارای شکل هندسی نیست و در نتیجه می‌توان آن را به شکل دلخواه درآورد اما ساده‌ترین تعریف از شیشه آن است که شیشه مایعی است سفت شده که در ساختار آن هیچ نوع بلوری وجود ندارد.

کوره‌های ذوب شیشه

رایج ترین کوره‌های مورد استفاده برای تهیه شیشه کوره‌های تانکی است. طول این نوع کوره در حدود ۴۰ متر و پهنای آن در حدود ۱۲ متر می‌باشد. کار این کوره‌ها پیوسته بوده و با جلو رفتن مواد همیشه جا برای تغذیه مجدد کوره آماده می‌گردد. مواد نسوز داخل کوره‌های ذوب شیشه از اهمیت ویژه‌ای برخوردار می‌باشد و باید در مقابل سایش دارای مقاومت بالایی باشند زیرا مواد داخل کوره به شدت جداره کوره را در مقابل سایش قرار می‌دهند. عمر مواد نسوز کوره‌های ذوب شیشه حداکثر ۴ سال می‌باشد. ظرفیت این کوره‌ها تقریباً حدود ۱۵۰۰ تن است. دستگاه‌های شکل دادن شیشه به انتهای شیشه متصل است. پس از آنکه مواد اصلی شیشه و درصد آن‌ها به دقت تعیین شد و مواد زائد آن جدا گردید مواد را وارد کوره می‌نمایند زیرا تغییر جزئی مواد روی خواص شیشه مخصوصا روانی و شکل دادن و کارایی بعدی آن تأثیر زیادی دارد. مواد که وارد کوره شد به تدریج جلو رفته گرم‌تر می‌شود. در حرارت حدود ۱۰۰ درجه آب فیزیکی خود را از دست می‌دهد و در حرارت حدود ۶۰۰ درجه کربنات سدیم و کربنات کلسیم مخلوط می‌شوند و در حرارت ۹۰۰ درجه کربنات سدیم با سیلیس ترکیب می‌شود، در ۱۰۰۰درجه متا سیلیکات کلسیم تشکیل می‌شود و در حرارت ۱۴۰۰ تا ۱۵۰۰ درجه ذوب و پالایش شیشه درون کوره پایان می‌یابد ولی در این حرارت شیشه روان بوده و دارای ویسکوزیته ای بسیار پایین می‌باشد که کار کردن روی آن غیر ممکن می‌باشد. برای کار کردن روی شیشه باید مواد را به حالت خمیری در بیاوریم. برای این کار حرارت شیشه را پایین آورده و به حدود ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد می‌رسانند .

مواد سازنده

سیلیسیم دی‌اکسید (با ترکیب شیمیایی SiO۲) پایه‌ای ترین مادهٔ سازندهٔ شیشه است. در طبیعت، در اثر برخورد آذرخش با ماسه واکنش شیشه‌شدگی کوارتز رخ می‌دهد که در نتیجهٔ آن یک ساختار توخالی (لوله‌ای) ریشه مانند، به نام سنگ آذرخشی پدید می‌آید.

شیشهٔ سیلیسی که در درجهٔ نخست از سیلیس ساخته شده است به دلیل داشتن دمای انتقال بالای ۱۲۰۰ درجهٔ سانتیگراد، برای کاربردهای ویژه‌ای مورد نیاز است اما برای عموم چندان کاربرد ندارد به همین دلیل چند مادهٔ خام دیگر هم به ترکیبات آن افزوده می‌شود تا فرایند ساخت را آسان تر کند. یکی از این مواد سدیم کربنات (Na۲CO۳) است که دمای انتقال شیشه را پایین می‌آورد. سدیم کربنات باعث می‌شود تا شیشه در آب قابل حل شود، برای جلوگیری از این ویژگی مقداری آهک (اکسید کلسیم CaO) که از سنگ آهک بدست می‌آید، به همراه اکسید منیزیم (MgO) و آلومینا (Al۲O۳) به آن افزوده می‌شود تا شیشه پایداری بیشتری پیدا کند. شیشه در نهایت از ۷۰ تا ۷۴ درصد وزنی سیلیس ساخته شده است و شیشه آهک سوددار نام دارد.این گونه از شیشه ۹۰ درصد از شیشهٔ تولیدی را دربر می‌گیرد.

بیشتر شیشه‌های در دسترس مواد خام دیگری هم دارند تا ویژگی‌های آن‌ها اندکی تغییر کند برای نمونه شیشهٔ کریستال و برخی گونه‌های بلور، نسبت به شیشه‌های معمولی درخشان تر اند چون دارای ضریب شکست، پاشش نوری و بازتاب بالاتری اند. افزودن باریم باعث افزایش ضریب شکست می‌شود. دی‌اکسید توریم به شیشه ضریب شکست بالا و پاشش نوری پایین می‌دهد درگذشته از این گونه شیشه در ساخت عدسی‌های با کیفیت بالا بهره برده می‌شد اما به دلیل واپاشی هسته‌ای کاربرد آن متوقف شد و با اکسید لانتان جایگزین شد.[نیازمند منبع] افزودن آهن به شیشه باعث می‌شود تا شیشه بتواند انرژی فروسرخ را جذب کند این ویژگی در فیلترهایی که باید گرما را جذب کنند مانند نورافکن‌های فیلم برداری مورد نیاز است. همچنین اکسید سریم (IV) باعث می‌شود تا شیشه طول موج‌های فرابنفش را جذب کند.

در ادامه فهرستی از پرکاربردترین شیشه‌های سیلیسی، مواد سازنده و کاربرد آن‌ها آمده است:

  1. شیشهٔ سیلیسی: سیلیس (SiO۲). دارای انبساط گرمایی بسیار پایین، بسیار سخت و پایدار در برابر دماهای بالا (۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ درجهٔ سانتیگراد) و مقاوم ترین در برابر سرد و گرم شدن. این شیشه مناسب کار در دماهای بالا است مانند: لوله‌های کوره، بوته‌های آهنگری (ذوب فلزات) و ...
  2. شیشهٔ آهک سوددار: ۷۲٪ سیلیس + ۱۴٫۲٪ اکسید سدیم (Na۲O) + منیزیم ۲٫۵٪ + آهک ۱۰٫۰٪ + آلومینا ۰٫۶٪. شفاف، به آسانی شکل می‌پذیرد و بهترین گزینه برای شیشهٔ پنجره است. انبساط گرمایی بالایی دارد و پایداری کمی در برابر گرما (۵۰۰ تا ۶۰۰ درجهٔ سانتیگراد). کاربرد در پنجره، ظرف‌های شیشه‌ای، حباب روشنایی (لامپ) و شیشهٔ لوازم دکوری موجود در خانه مانند شیشهٔ میز و ...
  3. شیشهٔ سدیم بوروسیلیکات، پیرکس: ۸۱٪ سیلیس + ۱۲٪ اکسید بور + اکسید سدیم ۴٫۵٪ + آلومینا ۲٫۰٪. پایدارتر از شیشهٔ پنجره در برابر انبساط گرمایی است و به عنوان شیشه‌های آزمایشگاهی، شیشه‌های آشپزی، چراغ خودرو و ... کاربرد دارد. شیشه بوروسیلیکات (مانند پیرکس) هم همین مواد خام اکسید بور و سیلیس را دارد دارای ضریب انبساط گرمایی نسبتاً پایینی است (۳٫۲۵‎×۱۰۶/°C برای پیرکس در مقایسه با ۹‎×۱۰-۶/°C برای شیشهٔ آهک سوددار[۸]) به همین دلیل ابعاد آن‌ها بسیار پایدار است و البته به دلیل انبساط گرمایی کمتر دچار تنش می‌شوند درنتیجه در برابر گرمای ناگهانی کمتر آسیب پذیرند. کاربرد آن‌ها در وسایل آشپزخانه، ابزارهای نوری و شیشه‌های نگهدارندهٔ دارو و مواد شیمیایی است.
  4. شیشهٔ بلور: سیلیس ۵۹٪ + اکسید سدیم ۲٫۰٪ + اکسید سرب ۲۵٪ + اکسید پتاسیم ۱۲٪ + آلومینا ۴٪ + اکسید روی ۱٫۵٪. دارای ضریب شکست بالا، بسیار درخشان دیده می‌شوند؛ ویژگی کشسانی بالایی دارند و می‌توان از آن‌ها ابزارهای شیشه‌ای حلقه مانند درست کرد. در کارخانه‌ها کاربرد دارند اما پایداری چندانی در برابر گرما ندارند.
  5. شیشهٔ آلومینوسیلیکات: سیلیس ۵۷٪ + آلومینا ۱۶٪ + اکسید بور ۴٪ + اکسید باریم ۶٪ + اکسید منیزیم ۷٪ + آهک ۱۰٪. کاربرد فراوان در ساخت فایبرگلاس، ساخت شیشه‌های مقاوم شده با پلاستیک (قایق، چوب ماهیگیری و ...) و حباب لامپ‌های هالوژن.
  6. شیشهٔ اکسیدی: آلومینا ۹۰٪ + اکسید ژرمانیم ۱۰٪. شیشه‌ای بسیار شفاف؛ کاربرد در خط‌های شبکهٔ فیبر نوری، در یک کیلومتر طول تنها ۵٪ از شدت نور از دست می‌رود.

مادهٔ سازندهٔ دیگر برای شیشه، شیشه‌های بازیافت شده است. این شیشه‌ها در مواد خام و انرژی صرفه جویی می‌کنند اما ناخالصی‌های موجود در آن‌ها می‌تواند باعث ضعف محصول شود. عامل‌هایی مانند سدیم سولفات، سدیم کلرید یا تری اکسید آنتیموان به شیشه افزوده می‌شوند تا شمار حباب‌های هوای موجود را کم کنند.[۵]

 

ویژگی‌های فیزیکی

 

ویژگی‌های نوری

مهم ترین دلیل تولید شیشه ویژگی شفاف بودن آن در برابر طول موج‌های مرئی است نقطهٔ مقابل شیشه مواد چندبلوری است که نور مرئی را از خود عبور نمی‌دهند.[۱۰] سطح شیشه معمولاً هموار است چون هنگام تشکیل، مولکول‌های بسیار سرد شدهٔ مایع دیگر مجبور نیستند هندسهٔ بلورهای سخت را به خود بگیرند بلکه نیروی کشش سطحی باعث شکل گرفتن آن‌ها می‌شود و به صورت میکروسکوپی سطحی هموار بدست می‌آید. این ویژگی‌ها باعث شفافیت و درخشندگی شیشه می‌شود و حتی در شیشه‌های رنگی (که نور را جذب می‌کنند) هم قابل مشاهده است.

شیشه این توان را دارد تا نور را بشکند، آن را بازتاب کند و بدون اینکه نور دچار پراکندگی شود برپایهٔ نورشناسی هندسی آن را از خود بگذراند. این ویژگی‌ها در ساخت عدسی و پنجره مورد نیاز است. شیشه‌های معمولی ضریب شکستی نزدیک به ۱٫۵ دارند. بر پایهٔ معادله‌های فرسنل، بازتاب یک ورق شیشه در محیط معمولی و در هوا، نزدیک به ۴٪ در یکای سطح است و گذر نور از آن برای یک جزء (دو روی سطح) نزدیک به ۹۰٪ است. کاربرد دیگر شیشه در الکترونیک نوری است برای نمونه فیبر نوری.

 

دیگر ویژگی‌ها

در فرایند تولید شیشهٔ سیلیسی این امکان وجود دارد که آن را مذاب کرد، در قالب ریخت و دوباره از قالب بیرون آورد و از هندسهٔ صاف و ساده تا شکل‌های پیچیده به آن بخشید. محصول نهایی شکننده و آسیب پذیر خواهد بود مگر اینکه لایه لایه بر روی آن کارهای ویژه صورت گیرد. اما به هر حال ماندگاری شیشه در بیشتر شرایط بسیار بالا است، بسیار آهسته دچار خوردگی و فرسایش می‌شود و در برابر واکنش‌های آب و حمله‌های شیمیایی پایدار است به همین دلیل مناسب ترین گزینه برای نگهدارنده‌های مواد شیمیایی و خوراکی است.

تولید امروز

پس از آنکه مواد خام شیشه و درصد هر یک از آن‌ها بدست آمد، این مواد به کوره برده می‌شود. تولید انبوه شیشهٔ آهک سوددار از مذاب کردن مواد اولیه در کوره‌های گازی بدست می‌آید. کوره‌های کوچکتر مانند ذوب کننده‌های الکتریکی یا کوره‌های دیگ مانند هم وجود دارند که برای شیشه‌های ویژه بکار می‌رون پس از ذوب و یکدست کردن مخلوط و از بین بردن حباب‌های کوچک هوا، شیشه شکل می‌گیرد. شیشه‌های تخت در و پنجره و کاربردهای مانند آن از راه فرایندی به نام شیشهٔ شناور ساخته می‌شوند. این فرایند در سال‌های ۱۹۵۳ تا ۱۹۵۷ از سوی آلستر پیلکینگتن و کنث بیکرستف ارائه شد. آن‌ها شیشه را در یک حمام قلع مذاب به صورت لوله‌ای و پیوسته دور خود می‌پیچیدند و شیشه در این حمام شناور بود و از بالا برای اینکه سطح همواری بر رویش تشکلیل شود آن را در برابر فشار نیتروژن قرار می‌دادند.بطری‌ها و ظرف‌های شیشه‌ای معمول از راه دمیدن و فشار بدست می‌آیند. البته علاوه بر این روش‌ها، راه‌های دیگری هم برای تولید شیشه وجود دارد.

پس از آنکه شیشه شکل دلخواه را به خود گرفت آن را به آرامی سرد می‌کنند تا تنش‌های حرارتی موجود از بین برود. ترمیم سطح، لایه لایه کردن و پوشاندن سطح شیشه با یک مادهٔ ویژه همه از فرایندهای شیمیایی است که در ادامهٔ ساخت شیشه قرار دارد این فرایندها برای بالا بردن پایداری و مقاومت شیشه (مانند شیشهٔ ضد گلوله) و یا دادن برخی ویژگی‌های نوری به آن (مانند شیشه ضد انعکاس) دنبال می‌شوند.

رنگ

با افزودن برخی یون‌های الکتریکی که به صورت یکنواخت در شیشه پراکنده می‌شوند و یا با پراکنده کردن دانه‌های بسیار ریز در شیشه (مانند شیشهٔ فتوکرومیک) می‌توان شیشه‌های رنگی بدست آورد.[۱۴] شیشهٔ آهک سوددار اگر نازک باشد در چشم معمولی بی‌رنگ به نظر می‌آید. افزودن اندکی ناخالصی اکسید آهن (II) تا ۰٫۱ درصد وزنی،[۱۵] رنگ سبز کمرنگ به شیشه می‌دهد که در شیشه‌های ضخیم‌تر یا با کمک ابزارهای نوری این رنگ به خوبی دیده می‌شود. اما رنگ سبز پررنگ مانند بطری‌های سبز رنگ از افزودن اکسید آهن (II) و اکسید کروم (III) بدست می‌آید. گوگرد به همراه کربن و نمک‌های آهن، باعث بدست آمدن پُلی سولفید آهن و تولید شیشه‌های کهربایی با بازهٔ رنگ زرد تا نزدیک به سیاه می‌شود.[۱۶] اگر اندکی دی‌اکسید منگنز به شیشه‌ای که با آهن سبز شده است افزوده شود، رنگ سبز آن از میان می‌رود. این ویژگی‌ها در کارگاه‌های هنری بسیار کاربرد دارد برخی شیشه‌ها را به صورت رنگی خریداری می‌کنند و برخی خودشان به مواد خام رنگ اضافه می‌کنند.

پیشینه

نخستین شیشه‌ای که پدید آمده همان شیشه‌هایی بوده که در طبیعت بویژه در منطقه‌های آتشفشانی بوجود آمده است، شیشهٔ ابسیدین احتمالاً توسط مردمان دوران سنگی استفاده می شده و به دلیل محدودیت منابع آن و نیازی که به ابزارهای بُرنده وجود داشته، به گستردگی در سراسر جهان آن روزگار، داد و ستد می شده است. به هر روی، باستان شناسان بر این باورند که احتمالاً نخستین شیشه در ناحیهٔ ساحلی سوریهٔ امروز، میان‌رودان یا مصر باستان ساخته شده است. شیشه در حدود ۳۶۰۰ سال پیش از میلاد در مصر ساخته شده است.[۱۸] شیشه‌های کهن نور را از خود عبور نمی‌دادند وبه علت نا خالصی‌های موجود در آن‌ها، رنگی به نظر می‌رسیدند. کهن ترین شیشه‌ای که تا کنون پیدا شده، خرمُهره‌ای مربوط به نیمهٔ هزارهٔ سوم پیش از میلاد است و احتمالاً به صورت تصادفی در هنگام فلزکاری (سرباره) یا ساختن سفال، پدید آمده است.

شیشه به عنوان یک ابزار تجملاتی باقی‌ماند و فروپاشی‌ها و رویدادهایی که در پایان عصر برنز رخ داد باعث توقف گسترش شیشه شد. گسترش بومی روش‌های ساخت شیشه در آسیای جنوبی در حدود ۱۷۳۰ پیش از میلاد آغاز شد. در چین باستان ساخت شیشه نسبت به سرامیک و فلز احتمالاً آغاز دیرتری داشته. در امپراتوری روم، ابزارهای شیشه‌ای در منطقه‌های مسکونی، صنعتی و مراسم خاکسپاری پیدا شده است.

شیشه به صورت گسترده در قرون وسطی کاربرد داشته است. در کنده کاری‌های باستان شناسی که در سراسر انگلستان انجام شده بود هم در مناطق مسکونی و هم گورستان‌ها شیشه‌های آنگلوساکسون پیدا شده بود. در دوران آنگلوساکسون برای تولید مجموعه‌ای از وسایل زندگی مانند پنجره، ظرف آشپزخانه و حتی لوازم زینتی، شیشه بکار برده می‌شد. از سدهٔ ۱۰ اُم به این سو، شیشه به صورت رنگی برای پنجرهٔ کلیساهای معمولی و جامع مورد استفاده قرار می گیرفت. کلیسای سن-دنی و کلیسای جامع شارتر دو نمونهٔ شناخته شدهٔ این کاربرد است. تا سدهٔ ۱۴ ام میلادی معماران به استفاده از شیشه‌های رنگی برای ساختمان‌ها روی آوردند مانند بنای سن-شپل در پاریس (۱۲۰۳ تا ۱۲۴۸)با آغاز رنسانس و دگرگونی معماری کاربرد شیشه‌های رنگی بزرگ کم شد و کاربرد آن در خانه‌های مردمی بیشتر شد. با پیشرفت دانش و فن این شیشه‌ها ارزان تر شدند و کاربرد آن‌ها همگانی تر و البته امکان تولید ارزان آن‌ها در قالب‌های بزرگ فراهم شده بود. در سدهٔ ۱۹ ام میلادی و همراه با معماری گوتیک نوین، نگاه تازه‌ای به شیشه‌های رنگی شد.

در سدهٔ ۲۰ میلادی گونه‌های تازه‌ای از شیشه به صورت لایه لایه‌ای، مسلح (مقاوم‌سازی شده) و آجری به بازار آمد که کاربرد شیشه در ساختمان سازی را افزایش داد. ساختمان‌های چند طبقه بیشتر از دیوار پرده‌ای که تقریباً به تمامی از شیشه است، ساخته شده‌اند. در آغاز شیشه به دلیل نداشتن واکنش با آب و به عنوان ظرف کاربرد داشت اما در پایان سدهٔ میانی ویژگی‌های نوری آن بیشتر مورد توجه قرار گرفت و تولید عدسی، ابزارهای ستاره‌شناسی و پس از آن ابزارهای پزشکی و دانش، گسترش یافت.

در سدهٔ ۱۹ میلادی در روش‌های باستانی تولید شیشه، بویژه شیشه‌های نقش برجسته دگرگونی‌هایی پدید آمد. این تغییر روش برای نخستین بار از زمان امپراتوری روم پدید می‌آمد و بیشتر در طرح‌های نوکلاسیک دیده می‌شد. در جنبش هنر نو از این شیشه‌ها به فراوانی بهره برده شد. با گذشت زمان کم‌کم کارگاه‌های کوچک شیشه‌های هنری در همه جا دیده شد.

 

قدیمی‌ترین شیشه در ایران متعلق به هزاره دوم پیش از میلاد است. نمونه‌هایی از هزاره دوم تا مقارن میلاد مسیح شامل عطردان‌ها، النگوها، تندیس‌ها و کاسه‌ها و تنگ‌های متعدد به‌دست آمده‌است. در حفاری‌های چغازنبیل مربوط به دوره پیش از تاریخ، بطری‌هایی شیشه‌ای یافت شده‌است، که نشان از وفور شیشه در عیلام کهن دارد.

از تمدن مارلیک مهره‌های شیشه‌ای که عمر آنها به ۳۴۰۰ سال پیش می‌رسد، پیدا شده‌است. همچنین ظروف شیشه‌ای مایل به شیری در کاوش‌های لرستان به‌دست آمده‌است. از زمان هخامنشیان آثار شیشه‌ای چندانی در دست نیست. در آن دوره مهره‌های شیشه‌ای ایران در سراسر جهان قدیم معروف بوده که ظاهراً به رنگ سیاه و سفید بوده‌است.

هنرمندان ساسانی در تراش دادن شیشه مهارت مخصوصی داشته‌اند. شیشهٔ ساسانی در چین ارج بسیار داشته و به‌ویژه شیشه لاجوردی را گرانبها می‌شمردند. جام‌های پایه‌دار با نقش حلقه‌های برجسته از دوره اشکانیان و ساسانیان به‌جای مانده‌است.

ظروف شیشه‌ای دورهٔ اسلامی تحت تأثیر طرح‌های قبل از اسلام است. در دورهٔ سلجوقی و تا زمان هجوم مغول، افزارها و ظروف‌های بسیار زیبای شیشه‌ای از کوره‌های شیشه‌گری گرگان بیرون می‌آمد که به نازکی کاغذ و گاه مینایی و گاه تراشیده و کنده‌کاری شده‌است. روزگار سلجوقی اوج صنعت شیشه‌گری در ایران محسوب می‌شود. فراورده‌های شیشه‌ای این دوران بیشتر شامل ظروف کوچک و بزرگ، عطردان‌های بسیار ظریف، جام‌ها و گلدان‌هایی با فرم‌ها و اندازه‌های متنوع و اشیاء تزئینی کوچک به‌شکل حیوانات و ... است. در دورهٔ مغول رونق شیشه‌سازی از میان رفت و در عوض در این عهد سفالگری و کاشی‌کاری رونق یافت.

در دورهٔ تیمور رواج شیشه‌گری قابل توجه‌است. شیشه‌گرانی از مصر و سوریه به ایران آمدند و مشابه شیشه‌های ایرانی به مصر و سوریه رفت. در این دوره دو شهر سمرقند و شیراز از مراکز عمده شیشه‌سازی در ایران بودند. از این زمان به بعد این هنر روی به انحطاط نهاد تا زمان شاه عباس که با ساختن چراغ‌های مساجد و بطری‌ها این هنر دوباره زنده شد. شاه‌عباس شیشه‌گران ونیزی را برای احیای این صنعت به ایران آورد. در نتیجه شیشه‌گری در دوره صفوی رونق دوباره یافت. گاه شیشه را با دمیدن به درون قالب می‌ساختند و گاه شیشه را می‌تراشیدند تا به‌شکل جواهر در آید و یا نقوشی روی آن می‌کندند. و گاهی نیز شیشه را با نقوش درخشان، مینایی و طلایی می‌کردند. در این دوره کارگاه‌های شیشه‌سازی در شهرهای مختلف ایران از جمله اصفهان، شیراز و کاشان دایر شد.

در فاصلهٔ بین سلطنت سلسله صفویه و قاجاریه هنر و صنعت شیشه‌گری در ایران از لحاظ سیر تکاملی پیشرفتی نداشته‌است و تا اواخر سلسله قاجاریه و بعد از آن به‌تدریج ضعیف‌تر شده‌است. با ورود شیشه به قیمت ارزان‌تر و مرغوب‌تر به بازار ایران، کم‌کم این صنعت رو به انحطاط نهاد.

دیگر گونه‌های شیشه

نمونه‌های آزمایشگاهی

ترکیب‌های شیمیایی تازهٔ شیشه یا روش‌های تازهٔ ساخت در آغاز در حجم کم و در آزمایشگاه انجام می‌شوند. مواد خام بکار رفته در آزمایشگاه با آنچه در تولید انبوه استفاده می‌شود متفاوت است چون در آزمایشگاه، قیمت در درجهٔ نخست توجه نیست. در آزمایشگاه مواد خام بسیار حالص تر اند و باید توجه داشت تا مواد خام با رطوبت هوا یا مواد شیمیایی پیرامون وارد واکنش نشوند (مانند اکسید فلزهای قلیایی یا قلیایی خاکی).[۲۲] بخار شدن مواد در هنگام ذوب کردن شیشه هم باید در محاسبات گزیدن مواد خام در نظر گرفته شود. برای نمونه سلنیت سدیم چون دیرتر بخار می‌شود بر سلنیم دی‌اکسید ترجیح دارد. یا مواد خامی که سریع تر وارد واکنش می‌شوند از دیگرانی که آهسته تر واکنش می‌دهند مناسب تر اند، مانند آلومینیم هیدروکسید نسبت به آلومینا. بوتهٔ ذوب از جنس پلاتین است تا باعث آلودگی مواد سازندهٔ شیشه نشود و با آن‌ها وارد واکنش نگردد. یکنواختی شیشه از راه یکنواختی مخلوط مواد خام بدست می‌آید برای این کار باید مخلوط مذاب را پیوسته هم زد و با شکستن و دوباره ذوب کردن مخلوط به این هدف دست یافت. شیشهٔ بدست آمده را رها می‌کنند تا به آرامی سرد شود تا از شکستن چندبارهٔ آن در طول فرایند پیشگیری کنند.[۲۲][۲۳]

اگر شیشه از موادی ساخته شود که تمایلی به شکل دهی شیشه ندارند، از روش‌های پیشرفته تری برای سرد کردن شیشه بهره می‌برند تا به فرایند سرعت دهند. برای نمونه از روش معلق سازی استفاده می‌کنند در این روش هنگامی که شیشه در یک جریان گاز شناور است آن را سرد می‌کنند. در روش دیگر، شیشهٔ مذاب را میان دو سندان فلزی له می‌کنند (pressing) همچنین گاهی شیشهٔ مذاب را از میان غلطک رد می‌کنند.

شیشه گری برای ساختن شیشه‌های مسطح

قدیمی ترین طریقه ساخت شیشه‌های مسطح به روش ریخته گری می‌باشد. این روش در حدود ۴۰۰ سال پیش برای نخستین بار در فرانسه پیشنهاد گردید. شیشه مذاب را روی سینی‌های بزرگ لبه داری می‌ریزند که این سینی از جنس مس یا فولاد بوده و کف آن کاملاً مسطح می‌باشد. مواد مذاب را به وسیله غلطک پهن می‌کنند. در کناره‌های سینی لبه قابل تنظیمی دارد که آن را به ضخامت شیشه‌ای که می‌خواهند تهیه نمایند بالا و پایین می‌برند. غلطکی که عرض سینی را طی می‌نماید به این لبه‌ها متکی است با یک یا چند بار رفت و برگشت از عرض سینی به دو لبه آن ضخامت شیشه در تمام نقاط جام یکسان می‌شود. ناهمواری‌های جزئی را با سمباده و صیقل دادن اصلاح می‌کنند .

شیشه‌های شبکهٔ داده‌ها

برخی شیشه‌ها که به فراوانی تولید می‌شوند و البته شیشه‌های سیلیکاتی جزء آن‌ها نیست، دارای ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی ویژه‌ای اند که برای کاربرد آن‌ها در شبکه‌های ارتباطی مانند فیبر نوری و دیگر روش‌های ذخیرهٔ داده مناسب است. از آن جمله می‌توان به شیشه‌های فلوئوریدی، آلومینوسیلیکاتی، فسفاتی، بُراتی و کالکوژنی اشاره کرد.

سه دسته مادهٔ سازنده برای شیشه‌های اکسیدی وجود دارد: سازنده‌های شبکه، مواد میانی و اصلاح کننده‌ها. سازنده‌های شبکه (سیلیس، بور، ژرمانیم) می‌توانند شبکه‌ای از پیوندهای شیمیایی که همگی به هم مرتبط اند را درست کند. مواد میانی (تیتانیم، آلومینیم، زیرکونیم، بریلیم، منیزیم، روی) بسته به ترکیب شیشه می‌توانند هم به عنوان سازندهٔ شبکه و هم به عنوان اصلاح کننده رفتار کنند. اصلاح کننده‌ها (کلسیم، سرب، لیتیم، سدیم، پتاسیم) به عنوان اصلاح کننده ساختار شبکه رفتار می‌کنند. آن‌ها معمولاً به صورت یون ارائه می‌شوند و جاهایی که پیوند اکسیژن با اتم برقرار نشده را با پیوند کوالانسی جبران می‌کنند و ارتباط را برقرار می‌کنند. آن‌ها یک بار منفی نگه می‌دارند تا با بار مثبت یون همسایه خنثی شود. برخی عنصرها می‌توانند چندین نقش داشته باشند برای نمونه سرب هم می‌توانند سازندهٔ شبکه باشد (Pb۴+ بجای Si۴+) و هم اصلاح کننده.

ساختار

رفتار شیشه‌های باستانی

مشاهدهٔ پنجره‌های کهن نشان داده است که گاهی شیشه‌های آن‌ها در پایین ضخیم‌تر و در بالا نازک تر اند. در ابتدا گمان بر این بود که شیشه حالت مایع دارد و با گذشت چند سده، شیشهٔ تخت و یکنواخت کم‌کم به سمت پایین جریان پیدا می‌کند درنتیجه بخش‌های پایینی ضخیم‌تر دیده می‌شود. این برداشت کاملاً نادرست است چون هرگاه یک بار شیشه سخت شود دیگر جریان پیدا نمی‌کند. دلیل وجود چنین پدیده‌ای این است که در گذشته شیشه را با روش دمیدن می‌ساختند در این روش آن‌ها شیشهٔ مذاب را به صورت یک دایرهٔ تقریباً تخت (دیسک) در می‌آوردند سپس آن را بر اساس اندازهٔ چارچوب پنجره می‌بریدند. بخش‌های بریده شده کاملاً یکنواخت نبود و گاهی در لبه‌های دیسک ضخامت فرق می‌کرد در هنگام نصب هم آن‌ها تلاش می‌کردند بخش ضخیم‌تر را در پایین بیندازند تا پایه‌های شیشه پایدارتر باشند و البته از ورود آب به درون ساختمان جلوگیری کنند.[۲۶] اگر گاهی دیده شده که پایین شیشه نازک تر از بالای آن است می‌تواند به دلیل بی دقتی در نصب باشد.[۲۷]

در آغاز سدهٔ ۲۰ میلادی هم پدیدهٔ همانندی، در شیشه‌ها دیده می‌شد؛ دلیل این پدیده این بود که آن‌ها شیشه را بر روی یک میز بزرگ سردکننده می‌ریختند و اجازه می‌دادند تا در سطح میز گسترش یابد درنتیجهٔ این کار، مرکز یا محل ریختن شیشه ضخیم‌تر از دیگر بخش‌های شیشه می‌شد. سپس این شیشهٔ بزرگ تخت را به اندازهٔ دلخواه می‌بریدند. روشی که امروزه برای ساخت شیشه در پیش گرفته شده است روش شیشهٔ شناور است که در آن شیشه کاملاً یکنواخت است.

استفاده از شیشه در نمای ساختمان

گونه‌های کاربردی

  • شیشه‌های رنگی : این شیشه‌ها در مقایسه با شیشه‌های معمولی بخش اعظمی از نور را جذب و بخش کمتر را از خود عبور می‌دهند.
  • شیشه‌های بازتابنده : این شیشه‌ها بخش بیشتری از طیف‌های مختلف نور را بازتاب می‌دهند و در کنترل ورود و خروج نور و انرژی تاثیر می‌گذارند. در انتخاب شیشه رفلکس باید به محدودیت‌های آن از جمله آیینه‌ای بودن آن در شب از سمت داخل نیز توجه نمود.
  • شیشه‌های Low-e: این شیشه‌ها پرتوهای گرمازای مادون قرمز را بازتاب داده اما نورمرئی را از خود عبور می‌دهند. در مناطق گرمسیر انتخاب این نوع شیشه موجب جلوگیری از اتلاف انرژی حرارتی داخل ساختمان به بیرون می‌گردد.
  • شیشه‌های Laminate: این نوع شیشه مانع عبور ۹۹٪ از پرتوهای ماوراء بنفش شده و همزمان نورمرئی و مادون قرمز را از خود عبور می‌دهند .

اجرا

مهمترین نیاز عملکردی در نمای شیشه‌ای، ایمنی است که به عنوان موضوعی مهم در شیشه کاری در ارتفاع بالاتر از قد انسان مطرح است. در این باره دو عامل مطرح است:

  • انتخاب نوع شیشه کاری و خصوصیات آن
  • نوع طراحی سیستم نگهدارنده

کاربری

کاربردهای دیداری

سقف، سایبان و نمای شیشه‌ای باید پاسخگوی نیازهای کاربری زیادی باشد. از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • استفاده حداکثری از نور روز
  • دید به داخل و دید به خارج
  • نما

کاربری گرمایشی

  • جلوگیری از هدررفت گرما
  • جذب گرما
  • ایجاد تعادل گرمایی

کاربری مکانیکی

  • عمر مفید بالا
  • استحکام کافی
  • تحمل تنش‌های گرمایی

دیگر کاربری‌ها

  • پایداری در برابر آتش
  • عایق صدا