شيشه ي آلومينيوم – ايتريمي
 

شيشه هاي آلومينيوم –ايتريايي (YA) داراي درصد آلومينايي در گسترده ي تقريبي 75.6- 59.8 هستند. با اين درصد آلومينايک شيشه ي دو فازي تشکيل مي شود که در آن يک فاز قطره مانند در فاز ديگر تشکيل شده است. اين شيشه به طور خود بخودي به صورت شيشه ي آلومينيوم – ايتريمي يا مخلوطي از تبديل مي شود. درشيشه هاي YA پديده اي به نام پلي مورفيزم (Polymorphism) رخ مي دهد

شيشه ي رنگي
 

اگر چه در بيشتر کاربردهاي شيشه نياز است تا اين ماده بي رنگ باشد اما در برخي از کاربردها نياز است شيشه رنگي باشد. هنگامي که پنجره هاي يک کليسا رنگي باشد، تأثير پذيري ازمحيط بيشتر مي شود . درشيشه ها معمولا بوسيله ي افزودن اکسيدهاي انتقالي و يا اکسيدهاي عناصر خاک هاي کمياب (rave –eavth) به بچ ماده ي اوليه ي آنها، رنگي مي شوند. جدول 1 ليستي از رنگ هاي توليدي بوسيله ي مواد رنگي کننده ي شيشه هاست . زرد کم رنگ، نارنجي و رنگ هاي قرمز بوسيله ي فلزات گران بها درحالت کلوئيدي توليد مي شود. طلا (Au) رنگ قرمز، يا قوتي توليد مي کند. (البته اين شيشه ها گران قيمت هستند). سولفيد کادميم (cds) محصولاتي با رنگ زرد توليد مي کند. اما هنگامي که علاوه بر se ، cds نيز استفاده شود. محصولاتي با رنگ قرمز يا قوتي با شدت رنگ بالا توليد مي شود.

شيشه بوسيله ي افزودن دوپانت ها (dopants) رنگرزي مي شوند. در واقع با افزودن اين دو پانت ها در شيشه عيوب نقطه اي پديد مي آوريم. رنگ شيشه به نوع دو پانت و حالت اکسيداسيون آن بستگي دارد.
دو پانت ها مي توانند اثر بي رنگ کننده (decdorizo) ، پوشش دهنده (mask) يا اصلاح کننده (modify) داشته باشند. ما مي توانيم اثرات رنگي آهن را بوسيله ي افزايش cr خنثي کنيم؛ البته اگر درصد زياد باشد اضافي به صورت خارج مي شود. اگر اين شيشه به روش دميدن شکل دهي شود، اين پليت لت هاي منظم گشته و شيشه اي اپک به نام آونتورين کرومي (chromium aventurine) توليد مي کنند. مس (cu) براي توليد شيشه ي آبي مصري (Egyptian Blue glass) استفاده مي شود.
CO (کبالت ) دربرخي از شيشه هاي پالايش يافته ي توليد در قرن دوازدهم استفاده مي شده است. البته Co در توليد لعاب هاي پرسلاني مورد استفاده در چين ( در دوره ي سلسله ي منيگ وتانگ) استفاده مي شده است. کبالت مورد استفاده در اين لعاب ها رنگ آبي کبالتي توليد مي کند.
با افزودن Se به شيشه هاي دپ شده با Cds باعث پديد آمدن رنگ ياقوتي سلينومي (Selenium Ruby) مي شود. جزئيات پديد آمده ازهر کدام از اين رنگ ها به ترکيب شيميايي و شرايط پخت شيشه بستگي دارد.
شرکت کورينگ (Cornig) ميکرو بارکدهايي با شيشه دپ شده با خاکهاي کم ياب توليد کرده است. خاکهاي کم ياب داراي باندهاي نشر کم پهنا هستند و از ميان 13 عنصر خاکهاي قليايي که مورد آزمايش قرار گرفته ، تنها 4 عنصر (Tm,Ce,Tb و Dy) مي توانند در برابر تابش UV برانگيخته شوند. و لذا مي توان از آنها در شناسايي بوسيله ي UV استفاده کرد. اين نوع بارکدها همچنين مشکلات تداخل با ساير بارکدها را نيز ندارد. از اين بارکدها در کاربردهاي بيولوژيکي استفاده مي شود زيرا سمي نيستند.(البته بر چسب زني با کوانتوم دات ها خطرات کمتري دارد) و مي توان از آنها در کاربردهاي ژنتيکي استفاده کرد. با استفاده از چند عنصر خاکي کمياب مي توان ترکيب رنگي بيشتر پديد آورد.
شيشه هاي رنگي خاص شامل موارد زير مي شود :

شيشه ي ياقوتي يا کرانبري ( Cranberry )
 

شيشه ي ياقوتي با افزودن Au به شيشه سربي با حضور Sn پديد مي آيد. شيشه ي کرانبري که اولين بار در سال 1685 گزارش شده است، يک نوع شيشه ي بي رنگ (معمولاً صورتي کم رنگ ) است. علت پديد آمدن اين رنگ در صد کم طلاي موجود در آن است . راز توليد شيشه قرمز رنگ براي قرن ها ي زيادي گم شده بود و در قرن هفدهم دوباره کشف شد.

شيشه ي اورانيومي يا وازليني
 

محصولات اورانيومي هنگامي که در شيشه ي با سرب بالا استفاده شود، رنگ قرمز تيره توليد مي کند. البته شيشه هاي اورانيومي ديگري نيز وجود دارد که با صطلاح به آنها شيشه هاي وازليني (Vaseline glass) مي گويند. اين نوع شيشه ها داراي رنگ سبز هستند. مسأله اي که اين نوع شيشه ها را خاص کرده است اين است که اين نوع شيشه ها هنگام تابش اشعه ي UV به آنها ، خاصيت فلئورسانس پيدا مي کنند. از سال 1940 تنها اورانيوم تهي شده (uranium depleted) به عنوان دو پانت استفاده مي شود. علت استفاده از اين نوع دو پانت، فراواني آن است. اما از 100 سال گذشته به بعد اورانيوم طبيعي (natural uranium) استفاده مي شود.

شکل 1 مثالي از يک شيشه ي وازليني است.

ليزر شيشه اي
 

عناصر خاکهاي کم ياب (rave – earth elements) مانند Nd در توليد شيشه هاي ليزر و ساير وسايل اپتيکي کاربرد دارند. (شکل 2) . ليزر شيشه اي دپ شده با Nd (Nd-doped glass laser) مانند يک ليزر ياقوتي (ruby laser) کار مي کند . اگر چه نوع شيشه اي داراي تفاوت هايي است . ميله ي ليزر قطري بين اينچ دارد و معمولا بوسيله ي يک لامپ حلزوني تخليه مي شود. علت استفاده از لامپ هاي حلزوني اين است که طول غير بار دار اين نوع لامپ ها از لامپ هاي خطي طولاني تر است. ليزر شيشه اي دپ شده با Nd داراي بازدهي بيش از 2% است. اين بازده 4 برابر بازده يک ليزر ياقوتي است. به دليل آنکه رسانايي گرمايي شيشه پايين است بنابراين نياز به زمان بيشتري براي خنک سازي است.

رسوبات در شيشه
 

وجود رسوبات در شيشه عموما اجتناب ناپذير است. سوال اين است که چه زماني طول مي کشد تا رسوبات تشکيل شود. (مخصوصا اگر جوانه زني هموژن باشد). ما ممکن است عوامل هسته زا براي تسريع جوانه زني به شيشه اضافه کنيم. جوانه زني کريستال ها در شيشه از تئوري کلاسيک پيروي مي کند. رسوبات تشکيل شده در شيشه مي تواند موجب رنگي شدن شيشه شود.

شيشه به عنوان لعاب
 

لعاب ها مانند شيشه ها در همه جا ديده مي شوند. لعاب کاري (glazing) استفاده از ويژگي هاي ويسکوز شيشه و تشکيل يک لايه ي يک پارچه و صاف بر روي يک زير لايه ي سراميکي است.
مينا کاري (enameling) تشکيل همان لايه بر روي يک زير لايه ي فلزي است. چيزي که بايد به آن توجه کرد اين است که عموما لعاب ها قدمت زيادتري دارند. در ادامه به بيان برخي از اصطلاحات لعاب مي پردازيم:

زير لعاب ( underglaze )
 

هنگامي که يک بيسکوييت سراميکي را مي خواهيم مورد عمليات دکور قرار دهيم بايد قبل از آن يک لعاب کاري بر روي آن انجام دهيم که اين نوع لعاب را زير لعاب گويند. اين لايه به علت تشکيل بهتر دکور بر روي بدنه اعمال مي شود. پس از آن که فرآيند دکوراسيون جسم سراميکي انجام شود برروي آن يک لعاب ديگر اعمال مي شود. البته اين لعاب پيش از پخت دکور اعمال مي شود.
عيب کراولينگ لعاب ( glaze craweling )
اين عيب که در لعاب اتفاق مي افتد بدين صورت است که لعاب از لايه ي سراميکي زيرين جدا مي گردد. اين پديده به دليل عدم ترشوندگي بيسکوييت سراميکي بالعاب در طي فرآيند پخت اتفاق مي افتد.
لعاب ترک خورده ( crackle glaze )
اگر انبساط گرمايي لعاب از سراميک بستر بزرگ تر باشد، لعاب ممکن است در طي فرآيند سرد کردن (در طي پخت) بشکند. هنگامي که غلظت يون سديم و پتاسيم در لعاب بيشتر باشد، ترک ها بيشتر پديد مي آيند. هنگامي که سرعت سرد کردن بالا رود ترک هاي حاصل ريزتر مي شوند.
لعابهاي سلادون (celadon )، تنموکو (tenmoku)، راکو (raku) و کوپر ( copper) لعاب هاي ويژه اي هستند که در دنياي هنر سراميک يافت مي شوند.
لعاب هاي سلادون
اين لعاب ها اولين بار در حدود 3500 سال پيش توليد شده اند. اين لعاب ها داراي گستره ي رنگي از آبي کم رنگ تا سبز مايل به زرد هستند و مي توانند رنگي کاملا تيره پديد آورند. رنگ توليدي در اين لعاب ها بوسيله ي آهن توليد مي شود(3.o - o.5 در صد به لعاب افزوده مي شود). ظروف لعاب خورده توسط اين نوع لعاب سپس در دماي تقريباً پخت مي گردند. ظروف توليد شده با اين لعاب ها زيبايي خاصي داشته و در کاربردهاي تزئيني استفاده مي شوند. مثلا کوزه ي لعاب خورده با اين لعاب که درکشور کره توليد شده است، درسال 1946 از سوي کشور کره به هاري ترومن رئيس جمهور آمريکا هديه شد. امروزه اين ظرف که 23cm ارتفاع دارد قيمتي برابر با 3 ميليون دلار دارد.
لعاب تنموکو
اين نوع لعاب در زمان سلسله ي سونگ (sung Dynasty) بوجود آمده است. و داراي رنگ قهوه اي تيره يا حتي سياه است. براي ايجاد اين رنگ ميزان 8-5 درصد وزني به لعاب افزوده مي شود. تشکيل مناسب اين نوع لعاب به شرايط اکسايش – کاهش اتمسفر پخت بستگي دارد. و در شرايط مختلف اکسايش و کاهش رنگ هاي متنوعي پديد مي آيد. در لعاب هاي کوپرنيز از کربنات مس به عنوان منبع Cuاستفاده مي شود. البته در طي فرآيند پخت تجزيه گشته و Cuoباقي مي ماند. Cuo توليد نيز با مونواکسيدکربن (CO) موجود در کوره واکنش داده تا ذرات مس در لعاب تشکيل شوند. اين ذرات رنگ قرمز به لعاب مي دهند.
لعاب هاي راکو
لعاب هاي راکو اغلباً لعاب هايي فلزي به نظر مي رسند. (اگر بوسيله ي يک لايه از فلز Ti پوشش داده شده باشند)
يک روش پيشرفته در توليد لعاب هاي راکو بدين صورت است که ظروف سراميکي به شيوه ي معمولي پخت مي شوند سپس آنها را در داخل يک محيط کاهنده مانند خاک اره وارد مي کنند و سپس آنها را قبل از آنکه بتوانند اکسيد شوند، به سرعت سرد مي کنند. اين نوع لعاب ها اغلبا حالت استثنا داشته و مي توانند با زمان تغيير کنند. اين مسئله ساده است. زيرا آنها در طي فرآيندهاي بعدي توليد اکسيد مي شوند. اين نوع لعاب بر خلاف ساير لعاب ها خنثي نبوده و تنها براي دکوراسيون استفاده مي شوند.
لعاب هاي کريستالي ( crystalline glaze )
اين نوع لعاب ها ، لعاب هايي دکوراسيوني هستند اما به طور مستقيم با تکنولوژي تشکيل شيشه – سراميک در ارتباطند. کريستال ها بوسيله ي سرد کردن آهسته لعاب ايجاد مي شوند. اين سرد کردن آهسته به کريستال هاي لعاب اجازه ي رشد کردن مي دهند. رشد اين کريستال ها مد نظر است؛ زيرا لعاب ضخامت کمي داشته و از اين رو کريستال ها بايد به صورت پليت لت (platelets) در آيند. براي آنکه عمل رشد کريستال ها بهتر انجام شود از جوانه زاهاي تيتانيايي استفاده مي شود. اين نوع جوانه زاها در لعاب هاي باويسکوزيته ي پايين استفاده مي شوند و در آنها تشکيل مي شود. ترکيب شيميايي اين نوع لعاب ها بسيار مهم است. در آن و به ميزان کم و Pbo به ميزان 10-8 درصد وزني استفاده مي شود. رشد کريستال با اضافه شدن fe به لعاب افزايش مي يابد. اما اين اضافه شدن مي تواند همچنين موجب پديد آمدن اثراتي بر ساير دو پانت هاي اضافه شده به لعاب شود.
سفالگران امروزي از به عنوان اصلاح کننده و توليد کننده ي کريستال هاي ويلمايت (Crystals Willemite) استفاده مي کنند. (ويلمايت يک مينرال کمياب از روي است). اين تکنيک نيازمند مهارت ويژه است. زيرا افزودن مقادير زياد به لعاب باعث مي شود ويسکوزيته ي آن حتي در دماهاي پايين نيز کم باشد، بنابراين اين مسئله باعث مي شود که لعاب از روي سطح سفالي جريان پيدا کند. رشد اسفروليتي (Spherulite growth) از جوانه زا در لعاب در شکل 3 نشان داده شده است. هر اسفروليت در واقع توده اي از کريستال هاي شعاعي است که با توجه به مرکز اسفروليت دورهم گرد آمده اند.

لعاب هاي اپک ( opaque glazes )
اگر به لعاب مذاب کريستال هايي افزوده شود، لعاب مي تواند اپک شود. براي اين کار مي توان ازO_2 S_n يا زير کن استفاده کرد. که زير کن ارزان تر است . براي توليد رنگ سفيد در لعاب هاي زيرکني (Zircon glaze) استفاده مي شود. براي اپک کردن کمتر از استفاده مي شود زيرا کريستال هاي روتايل طلايي رنگ هستند. و بنابراين لعاب را به رنگ زرد در مي آورند. ما همچنين مي توانيم با تشکيل کريستال لعاب را اپک کنيم (مثلا ولاستونيت:. اين کار بوسيله ي عمليات حرارتي مناسب، حبس کردن گاز (هوا يا ) ) و يا بوسيله ي جدايش فازي مايع – مايع انجام مي شود. لعاب هاي مات (Matt glazes) بوسيله ي تشکيل کريستال هاي بسيار کوچک در لعاب بوجود مي آيند (مثلا کريستال هاي ولاستونيت براي لعاب هاي مات – آهکي و وبليمايت (:Willemite ) براي لعاب هاي مات – زينک). کريستال هاي ريز ولاستونيت بوسيله ي افزودن کلسيت به لعاب پايه سيليس تشکيل مي شود. يک روش ديگر براي اين کار افزودن مقادير زيادي از ماده ي کريستالي به لعاب است تا در طي فرآيند پخت درصدي از آن به صورت کريستالي باقي بماند.

منبع انگليسي مقاله : Ceramic Materials/by:C.Barry Crater.M.Grant Norton ادامه دارد...