يُعرف الزجاج بهشاشته بالإضافة إلى الصلابة التي تجعله نموذجياً لمادة صلبة، في الوقت نفسه يمكن وصفه بأنه سائل بسبب طبيعته السائلة إلى حد ما، ولكن من الناحية العلمية الزجاج هو ما يسمى بالصلب غير المتبلور (حالة بين حالتين من المادة)، ومن حيث الموصلية فالزجاج غير موصل للحرارة ولا للكهرباء؛ لأنه ليس له تفاعل مع المركبات الكيميائية المعروفة.
ما هو الزجاج؟
الزجاج مادة صلبة غير عضوية عادة ما تكون شفافة أو شبه شفافة وكذلك صلبة وهشة وغير منفذة للعناصر الطبيعية، لقد تم تصنيع الزجاج في أشياء عملية وزخرفية منذ العصور القديمة ولا يزال مهماً جداً في التطبيقات المختلفة مثل تشييد المباني والأدوات المنزلية والاتصالات السلكية واللاسلكية، يتم تصنيعه عن طريق تبريد المكونات المنصهرة مثل رمال السيليكا بسرعة كافية لمنع تكوين البلورات المرئية.
صُنع الزجاج لأول مرة في العالم القديم، ولكن أصوله الأولى غامضة، الخرز الزجاجي المصري هو أقدم قطع زجاجية معروفة ويعود تاريخها إلى حوالي 2500 قبل الميلاد، في وقت لاحق من الحضارة المصرية تم صنع نوع من الزجاج يتميز بأنماط ريشية أو متعرجة من الخيوط الملونة على سطح الإناء الزجاجي، نشأت الأصول الحقيقية للزجاج الحديث في الإسكندرية خلال العصر البطلمي، وبعد ذلك في روما القديمة، أتقن الحرفيون السكندريون تقنية معروفة باسم زجاج الفسيفساء، حيث تم قطع شرائح من قصب الزجاج بألوان مختلفة لعمل أنماط زخرفية مختلفة.
تختلف أنواع الزجاج اختلافاً كبيراً في التركيب الكيميائي والصفات الفيزيائية، مع ذلك فإن معظم الأصناف لها بعض الصفات المشتركة، حيث يمر الزجاج بمرحلة لزجة في التبريد مع حالة السيولة ويطورون تأثيرات اللون عندما يتم دمج مخاليط الزجاج مع أكاسيد معدنية معينة، ويتم كسر معظم أنواع الزجاج بسهولة عندما تتعرض للصدمة، وهي تتأثر بشكل طفيف بالمذيبات العادية، لكن يتم مهاجمتها بسهولة بواسطة حمض الهيدروفلوريك.
العوامل المستخدمة لتلوين الزجاج بشكل عام هي الأكاسيد، قد ينتج نفس الأكسيد ألواناً مختلفة بمخاليط زجاجية مختلفة، وقد تنتج أكاسيد مختلفة من نفس المعدن ألواناً مختلفة، لون الكوبالت البنفسجي والأزرق والأخضر الكروم أو الأصفر للكروم واللون الكناري مزدوج اللون لليورانيوم والبنفسجي للمنغنيز كلها ثابتة، ينتج أكسيد الحديدوز لون أخضر أو أزرق باهت حسب الزجاج الذي يخلط به، كما يعطي أكسيد الحديديك لوناً أصفر، ولكنه يتطلب عامل مؤكسد لمنع الاختزال إلى الحالة الحديدية، أيضاً يعطي السيلينيت والسيلينات لوناً وردياً باهتاً أو أصفراً وردياً.
كيف يتم تصنيع الزجاج؟
خلط المواد الخام:
يتم وزن المكونات الرئيسية المكونة من رمل السيليكا وأكسيد الكالسيوم والصودا والمغنيسيوم وخلطها في دفعات يضاف إليها الزجاج المعاد تدويره (كسارة الزجاج)، يتم اختبار المواد وتخزينها لخلطها لاحقاً تحت تحكم محوسب، الوضوح الفائق الذي يوفره الزجاج الشفاف هو نتيجة للنقاء في المواد الخام والدقة في التركيب والالتزام الصارم بمعايير الجودة العالية في عملية التصنيع، تمتلك الشركة المصنعة للزجاج مصنعاً مخصصاً لإثراء الرمال، حيث يتم تنقية رمال السيليكا (لاستخدامها في التصنيع) وإزالة محتوى الحديد الزائد من المواد.
صهر المواد الخام في الفرن:
تنتقل المواد الخام المجمعة من صومعة الخلط إلى فرن خماسي الغرف ليتم صهرها، حيث تصل درجات الحرارة في الفرن إلى 1600 درجة مئوية.
سحب الزجاج المنصهر على القصدير:
بعد عملية الصهر يطفو الزجاج المصهور على القصدير المنصهر عند درجة حرارة حوالي 1000 درجة مئوية ويشكل شريطاً يتراوح عادة بين 5 و6 ملم، من خلال سحب الزجاج بشكل مناسب من خلال عملية معقدة تتضمن آلات لفافة علوية يمكن تحقيق سماكة الشريط في حدود 1.9 مم إلى 19 مم، كما أن الزجاج شديد اللزوجة والقصدير شديد السيولة لا يختلطان وسطح التلامس بين هاتين المادتين مسطح تماماً، ممّا يعطي المصطلح زجاج مسطح للمنتج النهائي.
تبريد الزجاج المصهور في فرن التلدين:
عند مغادرة حوض القصدير المصهور يبرد الزجاج الذي تبلغ درجة حرارته 600 درجة مئوية، أصبح الزجاج الآن صلباً بدرجة كافية لتمريره فوق البكرات وهو صلب، ممّا يؤدي إلى تعديل الضغوط الداخلية ويتيح عمليات القص والعمل بطريقة يمكن التنبؤ بها ويضمن استواء الزجاج، نظراً لأن كلا السطحين تم تشطيبهما بالحرارة فلا يحتاجان إلى طحن أو تلميع، بعد التبريد يخضع الزجاج لفحوصات جودة صارمة، يتم بعد ذلك تقطيعها إلى صفائح بأحجام مختلفة تصل إلى 6000 مم × 3660 مم كحد أقصى والتي بدورها يتم تكديسها وتخزينها تلقائياً وجاهزة للنقل.
