مقاله در مورد شناخت و بررسی انواع شیشه های اپتیکی

بخشی از مقاله

مقدمه
ميدانيم كه در طبيعت ماده به سه صورت گاز،مايع و جامد وجود دارد كه اين سه حالت قابل تبديل به يكديگر هستند.
تعاريفي كه براي اين حالت هاي ماده به كار برده شده به اين صورت ميباشد:
گاز:
حالتي ازماده است كه در ان نيروي جاذبه بين ملكول ها ضعيف بوده و تحرك شديد ملكول ها يا اتم ها وجود هر گونه نظم هندسي را در بين ذرات غير ممكن ميسازد،بنابراين گاز نه حجم ثابت ونه شكل ثابتي دارد.

مايع:
مايعات از نظر بي نظمي و سياليت مثل گازرفتار ميكنند و از نظر تراكم مولكولي مثل جامداتند.
جامد:
در جامدات نيروي جاذبه بين مولكول ها محكم بوده و تحرك مولكول ها نسبت به يكديگركم و مولكول ها و اتم ها نظم هندسي مشخسي دارند.
اما شيشه...
شيشه از نظر شفافيت ظاهري مثل آب دارد ولي عملا سياليت آاب را نداردو شكل ظاهري آن سخت وصلب است، به دليل بي نظمي در ساختمان مولكولي اش حتي در حالت سخت و صلب خود ماهيت مايع رادارد ،
به عبارتي مذاب شيشه در طي سرد شدن بر خلاف مايعات معمولي ،بدون تشكيل يك ساختمان منظم مولكولي سخت و جامد ميشود .
در مايعات معمولي مانند اب وقتي كه سرد ميشود و به محض رسيدن به دماي انجماد شروع به يخ زدن ميكند يا به عبارتي با تشكيل واحد هاي بلوري منظم جامد ميشود ، ولي براي شيشه اين طور نيست.

مذاب شيشه در مرحله ي سرد شدن بدون ايجاد تبلور و نظم مولكولي دروني پس از گذشتن از دمايي كه به ان دماي شيشه اي شدن (TG )ميگويند سخت و صلب ميشود.
منحني زير نشاندهنده ي اين تعاريف است.

تعريف ديگري براي شيشه اين است كه شيشه ماده ايست بي شكل كه در درجه حرارت هاي معمولي مثل يك جامد سخت عمل ميكند ولي در درجه حرارت هاي بالا به تدريج نرم و ذوب شده و به مايعي روان تبديل ميشود.

تركيبات شيشه :
عنصر اصلي تشكيل دهنده اكثر شيشه ها سيليسيم است . اكسيد سيليسيم يكي ازفراوانترين كانيهاي موجود در پوسته زمين است كه به ان سيليس گفته ميشود(SIO2 )و به اشكال مختلف در طبيعت وجود دارد .
سيليس به تنهايي شيشه ساز است و شيشه خالص سيليسي داراي موغوبيت بسيار خوبيست ولي به دليل نقطه ذوب بالاي سيليس و اقتصادي نبودن توليد معمولا عناصر ديگري به عنوان تعديل كننده يا روان ساز به ان اضافه ميشود .
البته اكثر عناصر جدول تناوبي به طريقي به صورت كم يا زياد در تركيب انواع شيشه ها وارد ميشوند.
از رايج ترين تركيبات شيشه ، شيشه هاييست كه از تركيب سيليس ،اكسيد سديم يا پتاسيم و اكسيد اهك تشكيل شده كه شيشه هاي سيليكاتي سودا-لايم گفته ميشوند، اكثر شيشه هاي در و پنجره و ظروف از اين نوع هستند.

اشكال زير چگونگي تفاوت ساختمان كريستال كوارتز و شيشه كوارتز و شيشه سيليكاتي را نشان ميدهد. همان طور كه در شكل مشخص است كريستال كوارتز يك شبكه منظم از چهار وجهي هاي SIO4 را
تشكيل داده.
در شيشه كواتز زاويه بين اتم ها يا پيوند اتم ها ثابت نيست و شبكه چند وجهي منظم را ندارد و در واقع يك شيشه نا منظم تشكيل شده است.
وقتي تعديل كننده هايي مثل سديم و كلسيم وارد شبكه شيشه ميشوند شبكه به راحتي شكسته شده و اين يونهاي قليايي در حفره هاي شبكه جاي ميگيرند.

غير از شيشه هاي سيليكاتي سودا-لايم شيشه هاي زيادي كه كاربرد زيادي دارند عبارتند از:

1) شيشه هاي سربي كه داراي تركيبات سرب هستند و در ساخت عدسي ها و فيلتر ها به كار ميروند.

2) شيشه هاي بور و سيليكات كه داراي تركيبات بور هستند و در توليد اكثر لوازم ازمايشگاهي ، برخي از شيشه هاي ظروف و در شيشه هاي اپتيكي به كار نيروند.
3) شيشه هاي باريمي كه داراي تركيبات باريم هستند و در ساخت عدسي ها و فيلتر ها به كار ميروند.
4) شيشه هايي با تركيبات عناصر كمياب مثل ( لانتانيد ها – تانتاليد ها و تيتانيوم ...) كه براي توليد شيشه هاي اپتيكي به كار ميروند .

امروزه مواد الي معيني ميتوانند با روش هاي مشخص به صورت سخت و با ساختمان بي مظم توليد شوند و در واقع شسشه الي توليد شود .
گرچه در زبان محاوره اي به اين تركيبات شيشه گفته نميشود ، اما انواع هارد رزين ها و رزين هاي ترمو پلاستيك از اين نوع شيشه الي هستند كه كاربرد فراواني هم پيدا كرده اند.

روش ساخت شيشه
فرايند هاي عمده در ساخت شيشه عبارتند از :

1) ذوب
2) شكل دهي
3) تنش زدايي( آنيلينگ)

در مرحله ذوب مخلوطي از مواد و عناصر مختلف با اندازه و دانه بندي مشخص به صورت گچ تهيه شده و بعد در كوره ذوب طي مراحلي تا دماي ذوب ( اين دما بسته به تركيب شيشه تفاوت دارد ) به منظور به دست اوردن شيشه اي هموژن و عاري از معايب ذوب ميشود.
در شكل دهي شيشه مذاب را يا به صورت تمام اتوماتيك يا دستي از طريق كشش شيشه يا قالب ريزي يا پرس به فرم مورد نظر شكل ميدهند.

در مرحله بعد با به تدريج سرد كردن شيشه و رساندن ان به دماي محيط ( با كنترل دقيق دما ) باعث ميشوند كه تنش هاي درون شيشه ازاد شده يا به حداقل برسد.

هر يك از اين مراحل براي تركيبات مختلف ويژگيهاي خاص خود را دارد ولي از انجا كه عواملي مثل حبابها ، غير هموژن شدن مذاب شيشه و حضور رگه و ديگر ناخالصيهاي شيشه پارامترهاي مشتركي در مراحل ساخت انواع شيشه هاست ، سعي بر اين است كه اين مشكلات به حداقل رسانده شود . 

كليات
شيشه جامدي آمورف ومعدني است كه معمولا از انجماد سريع مذاب بدون تبلور،تا دماي اتاق بدست مي آيد.برخي ان را مايع فوق تبريد (super cooled) مي نامند .شيشه در دماي اتاق سفت و شكننده است ولي مي توان به تعداد نامحدودي ذوب و مجددا شكل داد. وزن مخصوص آن حدودgr/cm3 6/2-3/2 و مقاومت كششي آن بدليل وجود معايب سطحي از قبيل ترك هاي موئي (Microcracks) و نقايص ديگر پايين و حدود 700-350
Kg/cm2 است ولي مقاومت فشاري آن بسيار بالا و در حدود kg/cm2 3500 است.
نظريه تشكيل شيشه براي اولين بار در سال 1932 ميلادي توسط دانشمندي بنام زاخارياسن (Zachariasen ) و بعد از او در سال هاي 1938-1933 توسط وارن Warren)) و همكارانش پيشنهاد گرديد.نظري هاي ديگري ارائه شدند ولي ازاهميت كمتري برخوردارند. از شيشه به دليل شفافيت،مقاومت در برابر خوردگي و عايق بودن استفاده هاي فراواني مي شود وامروزه، تقريبا بيش از 800 نوع شيشه مختلف به بازار عرضه مي گردد.شيشه هاي معمولي را از ذوب سيليس با مواد قليايي و مواد پايدار كننده از قبيل آهك ،آلومين ،سرب و باريم توليد مي كنند.شيشه بطري ،شيشه تخت و شيشه پنجره (جام) معمولا داراي سليس ، آلومين ، اكسيد كلسيم و اكسيد سديم است.

خواص شيشه ها
هدف اصلي استفاده از شيشه در ساختمان ، عبور نور طبيعي بدون ايجاد ناراحتي و مزاحمت به ساكنين آن است.اخيرا نيز مسائلي از قبيل صرفه جويي در انرژي ،كنترل دما، ايمني و زيبايي نيز مطر اند كه بايد در هنگام انتخاب شيشه و نصب آن در ساختمان هاي جديد كاملا مد نظر طراح قرار گيرند.

خواص شيميايي

شيشه ها در برابر عوامل خورنده از قبيل اسيدها و بازها به جز اسيد فلوئيدريك مقاوم اند.

خواص نوري
از مهم ترين خواص شيشه ، خواص نوري آن است كه آن را براي مقاصد مختلف مختلف از جمله ساختمان ، معماري ،حمل ونقل و ارتباطات ، تجهيزات علمي و تجهيزات پزشكي جالب توجه ساخته است.
مهم ترين خواص نوري شيشه انعكاس ، شكست ،پراكندگي و عبور است. هر چند شيشه ها در برابر نور مرئي و مادون قرمز شفافند ولي اغلب آن ه در برابر نور ماوراء بنفش مات اند. براي عبور يا جذب محدوده خاصي از طول موج نور فيلتر هاي ويژه گرما استفاده مي شود. براي تغيير در قدرت انعكاس نور ، گاه سطح شيشه را طراح دار يا مشجر مي كنند.

انعكاس

هنگامي كه نوري به سطح شيشه مي تابد قسمتي از آن منعكس مي شود كه آن را با R نشان مي دهند. R اول كلمه Reflection به معني انعكاس است.
انعكاس كاملا به زاويه تابش ، يعني زاويه بين اشعه نور و خط عمود بر سطح شيشه بستگي دارد.هر چقدر زاويه تابش بيش تر باشد مقدار انرژي (نور) منعكس شده بيش تر است. شيشه هايي كه ضريب شكست بالايي دارند نسبت به شيشه هايي كه ضريب شكست پايين تري دارند نور تابيده شده را بيش تر منعكس مي كنند.

شكست
اگر نور از يك محيط به محيط ديگري وارد شود مسير آن تغيير مي كند.مقدار مسير بيانگر ضريب شكست است كه ان را از قانون اسنل محاسبه مي كنند.

پراكندگي
پراكندگي معياري از تغيير ضريب شكست نسبت به طول موج است.اين تغيير باعث تفكنيك اجزاي نور در منشور مي گردد.تشكيل قوس قزح نيز به دليل پراكندگي نور در قطره و ذرات آب است.

عبور

نوري كه بر شيشه مي تابد مقداري از آن منعكس ومقداري از آن عبور مي كند.مقدار نوري كه از شيشه عبور مي كند به ضخامت شيشه ،وضعيت سطح (صاف، خشن،...) و نوع پوشش آن بستگي دارد.
شيشه صاف و روشن به ضخامت 3 ميليمتر ، 91 درصد نور روز را از خود عبور مي دهد در حالي كه اگر ضخامت شيشه 25 ميليمتر باشد ، فقط 78 درصد نور را از خود عبور مي دهد.

جذب

وقتي نور خورشيد بر شيشه مي تابد قسمتي از آن جذب مي شود. در مورد شيشه پنجره هاي معمولي ، جذب كسر بسيار جزئي از تابش را تشكيل مي دهد. تغييرات عبور، انعكاس و جذب نور خورشيد را از شيشه معمولي يك لايه در ديوار جنوبي و در عرض جغرافيايي 45 درجه نشان مي دهد.
جذب، حاصل بر هم كنش الكترون هاي ظرفيت با فوتون هاي تابشي است.زيرا در اثر اين بر هم كنش فوتون ها اين انرژي خود را از دست مي دهند لذا ممكن است جذب شوند.جذب وقتي اتفاق مي افتد كه كه گاف انرژي ماده كوچك باشند . ولي اگر گاف انرژي، از انرژي فوتون هاي تابيده بزرگتر باشد، فوتون ها ممكن است عبور كنند.

ويسكوزيته يا نارواني
مايعات قادر به تحمل نيروي برشي نيستند و سيلان مي يابند. ويسكوزيته را با ضريب ويسكوزيته كه بيانگر اصطكاك داخلي مايع است اندازه گيري مي كنند.

تبلور
اگر شيشه ها را به مدت طولاني در دماي مناسبي حرارت دهيم متبلورمي شوند. ولي در بين اكسيدها B2o3 ودر بين سيليكات ها فلدسپارپتاسيك (k2o.Al2 o3.6Sio2) از اين قاعده مسيثني هستند كه حتي حرارت طولاني نيزنمي تواند آن ها را متبلور سازد.اخيرا در دسته اي از شيشه ها به طور عمدي تبلور ايجاد مي كنند ، كه به گروه شيشه - سراميك مشهورند.

كشش سطحي
نيروي لازم براي افزايش سطح، كشش سطحي ناميده مي شود و از نظر عددي برابر كار لازم در واحد سطح براي ايجادسطح جديد بوده و واحد آن N/M است.
كشش سطحي شيشه هاي سيميكاتي معمولا در حدود mN/m 360-200 است و با افزايش دما مقداري كاهش مي يابد.

هدايت حرارتي
هدايت حرارتي شيشه ها در دماي اتاق بين W/cmK 138./.- 71../. قرار دارد.

هدايت الكتريكي
شيشه ها در حالت جامد عايق هاي الكتريكي خوبي هستند درحالي كه در حلت مذاب هادي الكتريكي مي باشند. لذا مذاب شيشه را مي توان را مي توان با عبور مستقيم جريان الكتريكي حرارت داد.هدايت الكتريكي در شيشه ها از نوع الكتروليتي است. بدين معني كه جريان الكتريكي تئسط يون ها صورت مي گيرد.حرارت دادن شيشه ها با جريان الكتريسيته مستقيم باعث تفكيك و جدايش يون ها مي شود.براي رفع اين مشكل از جريان الكتريكي متناوب استفاده مي شود.

خواص مكانيكي
رشته هاي بي عيب شيشه تنشي معادل Kg/cm2 70000 را تحمل مي كنند ، كه بيش

از 5 برابر تحمل فولاد است.اما معايب و نواقص سطحي تأ ثير عمده اي بر خواص مكانيكي شيشه دارد.اين معايب باعث تمركز تنش ونتيجتا ترك خوردن شيشه مي شود و مقاومت واقعي را به 0.01 مقاومت نظري كاهش مي دهد.
از آنجايي كه شيشه ساختماني هموژن دارد، خواص آن در جهات مختلف يكسان است و به محض شروع ترك مي كند.براي جلوگيري از ترك خوردگي و افزايش مقاومت شيشه ، سطح آن بابد كاملا صيقلي عاري از هر گونه عيب باشد.

دسته بندي شيشه ه بر اساس مصارف اقتصادي

سيليس گداخته
سيليس گداخته ياا سيليس شيشه‌ای به روش تفكافت تتراکلريد سيليسيم در دمای بالا يا بوسيله گدازش كوارتز يا ماسه خالص ساخته می‌شود و گاه آن را به اشتباه ، شيشه کوارتزی می‌خوانند. اين ماده ، انبساط کم و نقطه نرمی بالايی دارد که به مقاومت گرمايی زيااد آن کمک می‌کند و امکان استفاده از آن را در گستره دمايی بالاتر از ديگر شيشه‌ها فراهم می‌آورد. اين شيشه ، اشعه ماوراء بنفش را بخوبی از خود عبور می‌دهد.

سيليكات هاي قليايي
سيليكات هاي قليايي تنها شيشه‌های دو جزئی هستند که از اهميت تجارتی برخوردارند. ماسه و کربنات سديم را بسادگی با هم ذوب می‌کنند و محصولات بدست آمده با گستره

ترکيب Na2O.SiO2 تا Na2O.4SiO2 را سيليكات هاي سديم می‌خوانند. سيليكات هاي محلول کربنات سديم که به نام شيشه آبی (انحلال پذير در آب) نيز خوانده می‌شود، بطور گسترده‌ای در ساخت جعبه‌هايی با کاغذ موجدار و به عنوان چسب كاغذ بکار می‌رود.

مصرف ديگر آن در ايجاد حالت ضد آتش است. انواع قليايی‌تر آن به عنوان شوينده‌های لبا

سشويی و مواد کمکی صابون ها بکار می‌رود.
شيشه آهک سوددار
اين نوع شيشه %95 کل شيشه توليد شده را تشکيل می‌دهد و از آن ، برای ساخت تمام انواع بطري ها ، شيشه هاي تخت ، پنجره خودروها و ساير پنجره‌ها ، ليوان و ظروف غذاخوری استفاده می‌شود. در کيفيت فيزيکی تمام انواع شيشه‌های تخت ، نظير همواری
ونداشتن موج و پيچ ، بهبود کلی حاصل شده ، اما تركيب شيميايي تغيير زيادی نکرده است. اصولا ترکيب شيميايی در گستره زير قرار می‌گيرد:

SiO2 از %70 تا %74 ، CaO از %8 تا %13 ،Na2O از %13 تا %18.

فراورده‌هايی که اين نسبتها را دارند ، در دماهای نسبتا پايين‌تری ذوب می‌شوند. در توليد شيشه بطری ، بخش عمده پيشرفت از نوع مکانيکی است. در هرحال ، تجارت نوشابه‌ها سبب ايجاد گرايشی در بين شيشه سازان برای توليد ظروف شيشه‌ای با آلوميـن و آهک زياد و قلياييت کم شده است. اين نوع شيشه با دشواری بيشتری ذوب می‌شود، اما در برابر مواد شيميايي مقاومتر است.

رنگ شيشه بطری‌ها بدليل انتخاب بهتر و تخليص مواد خام و استفاده از سلنيم به عنوان زنگ‌زدا بسيار بهتر از قبل است.
شيشه سربی

با جانشين شدن اکسيد سرب به جای اکسيد کلسيم در شيشه مذاب ، شيشه سربی بدست می‌آيد. اين شيشه‌ها بدليل برخورداری از ضريب شكست بالا و پراکندگی نور زياد ، در کارهای نوری از اهمبت بسزايی برخوردارند. تاکنون ميزان سرب موجود در شيشه را به%92 نیز رسانده‌اند.

درخشندگی يک بلورتراش داده شده خوب بدليل مقدار زياد سرب در ترکيب آن است. مقدار زيادی از اين شيشه برای ساخت حباب لامپهای برق ، لامپ های نئون و راديوترونها بدليل مقاومت الكتـريكي بالای آنها مورد استفاده قرار می‌گيـرد. اين شيشـه برای ايجاد حفاظ در برابر پرتوهای اتمي نيز مفيد است.

شيشه بوروسيليکاتی
شيشه بوروسيليکاتی ، معمولا حاوی حدود 10 تا 20 درصد B2O2 ، حدود 80 تا 85 درصد سيليس و کمتر از 10 درصد Na2O است. اين نوع شيشه دارای ضريب انبساط کم ، مقاومت فوق‌العاده زياد در برابر ضربه ، پايـداری عالی در برابر مواد شيميـايی و مقاومت الکتريکی بالاست.

ظروف آزمايشگاهی ساخته شده از اين شيشه ، تحت نام تجارتی پيركس فروخته می‌شود. با اين حال ، در سالهای اخير نام پيـرکس برای اجناس شيشـه‌ای بسيـاری که ترکيب شيميايی ديگری دارند (مانند شيشه آلوميـن - سيليکات در ظروف شيشه‌ای مناسب برای پخت و پز) نيز بکار می‌رود. مصارف ديگر شيشه‌های بوروسيليکاتی علاوه بر ظروف آزمايشگاهی عبارت است از واشرها و عايق های فشار قوی ، خطوط لوله و عدسی تلسکوپها.
شيشه‌های ويژه
شيشه‌های رنگی و پوشش‌دار ، کدر ، شفاف ، ايمنی ، شيشه اپتيکی ، شيشه فوتوکروميکی و سراميک های شيشه‌ای ، همه شيشه‌های ويژه هستند. ترکيب تمامی اين شيشه‌ها بر طبق مشخصات محصول نهايی موردنظر تغيير می‌کند.

الياف شيشه‌ای
الياف شيشه‌ای از ترکيبات ويژه‌ای که در برابر شرايط جوی مقاوم هستند، ساخته می‌شوند. سطح بسيـار زياد اين اليـاف سبب می‌شود تا آنها نسبت به همه رطوبت موجود در هوا آسيب پذير باشند. مقدار سيليس (حدود %55) و قليايی موجود در اين شيشـه پايين است

نقش کانيها در تهيه شيشه
آشنايی
بزرگترين بخش بيشتر شيشه‌ها را سيليس تشکيل می‌دهد. مواد جانبی را نيز به شيشه می‌افزايند. اکسيد سديم (Na2O) موجب کاهش دمای ذوب می‌گردد، ولی افزايش بيش از حد آن از مقاومت شيميايی شيشه می‌کاهد. اکسيد کلسيم (CaO) مقاومت شيميايی و سايشی را در شيشه پايين می‌آورد. افزودن CaO به شيشه موجب تبلور آن می‌گردد و در نتيجه حالت اوپالين کدر به خود می‌گيرد.

برای افزودن مقاومت شيشه مقدار کمی اکسيد آلومينيوم (Al2O3) و اکسيد منيزيم (MgO) بر آن اضافه می‌کنند. دو عامل عمده در تشکيل شيشه نقش دارند که عبارتند از : غلظت مايع در محدوده خاصی از دمای محيط به سرعت افزايش می‌يابد و دمای ذوب بايد به دمای محدوده افزايش غلظت باشد.

تقسيم بندی انواع شيشه‌ها بر اساس ترکيب شيميايی و زمينه کاربرد آنها
• شيشه معمولی : بيشترين توليد را اين شيشه‌ها به خود اختصاص می‌دهند. مصارف عمده آنها در شيشه‌های در و پنجره ، بطريها ، ظروف شيشه‌ای ، لامپها و غيـره است. ترکيب شيميايی شيشه معمولی به شرح زير است (: (SiO2 70 درصد) ، (Na2O 15 درصد) ، (CaO 9 درصد)، (MgO 3 درصد) ، (Al2O3 2 درصد
• شيشه‌های بردار : در اين شيشه‌ها از بين B2O3 به جای CaO استفاده می‌شود. ويژگيهای مهم اين شيشه‌ها عبارت است از ضريب انبساط کم ، مقاومت شيميايی و الکتريکی بالا و مقاومت در برابر شوکهای حرارتی. مصارف عمده اين شيشه‌ها در ساخت لوازم آزمايشگاهی ، پزشکی ، ظروف آشپزخانه و شيشه‌های صنعتی است. شيشه پيرکس نوعی شيشه بردار است. ترکيب شيميايی شيشه بردار بدين شرح است (. (SiO2 71- 81 درصد) ، (Na2O 5.4- 6 درصد) ، (B2O3 10- 5.13 درصد) ، (Al2O3 2- 5 درصد.

• شيشه‌های سربی : ضريب شکست اين شيشه‌ها زياد است و از اينرو آن ها در ساخت انواع عدسی ، قطعات نوری و لامپ استفاده می‌شود. اين شيشه حاوی 37 درصد اکسيد سرب است که گاهی تا 92 درصد هم می رسد. شيشه های سربی‌ای که ميزان اکسيـد سرب آن ها بيش تر باشد برای پيشگيـری از نفوذ پرتوهای راديواکتيو و تهيه لامپ های الکترونيک بکار می‌روند.

• شيشه‌های کوارتزی : اين شيشه‌ها از کوارتز خالص ساخته می‌شوند. ايستايی گرمايی و شيميايي آنها بالاست. ضريب انبساط آنها اندک است و بسيار شفاف هستند. اين شيشه‌ها در ساختن منشور و پنجره‌های اپتيک بکار می‌روند.

• سيليکاتهای سديم : اين سيليکاتها در آب محلول‌اند و به دليل خاصيت چسبندگی شان به عنوان چسب بکار برده می‌شوند. ترکيب شيميايی آنها به دو صورت Na2O.SiO2 و يا Na2O.4SiO2 است.
• شيشه‌های فسفات‌دار : در اين شيشه‌ها مقداری P2O5 جايگزين SiO2 شده است. از اين شيشه‌ها برای عبورامواج فرابنفش استفاده می‌شود.
• شيشه‌های اوپالين : اين شيشه‌ها حاوی فلورين وآپاتيت هستند. ذوب شيشه عادی است، ولی به هنگام سرد شدن بلورهای کوچکی در آن متبلور می‌شوند. و بدين ترتيب خاصيت اوپالی در شيشه‌ها ايجاد می‌گردد.

صنعت شيشه
بطور کلی در صنعت شيشه حداکثر دمای مورد نياز برای ذوب مواد اوليه 1600 درجه سانتيگراد است. ترکيب بيشتر شيشه‌ها در محدوده كوارتز ، کريستوباليت و ياتريديميت قرار می‌گيرد. در صورتی که مواد اوليه با سيليـس بيش تر انتخاب شوند و يا اين که کانيهای نا نقطه ذوب بالا در مواد اوليه موجود باشند، بايد مواد تا 1600 درجه حرارت داده شوند. در دمای بالا با کاهش غلظت ، گاز CO2 به آسانی ماده مذاب را ترک کرده و ناخالصيها نيز ذوب می‌شوند و در نتيجه محصول شفاف و خالی از حباب و مواد ذوب نشده خواهد بود.
مواد اوليه شيشه
مهمترين مواد تشکيل دهنده شيشه شامل SiO2 ، CaO و Na2O است.

• SiO2 : مهمترين منابع SiO2 ، ماسه‌های سيليسی ،كوارتزيت و رگه‌های کوارتزی است. اکسيدهای آهن موجب رنگين شدن شيشه و كروميت غالبا ذوب نمی‌شود و به صورت ناخالصی در شيشه باقی می‌ماند. ناخالصی آلومينيـوم در ماسه سيليسـی موجب کاهش دمای ذوب و افزايش کيفيت شيشه می‌شود.

• CaO : مهمترين منابع اوليه CaO سنگ آهك است. هر تن CaCO3 حاوی 560 کيلوگرم CaO و 440 کيلوگرم CO2 است. ناخالصيهای سنگ آهک شامل MgO ، FeO ، MnO ، کانيهای رسی و نودولهای چرت هستند. MgO با SiO2 برای ترکيبات خاص تشکيل دو مايع با حالت امولسيون را می‌دهد. محدوده اين دو مايع با حالت امولسيون وسيعتر از محدوده دو مايع SiO2 - Na2O است. ميزان MgO برای شيشه‌های مختلف متفاوت است و چنانچه سنگ آهک خالص باشد جهت تامين MgO مورد نياز می‌توان از دولوميت استفاده نمود.
• Na2O : مهمترين منابع تامين Na2O مورد نياز شي

شه عبارتند از كربنـات سديمNa2CO2 ، آبسيت و آلکالی فلدسپات ، نفلين سيانيت ، هر تن کربنات سديم حاوی 580 کيلوگرم Na2O و 420 کيلوگرم CO2 است.
• بوراکس : برای افزودن مقاومت شيميـايی و ضريب شکست در شيشـه‌های مخصوص از بوراكس استفاده می‌کنند. بايد دانست که بوراکس ، نقطه ذوب سيليس را کاهش می‌دهد. در شيشه‌های نسوز مواد نسوز را بکار می‌گيرند.
مواد رنگی شيشه‌ها : هر يک از رنگهای ويژه توسط مواد شيميايی آنها ، در شيشه ايجاد می‌شوند، رنگ سبز (Cr2O3) ، رنگ سبز تا زرد (CrO3)، رنگ آبی (CaO)، رنگ قرمز (CuO) و رنگ قهوه‌ای (Fe2O3). مواد بی رنگ کننده شيشه عبارت است از اکسيد سلنيوم ، اکسيد سديم و اکسيد نئوميوم.

شيشه های ويژه
شيشه سيليس گداخته
شيشه سيليسی گداخته يا سيليس شيشه‌ای را می‌توان با گداختن سيليس خالص توليد کرد، اما چنين محصولاتی معمولا حباب دارند و نمی‌توان آنها را به‌صورت شفاف توليد کرد. اکنون کمپانی کورنينگ ، اين شيشه را به روش تفکافت فاز بخار تتراکلريد سيليسيم در دمای بالا توليد می‌کند. اين نوع فرايند ، بطور طبيعی برای کنترل سيستمهايی مناسب است که در آنها امکان توليد خالص فراهم باشد.

سيليس خامی که با اين روش توليد می‌شود، به شکل ورق يا بول(بول ، خرده سنگهای استوانه‌ای يا گلابی شکل کانی مصنوعی است) است. دمای بالای واكنش ، باعث بيرون رانده شدن آلاينده‌های نامطلوب می‌شود و مقدار ناخالصی‌های موجود در سيليس گداخته را به حدود يک در صد ميليون قسمت می‌رساند. شيشه سيليس گداخته ، حداقل مقدار جذب فراصوت را داراست. از اين شيشه بدليل انبساط گرمايی کم آن در آينه‌های تلسکوپی استفاده می‌شود.

شيشه پر سيليس
اين محصول که به نام ويکور شناخته می‌شود، پيشرفت مهمی درجهت توليد شيشه‌ای است که از نظر ترکيب و خواص به شيشه سيليس گداخته نزديک است. در اين روش ، محدوديتهای پيشين در زمينه ذوب و شکل‌دهی از ميان رفته است. کالاهای نهايی ، حدود 96% سيليس و 3% اسيد بوريک دارد و 1% بقيه از آلومين و قليا تشکيل شده است. از ترکيبات بورو سيليكات-شيشه حاوی حدود 75% سيليس ، در مراحل اوليه فرايند هنگامی که شيشه‌ها ذوب و قالبگيری می‌شوند،

استفاده می‌شود. پس از خنک شدن ، کالاها را تحت عمليات گرمايی و تابکاری قرار می‌دهند که سبب جدا شدن شيشه به دو فاز فيزيکی متمايز می‌شود. کالای شيشه‌ای را در حمام محلول اسيد هیدرو کلريک 10% (98C) به مدت کافی فرو می‌برند تا فاز انحلال پذيري ، کاملا از آن خارج شود.

سپس با شستشوی کامل ، کمترين مقدار باقي مانده از فاز انحلال‌پذير و همچنين ناخالصی‌ها شسته می‌شوند و سپس تحت عمليات گرمايي از بدنه ، آب‌زدايی شده و ساختارسلولی به شيشه غير متخلخل تبديل می‌شود. اين روش از توليد شيشه ، سبب ساخت محصولی می‌شود که می‌توان آن را تا حرارت قرمز آلبالويی ، گرم کرده ، سپس بدون ايجاد هيچگونه آثار نامطلوب ، آن را درمخلوط آب و يخ فرو برد. اين شيشه در برابر مواد شيميايي نيز بسيار مقاوم و در برابر تمام

اسيدها به جز اسيد هيدرو فلوئوريک بسيار پايدار است. البته اين اسيد (درمقايسه با ساير شيشه‌ها) با سرعت کمتری به اين شيشه حمله می‌کند. در ضمن ، انقباض اين شيشه به نسبت يکنواخت و مساوی صورت می‌گيرد، بطوری که شکل اوليه همچنان حفظ می‌شود.

شيشه رنگی
هر چند قرنها از اين شيشه‌ها تنها برای تزئين استفاده می‌شد، امروزه استفاده از شيشه‌های رنگی برای مقاصد صنعتی و علمی ضروری است. اين شيشه‌ها ، در صدها رنگ مختلف توليد می‌شوند. شيشه رنگی ممکن است يکی از انواع سه‌گانه زير باشد:

1. رنگ شيشه براثر جذب فرکانس خاصی از نور ، توسط عوامل موجود در محلول بوجود می‌آيد. عوامل ايجاد رنگ در اين گروه ، اکسيدهای عناصر واسطه بويژه گروه اول هستند مانند (Cr , V , Ti ). اين طبقه را می‌توان به دو زير گروه تقسيم کرد، يکی شيشه‌هايی که رنگ آنها ، بدليل محيط ساختاری شيميايی آنهاست و ديگری شيشه‌هايی که رنگ آنها به دليل اختلاف در حالت اكسايش آنهاست. مثلا NiO حل شده در شيشه سديمی _ سربی است که رنگ قهوه‌ای ايجاد می‌کند. اما اين ترکيب در شيشه پتاسی توليد يک سرخ ژاسپ می‌کند.

2. رنگ بر اثر ترسيب ذرات كلوئيدي در شيشه بی‌رنگ ، ضمن انجام عمليات گرمايی بوجود می‌آيد. مثال معمول اين نمونه ، ترسيب طلايی کلوئيدی است که شيشه طلايی _ ياقوتی پديد می‌آورد.
3. رنگ بوسيله ذرات ميکروسکوپی يا ذرات بزرگتر که ممکن است خود رنگی باشند، بوجود می‌آيد. مانند قرمز سلنيمی( ( كه در چراغهای راهنمايی ، حباب فانوسها و غيره بکار می‌رود. البته ممکن است اين ذرات ، بی‌رنگ باشند و شيشه نيمه‌شفاف توليد کنند.

شيشه‌های پوشش دار
اين شيشه‌ها با ترسيب فيلمهای فلزی شفاف بر روی سطح شيشه شفاف يا رنگی توليد می‌شوند. اين فيلمها طوری طراحی می‌شوند که م

شخصات عبور و بازتابش خاصی از نور را که در معماری امروز دارای اهميت است، ايجاد کنند.
شيشه‌های مات يا نيمه شفاف
اين شيشه‌ها در حالت مذاب ، شفاف‌اند. اما هنگام شکل دهی به دليل جدايی و تعليق ذرات ريز در محيط شيشه ، کدر می‌شوند. اين ذرات از نظر اندازه و چگالی در شيشه ، انواع متفاوتی دارند و نور را به هنگام عبور ، پخش می‌کنند. شيشه مات ، اغلب از شيشه شفاف حاوی نقره بدست می‌آيد. اين ذرات نقره در واقع نقش هسته را برای رشد بلورهای غير فلزی ايفا می‌کنند. اين نوع شيشه برای ايجاد برخی سبکهای معماری مثلا در پنجره نورگيرها به منظور عبور طول موج مشخصی از نور و برای ظروف غذا خوری بکار می‌رود.

شيشه ايمنی
شيشه‌های ايمنی در دو نوع چندلايی و با پوشش سخت می‌باشند و شيشه نشکن را نيز می‌توان شيشه ايمنی به حساب آورد. اين شيشه‌ها به‌آسانی شيشه معمولی نمی‌شکنند و ظروف غذا خوری ساخته شده از اينها ، در مقايسه با ظروف غذا خوری معمولی سبکتر و سه برابر محکمترند

.
شيشه فوتوفرم
شيشه فوتو فرم ، نسبت به نور ، حساس است و عمدتا از سيليکات ليتيم تشکيل يافته است. اکسيد پتاسيم و اکسيد آلومينيوم موجود در اين شيشه ، خواص آن را اصلاح می‌کند و مقادير بسيار کم ترکيبات سريم ونقره ، اجزايی هستند که نسبت به نور ، حساس‌اند. بر اثر تاباندن نور بنفش به اين شيشه ، نقره توسط سريم حساس می‌شود و با انجام عمليات گرمايی در دمايی نزديک به 600درجه سانتی‌گراد در اطراف آن ، تصويری ازمتاسيليکات ليتيم ايجاد مي شود.

متاسيليکات ليتيم در اسيد حل می‌شود. لذا می‌توان آن را به کمک اسيد هيدروفلوئوريک 10% حذف کرد. اگر نور پس از عبور از نگاتيو يک نقشه شيشه ، تابانيده شود، يک کپی بسيار دقيق با تمام جزئيات و ريزه کاريها بر روی شيشه بدست می‌آيد. مثلا به همين روش می‌توان نقشه مدارهای الکتريکی شيشه‌ای را به ارزانی و به شکل دقيقی توليد کرد. اين فرايند ، ماشين‌کاری شيميايی شيشه ناميده شده است.

شيشه فوتوکروميک سيليکاتی
اين نوع شيشه‌ها مکمل شيشه فوتوفرم هستند، اما در عين حال خواص نامعلوم زير را دارند.
• تيره شدن در نور بر اثر وجود نور فرابنفش درطيف مرئی
• بی‌رنگ شدن يا کمرنگ شدن در تاريکی و بی‌رنگ شدن گرمايی در دماهای بالاتر.
اين خواص نور رنگی واقعا برگشت پذیرند و دچار خستگی نمی‌شوند. در اين شيشه ، ذرات هاليد نقره در اندازه‌هايی کمتر از يک ميکرون موجودند که در مقايسه با هاليد نقره معمولی عكاسي ، واکنش متفاوتی را در برابر نور از خود نشان می‌دهند. اين ذرات را در شيشه صلب و نفوذناپذيری که از نظر شيميايی بی‌اثر است، جای می‌دهند. بدين ترتيب ، مراکز رنگی که محل نورکافت‌ هستند، نمی‌توانند از مکان خود به جای ديگر نفوذ کنند و ذرات پايدار نقره را تشکيل دهند و ترکيب برگشت ناپذير توليد کنند.

شيشه _ سراميک
اين ماده ، ماده‌ای است که مانند شيشه ، ذوب و شکل داده می‌شود و سپس بوسيله فرايندهای واشيشه‌ای شدن کنترل شده ، تا حد زيادی به سراميك بلورين تبديل می‌شود. از اين مواد ، در ساخت پوشش آنتن رادار هواپيما ، موشکهای هدايت شونده و وسايل الکترونيکی مختلف استفاده می‌شود. همچنين اين مواد تحت نام تجاری پيرو سرام در توليد ظروف آشپزخانه که همزمان برای هر سه کار پخت ، پذيرايی و انجماد غذا استفاده می‌شوند، بکار می‌روند.
الياف شيشه
اگرچه الياف شيشه ، محصول جديدی نيست، با اين حال سودمندی آن بدليل ظرافت فوق‌العاده‌اش افزايش يافته است. می‌توان اين ماده را به صورت رشته کشيد، يا آنکه برای توليد عايق ، نوار و صافيهای هوا می‌توان آن را به روش دمشی به شکل شبکه حصيری در آورد. الياف کشيده شده برای تقويت پلاستيک‌های مختلف بکار می‌روند و محصول چند سازه حاصل در ساخت لوله ، مخزن و وسايل ورزشی نظير چوب ماهيگيری و چوب اسکی استفاده می‌شوند. متداولترين رزين‌هايی که با الياف شيشه مصرف می‌شوند، رزينهای اپوکسی و پلی استر هستند.

ترکيبات ثانوی شيشه
اجزای ثانوی شيشه ، موادی هستند که بوسيله آنها می‌توان برخی معايب شيشه‌ها را اصلاح و خواص آنها را تعيين کرد. اين مواد بر مبنای عمل آنها طبقه‌بندی شده‌اند و بر حسب نوع اصلاحی که انجام می‌دهند در مراحل مختلف شيشه سازی به ترکيبات شيشه اضافه می‌شوند.

طبقه‌بندی ترکيبات ثانوی
پايدار کننده‌ها
پايدار کننده‌ها ترکيباتی هستند که حلاليت شيشه‌ها را در مقابل آب ومواد شيميايي تا اندازه‌ای کم می‌کنند. بطور کلی ، پايدار کننده‌ها از اجزای تشکيل‌دهنده شيشه هستند که خصوصيت آن را تعيين می‌کنند. پايدار کننده‌های قابل ذکر به صورت زير می‌باشند.