شیشه سیلیسی

تعداد بازدید: 2687
چهارشنبه 03 دي 1393

شیشه سیلیسی

شیشه سیلیسی (Silica Glass) یا سیلیس آمورف (Fused quartz, fused silica or Vitreous silica) در مقایسه با سایر شیشه ها دارای پایین ترین مقدار انبساط حرارتی و مقاومت در برابر شوک حرارتی است. از سایر خواص آن می توان از مقاومت شیمیایی خوب، سختی بالا، عبور خوب نور در محدوده فرابنفش (UV) مرئی و فروسرخ (IR) هم چنین از نقطه نرم شوندگی بالای آن (بیش از 1000 درجه سانتی گراد) نام برد. به دلیل این ویژگی ها، شیشه سیلیسی یک ماده ایده آل از نظر تکنولوژی و صنعت است.

شیشه سیلیسی دارای یک جزء یعنی SiO2 است. در نتیجه تصور می شود که خواص آن نباید زیاد متغیر باشد اما باید گفت که بسته به نوع ماده اولیه، خلوص و روش ساخت آن، انواع مختلفی از شیشه سیلیسی با خواص بسیار متفاوت وجود دارد. حتی یک تولید کننده واحد، محصولات مختلفی را با نام های تجاری متفاوت به بازار عرضه می کند که هر کدام برای کاربرد ویژه ای مناسب هستند.

به طور کلی دو نوع شیشه سیلیسی تولید می شود شفاف و کدر (اپک). شیشه کدر یا اپک دارای حباب های بسیار زیادی با قطر 0.005 الی 0.2 نانومتر است که دلیل اپک بودن آن است.

 

 

روش تولید این شیشه ها عبارت است از ذوب سیلیس در دمای حدود 2000 درجه سانتی گراد که در آن دما گرانروی مذاب بسیار بالا است تقریبا 105 پواز و در نتیجه تصفیه آن (حباب زدایی) بسیار مشکل است. حباب ها بسته هستند و ارتباطی با یکدیگر ندارند. بنابراین شیشه سیلیسی اپک حتی در مواردی که غیر قابل نفوذ بودن در برابر گازها مورد نظر باشد، می تواند به کار رود.

شیشه های سیلیسی اپک معمولا دارای خلوص 99.5 تا 99.7 درصد هستند. ضریب انبساط حرارتی این شیشه های سیلیسی تقریبا یکسان بوده و این دو را می توان با اطمینان به یکدیگر جوش داد. به علت ارزانی نسبی، این نوع شیشه ها را می توان در مواردی که شفافیت و عبور نور مورد نظر نیست به کار برد. شیشه های سیلیسی شفاف تفاوت این شیشه ها با شیشه های اپک در درجه اول در نوع مواد اولیه است. شیشه های سیلیسی شفاف را معمولا از کریستال های بسیار خالص کوارتز یا سیلیس با خلوص 99 درصد تهیه می کنند.

خواص نوری شیشه سیلیسی

شیشه سیلیسی به علت دارا بودن محدوده وسیع عبور نور از فرابنفش تا فروسرخ (IR) از نظر کاربردهای نوری بسیار مورد توجه بوده و مورد پژوهش زیادی قرار گرفته است. ضریب شکست این نوع شیشه ها در محدوده 1.457 تا 1.459 قرار داشته و متوسط آن 1.458 است. با افزایش دما ضریب شکست افزایش می یابد. ضریب شکست به عوامل متعددی بستگی دارد که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1- دمایی که نمونه شیشه ای از آن سرد می شود. با افزایش این دما تا 1500 درجه سانتی گراد ضریب شکست افزایش یافته اما با افزایش بیشتر این دما، ضریب شکست کاهش می یابد.

2- نمونه های شیشه سیلیسی که از کوارتز طبیعی تهیه شده اند از نظر ضریب شکست با شیشه های تهیه شده از SiO2 مصنوعی مقداری تفاوت خواهد داشت. اما این تفاوت ها اندک است.

3- ضریب شکست این شیشه ها مانند هر شیشه ای با طول موج نور عبوری غیر خواهد کرد.

 
 

شیشه سیلیسی به خاطر طیف عبوری استثنایی خود کاربردهای زیادی در اپتیک پیدا کرده است (به ویژه در ناحیه فرابنفش). ورقه های بسیار نازک این شیشه ها حتی در ناحیه طول موج های بسیار پایین مانند 150 نانومتر عبور خوبی دارند. اما این شفافیت (قابلیت گذر دهی نور) شدیدا تحت تاثیر ناخالصی ها قرار دارد. این شیشه ها هر چند در ناحیه فروسرخ (IR) شفافیت خوبی نشان می دهند (تا طول موج 3.6) اما این خاصیت شدیدا تابع ناخالصی ها و به ویژه گروه های (OH) است. وجود مقدار بسیار اندکی OH، گذر دهی نور را به شدت کاهش می دهد و هم چنین مرز آن را به طول موج 2.7 میکرون می رساند.

مقدار غیر استوکیومتریک بودن این شیشه ها نیز بر خاصیت گذردهی نوری آن ها اثر دارد. شیشه غیر استوکیومتریک مینیمم مشخصی را در طول موج 243 نانومتر در منحنی گذردهی بر حسب طول موج نشان می دهد که نشانه وجود جذب ترجیحی در این طول موج است. حرارت دادن طولانی این شیشه ها در محدوده دمایی تا 1000 درجه سانتی گراد در اتمسفر های اکسیدی به تدریج باعث اکسیداسیون آن ها شده و منجر به حذف تدریجی این مینیمم از منحنی گذردهی بر حسب طول موج می شود. یعنی شیشه به تدریج به حالت استوکیومتریک نزدیک می شود.

مقاومت شیمیایی شیشه سیلیسی

شیشه سیلیسی ماده ای است که در برابر خوردگی شیمیایی بسیار مقاوم است. زیرا مقادیر فلزات قلیایی و قلیایی خاکی آن اندک است. این شیشه جاذب رطوبت نیست و به علت مقاومت زیاد در برابر اثر خورندگی آب در دستگاه تقطیر آب (برای تهیه آب مقطر بسیار خالص) استفاده می شود. اما این شیشه ها در برابر خوردگی قلیاها مقاوم نیستند و محلول های قلیایی تا غلظت 5 درصد و دمای 100 درجه سانتی گراد باعث خوردگی خفیف این شیشه ها می شوند. تنها اسید های معدنی که در دمای اتاق می توانند با این شیشه واکنش کنند، HF و H3PO4 هستند.  این شیشه ها در دماهای بالا با اکسید کلسیم (در 900 درجه سانتی گراد)، اکسید باریم (900 درجه سانتی گراد)، اکسید سرب (550 درجه سانتی گراد)، فلز آلومینیم (700 تا 800 درجه سانتی گراد) و سولفات باریم (700 درجه سانتی گراد) واکنش می کنند. کلر، برم، ید، گوگرد، هیدروژن، اکسیژن، دی اکسید نیتروژن، اسید هیدروکلریک و دی اکسید گوگرد با شیشه سیلیسی واکنش نمی کنند. اما مذاب برخی نمک ها مانند کلرید روی، کلرید سدیم، فلورید پتاسیم، بورات ها، نیترات ها و فسفات ها با آن واکنش می کنند.

 

سایر خواص شیشه سیلیسی

چگالی: چگالی این شیشه ها تقریبا در حد 2.200 تا 2.205 گرم بر سانتی متر مکعب است. البته بین شیشه شفاف و کدر تفاوت وجود دارد چگالی شیشه شفاف 2.21 تا 2.25 و چگالی شیشه کدر 2.07 تا 2.09 است. یکی از دلایل تفاوت چگالی ها وجود گروه های هیدروکسیل (OH) در شیشه است. چگالی شیشه در صورت حضور این گروه ها در ترکیب، کاهش می یابد. چگالی هم چنین به دمایی که شیشه از آن سرد شده است و به سرعت این سرد شدن بستگی دارد.

خواص الکتریکی: شیشه سیلیسی شفاف از بهترین مواد عایق الکتریسیته محسوب می شود. مقاومت آن بسیار بیشتر از شیشه های چند جزئی، چینی و بسیاری از سرامیک های دیگر است و کاهش مقاومت با دما نیز در مورد این شیشه ها بسیار آهسته تر صورت می گیرد. این شیشه ها جاذب آب نیستند و در نتیجه دارای مقاومت سطحی بالا در حد 1014×2 اهم بر سانتی متر مربع هستند.

 
 

خواص حرارتی : شیشه سیلیسی دارای بالاترین مقدار هدایت حرارتی بین تمام شیشه های صنعتی است. مثلا هدایت حرارتی آن 20 درصد بیشتر از شیشه های {{بوروسیلیکاتی}} و تقریبا 50 درصد بیشتر از شیشه های سربی با 70 درصد اکسید سرب است. شیشه های سیلیسی کمترین مقدار انبساط حرارتی را در بین شیشه ها دارند. تنها برخی شیشه سرامیک ها دارای مقادیر انبساط حرارتی پایین تر از شیشه ها هستند.

پایین بودن ضریب انبساط حرارتی دلیل اصلی مقاومت بسیار خوب شیشه های سیلیسی در برابر شوک های حرارتی است. (هم شفاف و هم کدر) لوله های ساخته شده از این شیشه ها با قطر 10 تا 30 متر می توانند بدون شکست از دمای 800 تا 900 درجه سانتی گراد در آب (20 درجه سانتی گراد) سرد شوند. ظروف جدار نازک شیشه سیلیسی می توانند از دمای 800-1000 درجه سانتی گراد در آب و از دمای 1300 درجه سانتی گراد در جریان هوا سرد شوند. اما به علت تبلور، کاربرد این گونه شیشه ها در بالای 1100 درجه سانتی گراد توصیه نمی شود.

خواص مکانیکی: خواص مکانیکی شیشه های سیلیسی پراکندگی زیادی را نشان می دهد. مدول الاستیسیته در حالت کششی در محدوده 73500-68600 مگاپاسکال قرار دارد و با افزایش دما تا حدی افزایش می یابد. ضریب پواسون برابر 0.17-0.16 است. استحکام کششی 490 تا 590 مگا پاسکال، استحکام خمشی 690تا 1080 مگا پاسکال و استحکام فشاری در دمای 23 درجه سانتی گراد بیش از 6800 مگاپاسکال است. سختی در مقیاس موس 5 تا 7 است.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

 واهاک مارقوسیان، شیشه: ساختار، خواص و کاربرد، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1390.

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

شیشه سیلیسی از دید wikipedia.org

Fused quartz or fused silica is glass consisting of high-purity silica in amorphous (non-crystalline) form. It is different from traditional glasses in that no other ingredients are added to lower the melt temperature. Fused silica, therefore, has much higher working and melting temperatures than soda-lime or borosilicate glasses. Fused quartz is manufactured by fusing (melting) naturally occurring quartz crystals of high purity at approximately 2000 °C, using either an electrically heated furnace (electrically fused) or a gas/oxygen-fuelled furnace (flame fused). Fused quartz is normally transparent. The optical and thermal properties of fused quartz are superior to those of other types of glass due to its purity. For these reasons, it finds use in situations such as semiconductor fabrication and laboratory equipment. It has better ultraviolet transmission than most other glasses, and so is used to make lenses and other optics for the ultraviolet spectrum. Its low coefficient of thermal expansion also makes it a useful material for precision mirror substrates.Fused silica is produced using high-purity silica sand as the feedstock, and is normally melted using an electric furnace, resulting in a material that is translucent or opaque. (This opacity is caused by very small air bubbles trapped within the material.)...more

شیشه سیلیسی از دید nature.com

Silica (SiO2) is one of the most important and abundant materials. In the crystalline state, it exists in several polymorphic forms. It is the fundamental building block of three-dimensional framework structure found in minerals. In the amorphous form, silica glass has become a prototype system for understanding the disordered state. The study of silica glass under high pressure is particularly important and challenging as it has been used as a zeroth order model of silicate magma in the earth's interior. Numerous theoretical and a variety of experimental techniques have been employed to characterize the complex and sometimes anomalous behaviour of silica glass. The status of the research on high pressure amorphous silica has been reviewed recently. Since then many new results reaching 100 GPa or above have become available. In spite of these efforts, there is still no consensus on a number of outstanding issues such as the onset for the transformation from 4-fold coordinated quartz-like structure to 6-fold stishovite-like structure, the pressure for the completed transformation, intermediate structures, particularly the possible existence of 5-coordinated Si, and mechanisms for densification and the existence of “post-stishovite” polymorphic phase...more

شیشه سیلیسی از دید sciner.com

Fused Silica is a high purity synthetic amorphous silicon dioxide. This noncrystalline, colorless, silica glass combines a very low thermal expansion coefficient with excellent optical qualities and exceptional transmittance over a wide spectral range, especially in the ultraviolet. It is resistant to scratching and thermal shock. Fused silica is available in a number of grades for different applications. One of the important applications is High Energy Laser Optics. No other optical material matches the purity of fused silica and therefore its ability to withstand and transmit high energy laser pulses with limited absorption or damage to the material. Fused Silica is used for windows, lenses, and prisms in the transmission range 0.16mm to 3mm. Its refractive index varies from 1.55 to 1.40 through the transmission range...more

برچسب ها: شیشهسرامیک
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبریز 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبری ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت مشهد 97
نمایشگاه بین المللی صنعت مشهد 97   عنوان: بیستم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و تجهیزات سرمایشی و گرمایشی، کاشی و سرامیک، چینی، شیرآلات بهداشتی و ساختمانی بجنورد 97
نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و تجهیزات سرمایشی و گرمایشی، کاشی و سرامیک، چینی، شیرآ ...بیشتر
دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند ملی، اقتدار ملی
حضور پاکمن و دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند مل ...بیشتر
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری که در ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی شهرکرد 97
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی شهرکرد 97 & ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان کرمان 97   عنوان:&n ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97
بیستمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97   ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر