פתיחת התפריט הראשי

שינויים

הוסרו 195 בתים ,  לפני שנתיים
מ
ויקיזציה, הגהה
'''זכוכית''' בצורתה הטהורה היא [[חומר]] [[שקיפות (אופטיקה)|שקוף]], חזק באופן יחסי, עמיד לשחיקה ועמיד בדרך כלל מבחינה [[כימיה|כימית]] ו[[ביולוגיה|ביולוגית]]. הזכוכית העתיקה הייתה [[מסיסות|מסיסה]] (תהליך איטי). ניתן ליצור זכוכית ממגוון רחב של חומרים, אולם רק מספר מצומצם של חומרים אכן נמצא בשימוש.
 
חומר זכוכיתי הוא [[אמורפיות|מוצק אמורפי]] אחיד, המיוצר על-פי רוב על ידי [[קירור]] ({{הערה|לעתים נדרש קירור מהיר מאוד ובחלק של המקרים הואולעתים יחסית יותר אטי. בכל אופן אין לקרר את החומר איטיתבאופן אטי מדי כי אז עלול להיווצר מבנה גבישי)}} של חומר [[צמיגות|צמיגי]], כך שלשריג ה[[גביש]]י אין די זמן להיווצר. חומריםלחומרים אלו מאופיינים על ידייש [[טמפרטורה]] אופיינית למעברם ממצב צמיגי ([[גומי]]) למצב זכוכיתי ומכונה "[[מעבר זכוכיתי]]" ומסומנת בספרות על ידי Tg.
 
את הזכוכית ניתן לעצב בקלות רבה לגופים בעלי [[שטח פנים]] חלק ובלתי חדיר. תכונות אלו הופכות את הזכוכית לחומר בעל מגוון רחב של שימושים. עם זאת, הזכוכית שבירה למדי ועשויהועלולה להתנפץ לרסיסים חדים. תכונותיה השונות של הזכוכית עשויות להשתנות על ידי הוספת מרכיבים שונים או טיפול בחום.
 
==היסטוריה==
[[קובץ:Samuel and Saidye Bronfman Archaeology WingDSCN5115.JPG|250px|ממוזער|שמאל|פך מזכוכית עשוי בניפוח ועליו כתובת יוונית "אניון עשה אותו". מירושלים מתוארך למאה הראשונה לספירה, [[מוזיאון ישראל]]]]
זכוכית גולמית מתקבלת כתוצאה מחימום רכיבי התערובת בכור היתוך. את הזכוכית הגולמית בדרך כלל מייצרים מחול SiO<sub>2</sub>, סודה Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>, וסיד CaO.
את כל הרכיבים מערבבים במיכל ערבוב מיוחד ומחממים לטמפרטורה של 10001,000°C ומתרחשת הריאקציה הבאה:
 
Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> + 2SiO<sub>2</sub> + CaO → Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> + CaSiO<sub>3</sub> + CO<sub>2</sub>
 
==שימושים בתעשייה ==
לזכוכיות העשויות מתרכובות יוצרות רשת, יש שימושים מוגבלים. למשל, תחמוצת של [[בור (יסוד)|בור]] טהור (B2O3(Tg~4500C לא עמידה למים. זכוכית המכילה תחמוצת [[צורן]] SiO2 אשר שימושית בגלל עמידות כימית גם בטמפרטורות גבוהות במיוחד (עד 17501,750°C), בעלת התנגדות לשינוי טמפרטורות ([[thermal shoc]]). זכוכית זאת מוכרחה להיות מעובדת בטמפרטורות שמעל 15001,500°C. רוב סוגי הזכוכית השימושיים מכילים תוספים אשר מורידות את טמפרטורת העיבוד ומאפשרות קבלת תכונות רצויות ליישום. זכוכית לתעשייה מכילה לפחות חמש תחמוצות, לדוגמה זכוכית אופטית, מכילה יותר מעשר תחמוצות.
 
זכוכית לתעשייה מכילה לפחות חמש תחמוצות, לדוגמה זכוכית אופטית, מכילה יותר מעשר תחמוצות.{{ש}}
===זכוכית סודה-ליים (Soda-lime)===
זוהי משפחת ההרכבים הנפוצה ביותר ומשמשת בין היתר לחלונות ועיצוב הבית וכן לבקבוקים. מכילה 8 סוגי תחמוצות, ביניהם- סיליקה (72.5%), אלומינה (1.5%), סידן חמצני (7.5%), נתרן חמצני (14.5%), מגנזיום חמצני (3.77%), תחמוצת ברזל (0.1%) ותחמוצת אשלגן (0.7%). הרכב התוספים בזכוכית, וסוגי התוספים מאפשר קבלת זכוכיות שונות עם תכונות מכניות, אופטיות שונות המתאימות למגוון שימושים.
הרכב התוספים בזכוכית, וסוגי התוספים מאפשר קבלת זכוכיות שונות עם תכונות מכניות, אופטיות שונות המתאימות למגוון שימושים.
 
==הוספת תרכובות יוניות ותחמוצות לזכוכית==
ישנם יוני חמצן אשר פועלים כגשרים בין יחידות הטטראדרים הנקראים bonding-oxygen. וישנם גם יוני חמצן שאינם משתתפים ביצירת מבנה הרשת ונקראים: אי גישור, non bonding-oxygen.
 
ישנן 3שלוש פעילויות עיקריות של מסיימי רשת:
#שבירת הקשרים A-O-A ויצירת אי גישור.
#הגברת התיאום של קטיון וחמצן.
=== זכוכית קרמית ===
[[קובץ:Glass ceramic cooktop.jpg|שמאל|ממוזער|250px|בזכות עמידות הזכוכית הקרמית לחום, נהוג להשתמש בה כבסיס ל[[כיריים חשמליות]]]]
זכוכיות קרמיות מכילות גבישים בניגוד לזכוכית רגילה בעלת מבנה מולקולרי לא מסודר.מה שמייחד, זכוכית קרמית הואמכילה גבישים והיא בעלת מבנה דו פאזי: מיקרו-גבישים שבניהם אזורים אמורפים. הפאזה הגבישית מהווה בין 30% ל -70% מולרי.
 
השימוש בזכוכית קרמיות החל בשנת 1950 והתגלה על ידי סטוקי (S.D. Stookey). סטוקי גילה במקרה את הזכוכית הקרמית. הוא השאיר בתנור שפעל בטמפרטורה גבוהה תערובת של זכוכית העשויה מ[[ליתיום]] סילקאט וכסף. בחזרתו, מצא סטוקי חומר קרמי לבן במקום "שלולית" של זכוכית מותכת אותה ציפה לראות. הדבר קרה מפני שהכסף היווה מרכז נוקלאציה (מרכז גיבוש), וגרם ליצירת מבנה קריסטלי של הזכוכית.
השימוש בזכוכית קרמיות החל בשנת 1950 והתגלה על ידי סטוקי (S.D. Stookey)
 
בתחילת דרכם לחומרים אלו מבנה זכוכיתי. לאחר חימום והוספת חומרים שונים, הם הופכים להיות חומרים בעלי תכונות קרמיות. לזכוכית רגילה יש מבנה אמפורי, כלומר יש סדר מקומי אך אין מבנה קריסטלי מסודר, אין תאי יחידה שחוזרים על עצמם, בניגוד לזכוכית קרמית שבה פזורים בתווך האמורפי אזורים בהם האטומים מסודרים במבנה מסודר כלומר יש תאי יחידה שחוזרים על עצמם.
סטוקי גילה במקרה את הזכוכית הקרמית. הוא השאיר בתנור שפעל בטמפרטורה גבוהה תערובת של זכוכית העשויה מ[[ליתיום]] סילקאט וכסף. בחזרתו, מצא סטוקי חומר קרמי לבן במקום "שלולית" של זכוכית מותכת אותה ציפה לראות. הדבר קרה מפני שהכסף היווה מרכז נוקלאציה (מרכז גיבוש), וגרם ליצירת מבנה קריסטלי של הזכוכית.
 
הדרישהעל לזכוכיותמנת להכין זכוכית קרמית, עולהיש בשניםלהתיך האחרונותאת הזכוכית, ולשפוך את החומר המותך לתוך כלי בצורה הרצויה. קצב הקירור צריך לאפשר צמיחת גבישים. בתחילת המאה ה-21 עלה הביקוש לזכוכית קרמית, בעיקר בשל העובדה שניתן לעבד את החומר בקלות כמו זכוכית רגילה, ועם זאת מתקבל חומר בעל תכונות קרמיות רצויות כמו עמידות לזעזוע תרמי, קשיחות, רגישות לאור ועוד.
בתחילת דרכם לחומרים אלו מבנה זכוכיתי. לאחר חימום והוספת חומרים שונים, הם הופכים להיות חומרים בעלי תכונות קרמיות.
לזכוכית רגילה יש מבנה אמפורי, כלומר יש סדר מקומי אך אין מבנה קריסטלי מסודר, אין תאי יחידה שחוזרים על עצמם, בניגוד לזכוכית קרמית שבה פזורים בתווך האמורפי אזורים בהם האטומים מסודרים במבנה מסודר כלומר יש תאי יחידה שחוזרים על עצמם.
 
יתרון נוסף של הזכוכית הקרמית נעוץ בעובדה שניתן ליצור צורות מגוונות עם תכונות קרמיות מה שלא ניתן לעשות עם חומרים קרמיים אחרים. Owens-Corning Fiberglass (OCF) E-glass היא זכוכית העשויה מתרכובת של קלציום- אלומינו-סיליקאט בתוספת של מגנזיום, בור, ברזל, [[טיטניום]] וסודיום אוקסיד. לחומר זה יש עמידות גבוהה לחום ועמידות גבוהה למים.
על מנת להכין זכוכית קרמית, יש להתיך את הזכוכית, ולשפוך את החומר המותך לתוך כלי בצורה הרצויה. קצב הקירור צריך לאפשר צמיחת גבישים.
הדרישה לזכוכיות קרמית עולה בשנים האחרונות, בעיקר בשל העובדה שניתן לעבד את החומר בקלות כמו זכוכית רגילה, ועם זאת מתקבל חומר בעל תכונות קרמיות רצויות כמו עמידות לזעזוע תרמי, קשיחות, רגישות לאור ועוד.
 
יתרון נוסף של הזכוכית הקרמית נעוץ בעובדה שניתן ליצור צורות מגוונות עם תכונות קרמיות מה שלא ניתן לעשות עם חומרים קרמיים אחרים.
Owens-Corning Fiberglass (OCF) E-glass היא זכוכית העשויה מתרכובת של קלציום- אלומינו-סיליקאט בתוספת של מגנזיום, בור, ברזל, [[טיטניום]] וסודיום אוקסיד. לחומר זה יש עמידות גבוהה לחום ועמידות גבוהה למים.
 
==== שיטות ייצור של זכוכית קרמית ====
על מנת ליצור זכוכית קרמית, יש לחמם זכוכית רגילה, לקרר ולחמם שוב. אך טיפול בחום אינו מספיק. כי צריך להוסיף חומר שיוכל לעשות נוקלאציה ובכך לאפשר את תחילת הגידול הגבישי. במטרה להפוך את הזכוכית לזכוכית קרמית בעלת מבנה קריסטלי, קודם כל יש לטפל בחומר בטמפרטורה של כ-1,000°C, בין שעה לשעתיים במטרה ליצור זכוכית רגילה.
 
במטרה להפוך את הזכוכית לזכוכית קרמית בעלת מבנה קריסטלי, קודם כל יש לטפל בחומר בטמפרטורה של כ-1000°C, בין שעה לשעתיים במטרה ליצור זכוכית רגילה.
לאחר מכן לוקחים גולות במסה של 25–30 גרם, ושמים על משטח פלטינה. הגולות מחוממות ל-1,500°C במשך 30 דקות, ולאחר 30 דקות מוציאים את הגולות המותכות ומקררים אותן בטמפרטורת החדר. אם יש צורך בהוספת חומרים נוספים לקבלת חומר בעל תכונות רצויות, אז טוחנים את הזכוכית לאבקה, ומוסיפים לה את התוסף הרצוי, ושמים שוב לחימום באותם התנאים, למשך 30 דקות נוספות. התוסף הוא בדרך כלל מלח. המלחים הנפוצים שמוסיפים על מנת ליצור זכוכית במבנה קריסטלי הם: ליתיום פחמתי Li<sub>2</sub>CO3, אלומיניום חמצני Al<sub>2</sub>O3, סידן חמצני CaO וטיטניום אוקסיד TiO<sub>2</sub>.
 
ניתן לקבל זכוכיות קרמיות עם תכונות שונות בזכות הוספת תוספים שונים וחימום לזמנים שונים. יעילות התוסף נמדדת בהתאם לעובי שכבת הזכוכית הנוצרת- ככל שהשכבה עבה יותר התוסף הוא יותר יעיל. זכוכית ללא תוספים לא יכולה ליצור מבנה קריסטלי מכיוון שאין חומר שיוכל לאפשר את תחילתו של מרכז הגיבוש.
לאחר מכן לוקחים גולות במסה בטווח של 25-30gr, ושמים על משטח פלטינה. הגולות מחוממות ל-1500°C במשך 30 דקות, ולאחר 30 דקות מוציאים את הגולות המותכות ומקררים אותן בטמפרטורת החדר.
אם יש צורך בהוספת חומרים נוספים לקבלת חומר בעל תכונות רצויות, אז טוחנים את הזכוכית לאבקה, ומוסיפים לה את התוסף הרצוי, ושמים שוב לחימום באותם התנאים לעיל, למשך 30 דקות נוספות.
התוסף הוא בדרך כלל מלח. המלחים הנפוצים שמוסיפים על מנת ליצור זכוכית במבנה קריסטלי הם:
ליתיום פחמתי Li<sub>2</sub>CO3, אלומיניום חמצני Al<sub>2</sub>O3, סידן חמצני CaO וטיטניום אוקסיד TiO<sub>2</sub>.
ניתן לקבל זכוכיות קרמיות עם תכונות שונות בזכות הוספת תוספים שונים וחימום לזמנים שונים.
יעילות התוסף נמדדת בהתאם לעובי שכבת הזכוכית הנוצרת- ככל שהשכבה עבה יותר התוסף הוא יותר יעיל.
זכוכית ללא תוספים לא יכולה ליצור מבנה קריסטלי מכיוון שאין חומר שיוכל לאפשר את תחילתו של מרכז הגיבוש.
 
==== שימושים ====
== תכונות פיזיקליות של זכוכית ==
=== תכונות אופטיות ===
תכונות אופטיות של חומר מתארות את תגובת החומר למעבר אור דרכו. כאשר [[אור]] פוגע בחומר מסוים הוא יכול להיבלע בו, [[החזרת אור|לחזור]] ממנו, או לעבור דרכו.
כאשר [[אור]] פוגע בחומר מסוים הוא יכול להיבלע בו, [[החזרת אור|לחזור]] ממנו, או לעבור דרכו.
 
העברת אור מבטאת את יכולת החומר להעביר אור דרכו. תכונה זו כמעט הפוכה להחזרה. [[בליעת אור]] מתרחשת כאשר אור פוגע בחומר, והאנרגיה שלו נספגת בחומר באופן חלקי או מלא.
[[בליעת אור]] מתרחשת כאשר אור פוגע בחומר, והאנרגיה שלו נספגת בחומר באופן חלקי או מלא.
 
חומר שקוף, בדומה לזכוכית שבשמשת החלון, מעביר כמעט את כל האור הפוגע בו. לכן ניתן לראות דמויות הנמצאות מצדו האחר.
בזכות יכולתם של הזכוכית להעביר את האור בתחום [[אור נראה|הנראה]] וה[[אינפרא אדום]] הקרוב דרכן יש לזכוכיות שימושים רבים כגון: שמשות לחלונות, [[סיב אופטי]], שימוש ביצירת קישוטים לבית ונברשות, עדשות ל[[משקפיים]], [[מצלמה]] ועוד.
 
לזכוכיות שונות יש מקדמי שבירה שונים (refractive index). [[מקדם שבירה]] - מקדם שבירה היא תכונה פיזיקלית של חומר שקוף, המציינת את שינוי הזווית של האור המועבר. מקדם השבירה תלוי בהרכב הכימי של הזכוכית ובמאמצים הפועלים בה.
[[מקדם שבירה]] - מקדם שבירה היא תכונה פיזיקלית של חומר שקוף, המציינת את שינוי הזווית של האור המועבר. מקדם השבירה תלוי בהרכב הכימי של הזכוכית ובמאמצים הפועלים בה.
 
זכוכית פוטוכרומית – היא זכוכית המתכהה כאשר נחשפת לאור השמש כתוצאה מפרוק גבישים של [[הלידי כסף|מלחי כסף]] באור UV ויצירת [[כסף (יסוד)|כסף]] מתכתי אטום. כאשר הקרינה נפסקת הגוון הכהה של הזכוכית נעלם כיוון שהכסף שוב מתחמצן לקבלת מלחים שקופים.
==ראו גם==
* [[בדולח]]
* [[זכוכית בורוסיליקט]] (פיירקס)
* [[ויטראז']]
* [[טיפות הנסיך רופרט]]
* Prindle WR, Danielson PS, and Malmendier JW. (1991). "Glass Processing', in Engineered Materials Handbook: Ceramics and Glasses, Vol. * ASM International, Materials Park, OH, pp. 377-394
* Duan, R.G. and Liang, K.M. (1998) "A Study on the crystallization of CaO-Al2O3-SiO2 system glasses". Journal of Materials Processing Technology, vol. 75, iss. 1-3, pp. 235-239
 
</div>
 
==קישורים חיצוניים==
{{מיזמים|ויקישיתוף=Category:Glass|שם ויקישיתוף=זכוכית|ויקימילון=זכוכית}}
* {{בלדד השוחי|160596|איך עושים זכוכית?}}
* [http://www.collect.co.il/content.aspx?id=346 מבוא לאספנות זכוכית עתיקה] באתר קולקט