چگونه خمیر شیشه ای را به شکل‌ های مختلف در می آورند؟

ستاره | سرویس محتوای کمک درسی – در این مقاله قصد داریم مراحل و روش ساخت شیشه و تغییر شکل خمیر شیشه را به بحث بگذاریم. پس اجازه بدهید برای شروع کار به سراغ تعدادی از مواد مورد نیاز برویم. باید پرسید که قبل از شروع شیشه گری به چه ماده‌ای نیاز دارید؟ البته که پاسخ ساده است، شیشه. اغلب شیشه‌هایی که هر روز با آن‌ها برخورد می‌کنید نوعی از شیشه اکسید هستند.

ترکیب اصلی این شیشه‌ها، سیلیکا (سیلیس) است. سیلیکا (یا دی اکسید سیلیکون) معمولاً به نام “خمیر شیشه” (ماسه) شناخته می‌شود. البته شیشه گر‌ها سطل به دست به طرف سواحل راه نمی‌افتند، بلکه خمیر شیشه هم مانند سایر خمیر‌ها با ناخالصی‌ها و آلودگی‌هایی آمیخته است. نواحی خاصی در گوشه و کنار جهان وجود دارند که شیشه گر‌ها می‌توانند منابع خمیر شیشه باکیفیت را در آنجا به چنگ آورند.

 

 

شیشه گر‌ها برای ساخت شیشه تنها از خمیر شیشه استفاده نمی‌کنند (نقطه ذوب این ماده واقعاً بسیار بالاست و وقتی هم که ذوب می‌شود، بسیار چسبناک است)؛ بنابراین باید مواد دیگری را به ترکیب خمیر شیشه اضافه کرد تا بتوان فرآیند تولید را تسهیل کرد. این مواد احتمالاً شامل فلزات و اکسید‌های فلزی مختلفی از قبیل آلومینا، مگنزیا، اکسید بورون و اکسید سرب می‌شوند. البته کاربرد این مواد به خواصی که برای محصول پایانی در نظر گرفته اید، وابسته است.

در اینجا اجازه بدهید یکی از دستور العمل‌های ساده ساخت یک شیشه معمول به نام شیشه سدیمی کلسیمی را مختصراً بررسی کنیم. شیشه سدیمی کلسیمی در محصولاتی مانند لامپ‌های مهتابی، بطری‌ها، فایبرگلاس‌ها، شیشه‌های پنجره‌ها و بسیاری از دیگر محصولات کاربرد دارد. مواد تشکیل دهنده این شیشه عبارتند از ۷۲ درصد سیلیکا (خمیر شیشه)، ۱۵ درصد دی اکسید سدیم و ۹ درصد اکسید کلسیم. البته باید در نظر داشته باشید که مقادیر گفته شده و همچنین ۴ درصد عناصر باقیمانده بسته به خواصی که برای محصول نهایی در نظر گرفته شده، متغیر خواهد بود.

در دستور العمل شیشه گری، دی اکسید سدیم و اکسید کلسیم مواد افزودنی کلیدی تولید شیشه محسوب می‌شوند. آن‌ها نمونه‌های آنچه که به نام گداز‌ها می‌شناسید، هستند. فواید این مواد به این قرار است که، (۱) نقطه ذوب را پایین می‌آورند، (۲) ویسکوزیته (نرخ چسبناکی) ترکیب شیشه را افزایش می‌دهند و همچنین (۳) آن را قویتر و پایدارتر می‌سازند. دیگر گداز‌ها شامل آلومینا (که شیشه را بادوامتر می‌کند) و اکسید زینک (که در حالی که همزمان مولکول‌های شیشه را از کریستالیزه شدن (تغییر از حالت جامد شیشه‌ای به حالت بلورین) حفظ می‌کند، می‌تواند درخشندگی آن را نیز بهبود بخشد) می‌شود. اکسید باریم نیز موجب کاهش کریستالیزه شدن و پایین آمدن نقطه جوش می‌شود. افزودن لیتیم نیز از سویی انعطاف پذیری شیشه را بالا می‌برد، و از سوی دیگر نقطه جوش خمیر شیشه و ویسکوزیته آن را پایین می‌آورد.

هرچند تعداد کثیری از محصولات ساخته شده از شیشه، بی رنگ و روشن هستند، اما تعداد فراوان دیگری نیز محصولاتی رنگین و به شدت رنگارنگ هستند. رنگ این محصولات به این صورت پدید می‌آید که در جریان فرآیند شیشه گری، اکسید‌های فلزی مختلف، که می‌توانند شفاف یا کدر باشند، به خمیر شیشه اضافه می‌شوند. برای مثال، اگر مقدار اندکی کبالت را به گداز خمیر شیشه خود اضافه کنید، آبی پررنگ را خواهید داشت. اما در صورت اضافه کردن تکه‌ای کرومینیم رنگ سبز زمردی را به دست خواهید آورد. هرچند اضافه کردن اندکی طلا نیز رنگ قرمز یاقوتی زیبایی را پدید می‌آورد، اما این ماده تا حدی خدعه آمیز است و باید آن را به شکل کلرید به خمیر شیشه اضافه کنید. افزودنی‌های دیگری مانند نقره، مس و منگنز نیز رنگ‌های مختلف دیگری را پدید می‌آورند.

 

در مورد نقره باید گفت که رنگ احتمالی منوط به چگونگی افزودن نقره به گداز خمیر شیشه است. اما در مورد مس قضیه به گونه دیگری است: در این حالت شما احتمال داشتن رنگ‌های متنوعی را خواهید داشت، چون دیگر فلزات موجود در ترکیب خمیر شیشه و حتی عوامل غیر قابل پیشبینی دیگری مانند شرایط محیطی اتاق ذوب می‌توانند به سادگی رنگ را تغییر دهند.

شروع کار تا اندازه‌ای چالش برانگیز به نظر می‌رسد، مگر نه؟ اما اکنون درک بهتری از مواد مورد نیاز شیشه گری کسب کرده اید. بنابراین، برای روشن کردن کوره و تماشای چگونگی انجام فرآیند آماده شده اید. ادامه مقاله را مطالعه کنید تا روش تبدیل خمیر شیشه به شیشه جامد را یاد بگیرید.

وسایلی که در کارگاه شیشه‌گری به کار می‌رود

۱. بوری (میله دم): لوله توخالی و فولادی به طول ۱۲۰ تا ۱۵۰ سانتی متر و قطر ۵/۱ تا ۲ سانتی متر است که برای برداشتن شیشه مذاب از داخل کوره به کار می‌رود.
۲. سنگ کار: از جنس سنگ یا فلز بری گرم کردن مواد روی میله دم استفاده می‌شود.
۳. دستگاه آب: حوضچه فلزی مکعب مستطیل که دارای آب است.
۴. .قاشق چوبی: به صورت ملاته گیر که همیشه خیس است و نقش قالب را دارد.

 

فنون شیشه گری

در این مرحله مخلوط خمیر شیشه آماده شده و آن را برای رفتن به داخل کوره حاضر کرده اند. اگر به گوشه و کنار کارگاه شیشه گری نگاهی گذرا بیاندازید، حتماً تعدادی از ابزار‌ها و امکاناتی را که به زودی به کار می‌گیرید، مشاهده خواهید کرد.

در نگاه نخست کوره اولیه را می‌بینید. یک دیگ (گاهی اوقات هم “بوته شیشه گری” نامیده می‌شود) درون این کوره وجود دارد. کوره در فرآیندی به نام “بار کردن” با مقدار فراوانی از ترکیب خمیر شیشه پر می‌شود. نقطه ذوب این مواد دمای بیش از ۲۰۰۰ درجه فارنهایت (حدود ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) است.

در حالی که می‌توانید شیشه گری را به صورت انفرادی انجام دهید، اما این فرآیند به حدی چالش برانگیز است که معمولاً به صورت تیمی انجام می‌شود. وقتی که کار‌ها به صورت عملی شروع شد، شیشه گر راهنما، یا سر شیشه گر، دست خود را به نیچه می‌رساند. نیچه معمولاً از آهن یا فولاد ساخته شده و طول آن حدود ۴ پا (۲/۱ متر) است. سر شیشه گر نیچه را به عمق کوره فرستاده و در پایان کار آن را با مقدار زیادی شیشه ذوب شده بیرون می‌آورد. پس از تأمین شیشه، سر دیگر نیچه در یک بشکه آب، سرد می‌شود.

 

 

وقتی که سرشیشه گر حاضر شد، در لوله می‌دمد و ساخت یک لامپ در حال رشد شیشه‌ای را آغاز می‌کند. هر زمانی که عمل دمیدن متوقف شود، سر لوله را با کلاهک می‌پوشانند تا هوای گرم در شیشه بماند و به حفظ شکل آن کمک کند. لایه‌های بیشتری از شیشه را می‌توان جمع کرده و همراه با آهن جمع شده یا فرو کردن مجدد شیشه متصل شده به نیچه، به آن اضافه کرد.

شیشه گر‌ها برای غلت دادن و شکل دهی خمیر شیشه معمولاً از یک سطح بزرگ و هموار به نام “مارور” استفاده می‌کنند. چند ابزار دیگر هم در حین کار کردن روی خمیر شیشه به کار گرفته می‌شوند. “بلوک” ابزار شکل دهی چوبی خیس است و ابزار تیغه دار “جک” خوانده می‌شود. عموماً “سپر‌های حرارتی” و “بیلچه ها” را برای محافظت از دستگاه دمنده در برابر حرارت شدید به کار می‌گیرند. بیلچه‌ها هم به عنوان ابزار‌های صاف کردن خمیر شیشه گرم کاربرد دارند. “انبرک ها” ابزار دیگری هستند که برای گرفتن و دستکاری کردن قطعه‌های شیشه گرم مفید هستند.

 

 

در طول فعالیت دستگاه دمنده، “پاریسون” (یا شیشه‌ای که تا اندازه‌ای در آن دمیده اند) به اطراف می‌چرخد و معمولاً با استفاده از فلز میله‌ای کوچکتری به نام “پانتی”، قطعه‌های ریز شیشه به آن اضافه می‌شوند. می‌توان شیشه افزودنی را به روش‌های مختلفی به هم متصل کرد. برای مثال، می‌توان آن را با گرما یا چسب روی یکدیگر قرار داد، می‌توان همانطور که شیشه در حال چرخش است، رشته‌ها و بسته‌ها را در الگو‌های تزئینی قرار داد، و یا اینکه خرده ریز‌ها را در آن ذوب کرد. در حالی که تمام کشیدن‌ها و شکل دهی‌ها در حال انجام هستند، یک میله فلزی به نام “پونتیل” به پایه شیشه ورم کرده متصل می‌شود. به این ترتیب آن را در حین شکل گیری دهانه پایانی نگه می‌دارد. پایه پونتیل معمولاً زمین است.

در حالی دستگاه دمنده در خمیر شیشه می‌دمد، اما قبل از پایان کامل آن، شیشه معمولاً تا نقطه‌ای که دیگر نمی‌توان عملی روی خمیر شیشه انجام داد، سرد می‌شود. در این مرحله “گودال جلال” وارد عمل می‌شود. دومین کوره در وضعیت سه کوره‌ای امروزی، گودال جلال نام دارد. این کوره معمولاً یک استوانه عایق بندی شده و گرد است و شیشه نسبتاً شکل گرفته را می‌توان به صورت معلق از سر میله چرخان نگه داشت. این میله تا هنگامی که در تداوم فرآیند به اندازه کافی گرم می‌شود، روی پایه‌های فلزی به نام “دوشاخه‌های استقرار” قرار می‌گیرد.

هرچند با ذوب شدن آخرین تکه ممکن است چنین به نظر برسد که کار ساخت یک قطعه شیشه خاتمه یافته است، اما هنوز باید یک اقدام حیاتی ضروری دیگر را انجام داد. در بخش بعدی درباره این اقدام صحبت خواهیم کرد.

 

کوره نهایی؛ فرا رسیدن زمان سرد شدن

وقتی یک قطعه شیشه کامل شد، باید برای سرد کردن آن از یک “انیلر” استفاده کنید. کوره سوم از مجموعه کوره‌های امروزی، انیلر است که وظیفه بسیار مهمی را در فرآیند تغییر شکل خمیر شیشه به عهده دارد. اهمیت انیلر ریشه در این واقعیت دارد که شیشه یک جامد بی نظیر است.

همانطور که شیشه سرد می‌شود احتمال کریستالیزه شدن آن به صورت طبیعی وجود دارد. اما این پدیده خوبی نیست، چون بدین معنی است که شیشه خواصی که آن را به ماده‌ای بسیار مفید و ویژه تبدیل می‌کنند، از دست داده است. هدف عبارت است از سرد کردن شیشه و حفظ ساختار مولکولی پراکنده، اما سفت و سخت آن. وقتی این امر به واقعیت تبدیل شود، شیشه منقبض شده و تا هنگام تبدیل به شیشه جامد، ویسکوزیته خود را بیش از پیش از دست می‌دهد.

 

 

بنابراین، جهت تسهیل انجام این فرآیند روی شیشه‌ای که به تازگی از دستگاه دمنده دور شده، از یک انیلر برای کنترل نرخ سرد شدن استفاده می‌کنند. در غیر این صورت، ممکن است شیشه دچار شوک حرارتی شده و ثبات خود را از دست بدهد. یک پیرومتر (آلتی که قادر به اندازه گیری گرمای زیاد است) به دقت دما را در طول فرآیند سرد شدن اندازه گیری می‌کند، در حالی که شیشه به تدریج به نقطه پایینتر از فرونشانی رسیده و به دقت در جریان یک دوره زمانی گسترده خنک می‌شود. به این صورت از ایجاد هرگونه آسیب یا کشیدگی داخلی در شیشه رهایی می‌یابیم و احتمال شکستن خط کاهش می‌یابد. اندازه و ابعاد قطعه شیشه بر زمان مورد نیاز و نرخ سرد شدن تأثیرگذار است.

معمولاً قطعه شیشه تقریباً تمام شده را به کارگاه خنک سازی می‌برند. در این کارگاه شیشه را آماده می‌کنند، جلا می‌دهند، قلم زنی می‌کنند، لعاب می‌زنند و …. قلم زنی و تراشیدن شیشه تنها اندکی از روش‌های فراوان هستند که شیشه گران می‌توانند استادی خود را در هنر ساخت شیشه‌ها نمایش دهند.

 

 

شیشه ورم کرده یک فعالیت چالش برانگیز است و مخاطرات فراوانی در آن وجود دارند. اگر شیشه به درستی عمل نکند، احتمال ترک برداشتن و انفجار آن وجود خواهد داشت – البته در اینجا نباید سوختگی‌ها را فراموش کنید. علاوه بر این، عناصر فراوانی از خمیر شیشه هم سمی هستند و اگر در هوا جریان یابند می‌توانند مشکلات تنفسی اضافی را به وجود می‌آورند. جهت مقابله با این خطرات، شیشه گر‌ها باید از  لباس‌های محافظ، عینک‌های ایمنی، دهان بند طبی و محافظ صورت بهره ببرند تا در مقابل آسیب‌ها و انفجار‌ها (و همچنین گرمای وحشتناکی که از کوره بیرون می‌آید) در امان باشند.

امروزه شیشه گری تنها روش معمول کار روی شیشه‌ها نیست. دیگر اشکال تولید دستی شیشه شامل چراغ گری (که از چراغ جوشکاری برای ذوب و کار کردن روی شیشه استفاده می‌کنند)، شیشه بری (که در همان ردیف یخ بری قرار دارد) و ریخته گری شیشه‌ای (که در آن شیشه ذوب شده را روی یک قاب می‌ریزند) می‌شود.