الزجاج يستعمل في عمل مئات المنتجات التي نستخدمها في حياتنا اليومية. تُبين الصور بعض الاستعمالات الكثيرة لهذه المادة القيمة.
الزُّجـاج مادة من أكثر المواد فائدة في العالم. وهو يصنع بشكل رئيسي من الرمل والصودا والجير.
وللزجاج استعمالات كثيرة لايمكن حصرها؛ فهناك من الأطعمة ما يحفظ في جرار زجاجية، كما يتناول الناس بعض أنواع الشراب من كؤوس زجاجية. وهناك نوافذ مباني البيوت، والمدارس، والمكاتب وكلها تصنع من الزجاج. كما أن أولئك النفر من الناس الذين يشكون من مشكلات في بصرهم يلبسون النظارات. ويستعمل العلماء في معاملهم أوعية زجاجية، ومقاييس درجة الحرارة (الترمومترات). ولهم عدسات زجاجية في المجاهر (الميكروسكوبات) التي يستعملونها وكذلك التلسكوبات.
وبالإضافة إلى فائدة الزجاج، فإنه يستعمل كذلك في الزخارف والتجميل. ومنذ عرف الناس كيف يصنعون الزجاج، فإنهم لجأوا إلى استعماله أيضًا باعتباره مادة فنية.
ويمكن أن يصاغ الزجاج في أشكال شتى كأن يغزل بحيث يستخرج منه خيط أرفع من خيط العنكبوت. كما أنه يمكن أن يصبح كالعجينة الطيعة ثم يصاغ ليصبح مرآة تلسكوب، يصل وزنها إلى عدد كبير من الأطنان. ويمكن أن يصنع ليكون أقوى من الفولاذ، وأضعف وأكثر هشاشة من الورق. ومعظم الزجاج شفاف، كما أن بالإمكان تلوينه بأي لون.
أنواع الزجاج
عندما يتحدث الناس عن الزجاج فإنهم، عادة، يعنون تلك المادة الشفافة اللامعة التي تتكسر بسهولة. وربما يُظنّ أن الزجاج الذي يستعمل في النوافذ أو الذي يستعمل في عدسات النظارات هما من مادة واحدة. والواقع أن الأمر ليس كذلك. فهناك أنواع كثيرة من الزجاج، بل إن هناك شركة أمريكية واحدة هي شركة كورننج لأعمال الزجاج استطاعت وحدها أن تصنع أكثر من 100,000 نوع من الزجاج. وتتناول هذه المقالة بالبحث أنواعًا مهمة عديدة من الزجاج، كما تتناول استعمالاتها المختلفة.
الزجاج المسطح. يُستعمل بشكل رئيسي في النوافذ، كما يستعمل في المرايا وفي الفواصل بين الحجرات وبعض أنواع الأثاث. ويصنع الزجاج المسطح في شكل رقائق. غير أن بعضها ـ مثل النوع الذي يستعمل في نوافذ السيارات ـ يعاد تسخينه ويوضع في قالب مقوّس لكي يخرج بالشكل الذي يناسب السيارة التي سيركّب عليها.
ويمكن تصنيف الزجاج المسطح إلى الرقائق والألواح الزجاجية والزجاج الطافي. ويستعمل زجاج الرقائق في نوافذ البيوت. أما الألواح الزجاجية والزجاج الطافي فإن لهما سطحًا بالغ النقاء والصفاء والنعومة. وتستعمل هذه الأنواع عندما تدعو الحاجة إلى رؤية نقية ومضبوطة إلى حد بعيد مثل زجاج السيارات وزجاج المعارض في الأسواق.
الأواني الزجاجية. تستعمل الآنية الزجاجية لتعبئة الأطعمة والمرطبات والأدوية والكيميائيات ومواد التجميل. وتصنع أنواع شتى من الجرار الزجاجية والقوارير سواء في شكلها، أو حجمها، أو لونها. وكثير من هذه الأنواع يستعمل في الأشياء العادية، مثل زجاجات المشروبات الخفيفة أو الجرار التي تستعمل في المنازل لحفظ بعض الأطعمة. وهناك أنواع أخرى تصنع من تركيبات زجاجية خاصة للتأكد من أنه لن يكون هناك أي تلوث أو تدهور في بلازما الدم أو الأمصال أو الكيميائيات المخزونة فيها. انظر:الزجاجة .
السيراميك الزجاجي يستخدم في وسائل التحكم في تلوث السيارات (أعلاه) وهو يحول غازات العادم السامة إلى مواد غير ضارة. ونتيجة للاستعمال، يتحول لون جهاز القياس من اللون البني إلى الأسود.
الخزف الزجاجي. ويسمى أيضًا السيراميك الزجاجي. وهذه مواد قوية تصنع عن طريق تسخين الزجاج بحيث يعاد تنظيم ذراته لتصبح أنماطًا منتظمة تُسمُّى بلورات. وهذه المواد المتبلورة تحمل درجات الحرارة العالية والتأثيرات الكيميائية والتغيرات المفاجئة في درجات الحرارة. وتستخدم هذه الأنواع في عدد كبير من المنتجات بما في ذلك أواني الطبخ المقاومة للحرارة. وفي المحركات التوربينية، والمعدات الكيميائية والإلكترونية وفي أعلى القمم المخروطية للصواريخ الموجهة.
أنواع خاصة من الزجاج. وهذه تشمل أنواعًا كثيرة من الزجاج الذي اخترع منذ سنة 1900م. وحتى هذا الوقت، كان كل الزجاج المستعمل تقريبًا هو الزجاج المسطح، والأواني الزجاجية، وزجاج البصريات، وزجاج الزخارف. وفيما يلي ستجد وصفًا لواحد وعشرين نوعًا من أنواع الزجاج الذي ينفرد كل منها بخاصية معينة.
زجاج الأمان المصفَّح. شطائر تصنع عن طريق إلصاق شرائح من مادة بلاستيكية بأخرى من زجاج مسطح، الواحدة بعد الأخرى بالتبادل لتكوين هذا الزجاج. وقد تنكسر طبقة الزجاج الخارجية إذا ارتطم بها جسم طائر، ولكن الطبقة البلاستيكية المطاطية الملصقة بها تتمّدد وتمسك بالقطع المهشمة وتمنعها من التطاير في كل اتجاه. ويستعمل هذا الزجاج المصفَّح عندما يخشى أن يُحدِث الزجاج المتطاير إصابات خطرة كما يحدث أحيانًا عندما ينكسر زجاج مقدمة السيارات.
الزجاج المقاوم للطلق الناري. زجاج سميك مصنوع من طبقات متعددة مصفحة. ويمكن لهذا الزجاج أن يوقف حتى الطلقات ذات العيار الثقيل التي تطلق من مسافات قريبة. والزجاج المقاوم للطلق الناري ثقيل بحيث يمكنه امتصاص طاقة الرصاصة، كما أن طبقات البلاستيك المتعددة تمسك القطع الصغيرة المتطايرة من الزجاج. ويستعمل هذا الزجاج في الدبابات الحربية والطائرات ولحماية الموظفين الذين يعملون في البنوك.
زجاج الأمان المقوّى. يختلف عن الزجاج المصفَّح في أنه قطعة واحدة عولجت حراريًا بطريقة خاصة، وهي في مظهرها، وملمسها، ووزنها تشبه الزجاج العادي تمامًا. ولكن قد تصل قوتها إلى خمسة أضعاف قوة الزجاج العادي. ويستعمل الزجاج المقوّى بصورة واسعة في الأبواب الزجاجية في المحلات التجارية ولنوافذ السيارات الجانبية والخلفية ولغير ذلك من الأغراض الخاصة. ومن الصعوبة بمكان كسر هذا الزجاج حتى ولو ضرب بمطرقة. وعندما ينكسر فإن قطعة الزجاج بأكملها تنهار وتتحطم وتتهشم في شكل شظايا صغيرة مثلَّمة الأطراف.
زجاج الإنشاءات الملون. يتوافر في ألوان كثيرة، وهو زجاج في شكل ألواح ثقيلة. ويستعمل هذا الزجاج في واجهات المباني الخارجية وللجدران الداخلية، والفواصل وأسطح المناضد العلوية.
زجاج الأُُوبال. لهذا الزجاج جسيمات صغيرة في جسم الزجاج، وتقوم هذه الجسيمات بتشتيت الضوء الذي يمر خلالها؛ وهذا يجعل الزجاج يبدو في لون الحليب. ومن بين العناصر الضرورية المستعملة في صنع هذا الزجاج الفلوريد. ويستخدم هذا الزجاج بكثرة في تركيبات الإنارة والمناضد.
الزجاج الزغوي. عندما يقطع فإنه يبدو وكأنه قرص عسل أسود. وهو مليء بخلايا دقيقة كثيرة من الغاز، وقد أحيطت كل منها وعزلت تمامًا عن الأخريات بجدران رفيعة من الزجاج. والزجاج الزغوي خفيف جدًا فهو يطفو على سطح الماء وكأنه فلين. ويستعمل بكثرة عازلاً للحرارة في المباني وفي صنع أنابيب البخار، وفي المعدات الكيميائية. ويمكن قطع الزجاج الزغوي في أشكال مختلفة باستعمال المنشار.
طوب البناء الزجاجي يصنع من نصفين مجوفين وقد ألصقا بعضهما ببعض في درجة حرارة عالية. ويعتبر طوب البناء الزجاجي عازلاً جيدًا ضد الحرارة أو البرودة بسبب الفراغ المملوء بهواء ساكن بالداخل. ويرص طوب البناء الزجاجي بعضه فوق بعض مثل الطوب وذلك لعمل جدران توفر الخصوصية، ولكنها لا تحجب الضوء.
الزجاج المقاوم للحرارة. به نسبة عالية من السليكا كما أنه يحتوي في العادة على حمض البوريك، ويمكِّن مُعامِل تمدده المنخفض من تحمل تغيرات كبيرة في درجة الحرارة دون أن يتشقق، وهذا أمر مهم في الأجهزة الكيميائية وأواني الطبخ وفي غيرهما من الاستعمالات الصناعية والمنزلية.
الأدوات المعملية الزجاجية. تشمل الكؤوس الكبيرة والدوارق، وأنابيب الاختبار والأجهزة الكيميائية الخاصة. وتصنع هذه الأشياء من زجاج مقاوم للحرارة ليتحمل صدمات درجات الحرارة العنيفة بالإضافة إلى أنه أكثر مقاومة للكيميائيات من الزجاج العادي.
زجاج الاستعمال الكهربائي. للزجاج العادي خواص معينة تجعله مفيدًا في الأعمال الكهربائية. ومن هذه الخواص الشفافية والقدرة على مقاومة الحرارة، ومقاومة سريان التيار الكهربائي والقدرة على الالتصاق والالتحام بقوة بالمعادن دون أن يتشقق. ونظرًا لهذه الخصائص، فإن الزجاج قد استعمل للمصابيح الكهربائية والأنابيب الإلكترونية وأنابيب التلفاز.
الزجاج الموصل للحرارة. للزجاج العادي فائدته كعازل ممتاز للحرارة وليس كموصِّل لها. وعلى كل حال، فإنه يمكن رش الزجاج بطبقة خفيفة غير مرئية من بعض الكيميائيات، وستؤدي هذه الطبقة إلى توصيل كهرباء كافية لتسخين الزجاج بالرغم من أنّ الزجاج نفسه لا يحمل أي تيّار. وهذه الحقيقة تجعل من الممكن صنع سخَّانات طعام كهربائية وأجهزة تدفئة للغرف.
الألياف البصرية الزجاجية. ألياف زجاجية مطلية بمادة خاصة يمكن أن تنثني لنقل الضوء حول الزوايا أو في أماكن أصغر من أن يدخلها المصباح الكهربائي. وتستعمل هذه في التحكم على شاشات اللوحات وبعض أنواع الأدوات الطبية. ويمكن للألياف البصرية النقية جدًا الرفيعة المسماة دليل الموجات البصرية الليفية أن تنقل الإشارات الهاتفية والتلفازية عبر مسافات طويلة. انظر: البصريات الليفية.
الأنابيب الزجاجية. تستعمل لعمل المصابيح المتوهجة والمصابيح الفلورية والأنابيب الإلكترونية ولافتات النيون والمواسير الزجاجية والأجهزة الكيميائية. وتصنع الأنابيب من أنواع مختلفة من الزجاج وبأحجام كثيرة.
الألياف الزجاجية. (فايبر جلاس) تطورت إلى صناعة ضخمة في سائر أنحاء العالم منذ أن ظهرت في الثلاثينيات من القرن العشرين. وكل ليفة إنما هي قضيب من زجاج رقيق إلا أنه صلب، وفي معظم الأحيان، يبلغ سمكه أقل من واحد على عشرين من سمك شعرة الإنسان. ويمكن تعبئة هذه القضبان الدقيقة معًا دون تضييق، في كتلة أشبه بكتل الصوف بغرض العزل الحراري. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه بالإمكان استخدامها كألياف الصوف والقطن لصناعة خيوط غزل زجاجية أو شريط أو قماش أو حصائر. وللألياف الزجاجية استعمالات كثيرة، فهي تستعمل في العزل الكهربائي، وللتنقية الكيميائية ولملابس رجال المطافي. وإذا تم دمجها مع البلاستيك فإن الألياف الزجاجية يمكن استعمالها في صناعة أجسام السيارات. وتعتبر الألياف الزجاجية مادة مرغوبًا فيها لعمل الستائر لأنها غير قابلة للاحتراق كما أنها يمكن غسلها. انظر: الألياف الزجاجية.
الزجاج الماصّ للإشعاع والناقل له. هناك أنواع معينة يمكنها أن تنقل وتعدل وتصد الحرارة والضوء والأشعة السينية وغيرها من أنواع الأشعة. فمثلاً، نجد أن زجاج الأشعة فوق البنفسجية يُدخل الأشعة التي تسبب السمرة للبشرة (وهي أشعة الشمس فوق البنفسجية)، ولكنه يعزل قسمًا من الحرارة. وهناك زجاج آخر ينقل أشعة الحرارة بحرية، ولكنه يسمح بمرور ضوء مرئي قليل. وهناك أيضًا الزجاج البلوري الذي يمنع الضوء اللامع. وهناك الزجاج ذو الاتجاه الواحد وهو مطلي بطريقة خاصة بحيث يمكن للمرء أن يَرى من خلال النافذة دون أن يُرى من الجانب الآخر. انظر: الضوء المستقطب.
زجاج البصريات يستعمل لعدسات النظارات والميكروسكوبات والتلسكوبات وعدسات آلات التصوير وغيرها من الآلات التي يقل استعمالها عمومًا في المصانع والمعامل. ويجب أن تكون المواد الخام نقية حتى يكون الزجاج المستخرج خاليًا من جميع العيوب تقريبًا. إن الاهتمام والحذر الذي يتخذ في صنع الزجاج البصري يجعل هذا الزجاج عالي التكاليف إذا قورن بغيره من الزجاج. انظر:النظارات؛ العدسة ؛ المجهر ؛ التلسكوب .
زجاج الليزر نوع من زجاج البصريات يحتوي على مواد فلورية، وهي تحدث ضوءًا كثيفًا ضيقًا يُسمَّى ضوء الليزر. ويُستعمل زجاج الليزر في أجهزة بحوث التحام الليزر وفي الأجهزة التي تُعَدُّ لمعرفة المدى.
الزجاج غير المرئي يستعمل بصفة رئيسية لعدسات آلات التصوير المطلية والنظارات. وهذا الطلاء غشاء كيميائي خاص يوضع على الزجاج ليقلل من الفقدان العادي للضوء عن طريق الانعكاس. وبهذه الطريقة يسمح بمرور مزيد من الضوء من خلال الزجاج.
الزجاج الحساس للضوء يمكن تعريضه للضوء فوق البنفسجي، كما يمكن تعريضه للحرارة حتى يمكن لأي نموذج أو صورة فوتوغرافية أن يعاد إظهارها داخل جسم الزجاج نفسه. ولما كانت الصورة المطبوعة ستصبح بعد ذلك جزءًا واقعيًا من الزجاج، فإنها ستبقى موجودة طالما بقي الزجاج.
الزجاج الكيميائي الضوئي تركيبة خاصة من الزجاج الحساس للضوء الذي يمكن أن يقطع بالحامض. ويمكن إظهار أي تصميم على الزجاج من قلم فوتوغرافي. وعندما يُغمس الزجاج في الحمض، فإن الأجزاء التي تعرضت للضوء ستتآكل تاركة التصميم في الزجاج بثلاثة أبعاد. وبهذه الطريقة يمكن عمل نماذج الزجاج الشبيهة بالزركشة.
والزجاج الذي يتلون مع الضوء يشوبه التعتيم عندما يتعرض للأشعة فوق البنفسجية، ثم يصبح صافيًا مرة أخرى عند زوال الأشعة. ويستعمل هذا الزجاج في النوافذ، وفي النظارات الشمسية وفي أدوات السيطرة على الأجهزة.
طرق صنع الزجاج
صنع الزجاج بالآلات
يُصنع الزجاج بطريقة تشبه بعض الشيء الطريقة التي يصنع بها الطاهي حلوى التوفي. فصانع الزجاج يقوم بخلط كمية كبيرة من الرمل مع كميات قليلة من الجير والصودا وغيرها من المواد ليعطي للزجاج بعض الخواص. ويمكن أن تتكون المكونات الأخرى من الألومنيوم وأكسيد الزرنيخ الأبيض بتسخين هذا الخليط أو جزء منه في فرن حتى يصبح كتلة من السائل الكثيف اللزج. وعندما يبرد هذا المزيج يصبح زجاجًا. وتُستعمل ملايين الأطنان من الرمل كل سنة لصنع الزجاج. ومع كل، فإن هناك أنواعًا خاصة من الزجاج تصنع دون أن يستعمل فيها الرمل مطلقًا.
زجاج الصودا والحجر الجيري. هو الذي يستعمل للزجاج المسطح ومعظم الأوعية ومصابيح الإضاءة الكهربائية وكثير من الأشياء الصناعية والفنية. وتبلغ نسبة هذا الزجاج نحو 90% من إجمالي الزجاج المصنوع في العالم، كما أنه ما زال يصنع من نفس المواد التي كان يصنع منها منذ مئات السنين. وتبلغ نسبة السليكا (الرمل) في هذا الزجاج 72%، وبه 15% من أكسيد الصوديوم، و9% من أكسيد الكالسيوم (الجير)، و4% من مقوِّمات أخرى ثانوية.
ويتم الحصول على السليكا من أماكن التنقيب عن الحجارة الرملية، ثم تطحن إلى رمل ناعم ويغسل جيدًا. ويتم الحصول على معظم أكسيد الصوديوم من رماد الصودا الذي يستخرج من معدن الترونا أو الملح، أما أكسيد الكالسيوم فإنه عادة ما يتم الحصول عليه من الحجر الجيري أو الدولميت. والمعروف أن زجاج الصودا والحجر الجيري غير مُكَلِّف ومن السهل صهره وتشكيله، كما أنه متين إلى حد معقول.
القناني الزجاجية المنفوخة تتحرك إلى الحزام الناقل الذي يحملها إلى فرن التلدين. وهناك يتم تبريد وإعادة تسخين القناني لتقوية الزجاج.
زجاج الصودا والرصاص. يطلق على هذا النوع من الزجاج عادة زجاج الرصاص أو البلور (الكريستال). ويصنع هذا الزجاج عن طريق الاستعاضة بأكسيد الرصاص عن أكسيد الكالسيوم، وفي كثير من الأحيان عن جزء من السليكا المستعملة في زجاج الحجر الجيري. وزجاج الصودا والرصاص لين ناعم سهل الانصهار، وتكلفته أكثر بكثير من تكلفة زجاج الصودا والحجر الجيري.
ولزجاج الرصاص والصودا بعض الخواص البصرية القيمة، مما جعله يستعمل على نطاق واسع في زجاج المناضد الرائعة والأشياء الفنية. وبالإضافة إلى ذلك، فإن أكسيد الرصاص يُحسِّن الخواص الكهربائية للزجاج.
زجاج البوروسليكات. زجاج يقاوم الصدمة الحرارية وهو معروف أكثر بأسمائه التجارية مثل البايركس والكيموكس. ويحتوي هذا الزجاج على 80% من السليكا و 4% فقط من القلويات و2% من الألومنيوم و13% تقريبًا من أكسيد البوريك. وتبلغ مقاومة هذا الزجاج للصدمات الحرارية ثلاثة أضعاف زجاج الصودا والحجر الجيري، وهو ممتاز في الاستعمالات الكيميائية والكهربائية. وهذا الزجاج يمكِّن من إنتاج أوعية الخَبْز وخطوط الأنابيب الزجاجية.
زجاج السليكا المنصهر. لهذا الزجاج مقاومة عالية للصدمات الحرارية. وهو يتكون كليًا من السليكا، ويمكن تسخينه إلى درجة حرارة عالية للغاية، ثم يدخل في ماء بارد كالثلج دون أن يتصدع. وزجاج السليكا المنصهر هذا عالي التكلفة لأن درجات الحرارة المرتفعة إلى درجة استثنائية يجب أن تستمر أثناء إنتاجه. ويستعمل هذا الزجاج في معدات المعامل والألياف البصرية لمرشدات الموجات.
زجاج الـ 96% سليكا. يقاوم الحرارة تمامًا كما يفعل زجاج السليكا المنصهر تقريبًا. ولكنه أقل تكلفة في إنتاجه. ويتكون هذا الزجاج من خليط خاص للبوروسليكا بعد أن يُصنع بمسام عن طريق معالجة كيميائية. وتنكمش المسام عندما يسخن الزجاج تاركة سطحًا شفافًا ناعمًا.
زجاج النوافذ الملون استعمل في التزيين منذ القرن الحادي عشر الميلادي. لقد أُنشئت هذه النافذة بوساطة لويس سي تيفاني الذي أصبح رائد تصميم الأواني الزجاجية في أواخر القرن التاسع عشر الميلادي.
الزجاج الملوَّن. كان قدماء المصريين يصنعون زجاجًا ملونًا بسبب بعض الشوائب التي كانت تختلط بالمادة الخام أحيانًا. وكانوا يعرفون أنه بالإمكان الحصول على ألوان براقة وذلك بإضافة بعض المكونات. ووجد الرومان أنه بالإمكان تحييد ألوان الشوائب بإضافة المنجنيز أو الإثمد (الأنتيمون). وتضاف الآن بعض الأكاسيد إلى الزجاج لتلوينه. فقد وجد مثلاً أن جزءًا واحدًا من أكسيد النيكل إلى 50,000 جزء زجاج ينتج عنه لون خفيف يتراوح بين الأصفر والبنفسجي اعتمادًا على قاعدة الزجاج الأساسية. ويعطي جزء واحد من أكسيد الكوبالت إلى 10,000 جزء زجاج زرقة كثيفة.
ويصنع الذهب الأحمر بإضافة أكسيد الذهب أو النحاس أو السيلنيوم. كما يمكن الحصول على أنواع أخرى جميلة من الزجاج الملون بإضافة كيميائيات أخرى. ويمكن جمع قطع صغيرة من الزجاج الملون لتشكل صورًا أو تصاميم زخرفية للنوافذ الزجاجية الملونة.
كيف يصنع الزجاج
تختلف مصانع الزجاج اختلافًا كبيرًا عن المصانع الأخرى. ففي مصانع الزجاج براميل ضخمة، وصوامع لحفظ المواد الخام الخاصة بصنع الزجاج وهي الرمل ورماد الصودا والحجرالجيري والبوراكس. وجل هذه المواد مساحيق جافة يشبه بعضها بعضًا، ولكنها مع ذلك قادرة على إظهار نتائج مختلفة جداً. أما منافذ التهوية الضخمة الموجودة في السقف، والمداخن الكبيرة، فإنها تطلق الحرارة الهائلة المطلوبة لصهر هذه المساحيق الجافة ولتجعل منها سائلاً ساخنًا أبيض اللون. وفي الطرف الحار من مصنع الزجاج، توجد الأفران.
الخلط. تصل المواد الخام الرئيسية إلى مصنع الزجاج في عربات للسكك الحديدية وتُخزن في صوامع ضخمة. وبعد أن توزن وتخلط آليًا بالنسب الصحيحة يضيف صانع الزجاج كُسارة زجاج، وهي قد تكون زجاجًا يعاد تصنيعه، أونفايات زجاج من انصهار سابق لنفس النوع من الزجاج. وبإضافة 5% إلى40% من الكُسارة إلى الكمية الجديدة من الزجاج، فإنك تستعمل مواد لو لم تستخدم لأضحت من النفايات. وعلاوة على ذلك، فإن إضافة كسارة الزجاج تقلل من كمية الحرارة المطلوبة لصهر هذه الكمية الجديدة من المواد الخام. وبعد الخلط، فإن الكمية تنتقل إلى وحدات الانصهار في عربات أو أواني حمل أو سيور حمل.
آلات الضغط تكوِّن منتجات الزجاج المسطح كما هو موضح أعلاه. تم صب الزجاج المائع في قوالب وتم ضغطه للشكل المطلوب بوساطة المكابس.
الصَّهر. في العهود الماضية كانت الكميات تصهر في جرار صغيرة من الطين مقاومة للصهر، وتُسخَّن عادة بحطب الوقود. ولكن هناك اليوم جرارًا خاصة تكفي لكمية تزن إلى ما مقداره 1400 كجم من الزجاج. وتسخن هذه الجرار بالغاز أو الزيت، ويمكن للفرن الواحد أن يتسع لعدد يتراوح بين 6 و20 جرة. وما زالت تصنع كميات قليلة من زجاج البصريات وزجاج الفنون والزجاج الفاخر في مثل هذه الجرار المقاومة للصهر.
وتُصنع الكميات من الزجاج في أفران يطلق عليها خزَّانات اليوم، لأن العملية التي تتم فيها تستغرق عادة نحو 24 ساعة. ويملأ الخزان اليومي بالمواد الخام، ويُصهر الزجاج، ويُستعمل كله قبل أن يملأ الفرن مرة ثانية. وتتسع هذه الخزانات اليومية لكمية تتراوح بين 1 و35 طنًا متريًا من الزجاج.
ويُصهر معظم الزجاج في أفران كبيرة تسمى الخزانات المستمرة. ويستطيع أكبر هذه الخزانات المستمرة أن تصهر ما بين 360 و540 طنًا متريًا يوميًا لإنتاج الزجاج المسطح. وفي الإمكان صهر ما بين 45 و270 طنًا متريًا من زجاج الأوعية يوميًا. وتستخدم خزانات مستمرة أصغر حجمًا لإنتاج معظم منتجات الزجاج الأخرى. وتتم التغذية بالمواد الخام في ناحية التحميل بالسرعة التي يؤخذ فيها الزجاج المنصهر من الجهة التي يجري فيها العمل. ويستمر التحميل والصهر والعمل منذ أن تشعل النيران أول مرة حتى يتم إطفاؤها في نهاية الفترة التي تُسمّى الحملة. وفي العادة، تستمر هذه الحملة لفترة قد تمتد إلى خمس سنوات. ويُحدد طول فترة الحملة دائمًا بتآكل جدران الطوب المقاوم للحرارة المصنوع منه الفرن. وهذه الجدران تتآكل وتتلاشى بفعل حرارة الزجاج.
كيف يُشكَّل الزجاج ويجهَّز
هناك أربع طرق رئيسية لتشكيل الزجاج وهي: النفخ والكبس والسحب والصب. وبعد عملية التشكيل تأتي عملية التقوية لاستعادة قوة الزجاج ومتانتة، كما يمكن استخدام طرق للتقوية وغيرها من الطرق المؤدية إلى تجهيز الزجاج بالمتانة المطلوبة.
نفخ الزجاج بدون استعمال قوالب
النفخ. نفخ الزجاج دون استعمال قوالب فن قديم يرجع تاريخه إلى حوالي 2000 سنة. وتتم هذه العملية بغمس أنبوبة نفخ من الحديد طولها بين 1,2 و 1,5 من الأمتار في الزجاج المنصهر الذي يلتصق بعض منه بطرف الأنبوبة الذي يكون شكله أشبه بالكمثرى. ويبدأ أحد العمال في النفخ بلطف في الأنبوبة حتى ينتفخ الزجاج ويتجاوب مع نفخ العامل الذي يقوم بإعطائه الشكل المطلوب عن طريق النفخ. ويمكن للزجاج وهو في هذه المرحلة أن يعصر ويمط ويفتل ويقطع. ويقوم العامل بتسخين هذا الزجاج مرة بعد أخرى للحفاظ عليه طريًا مرنًا. وعندما يصاغ الزجاج الساخن في شكله النهائي المطلوب، فإن هذا الشكل يكسر من طرف الأنبوبة الحديدية. وبالإمكان نفخ الزجاج في قوالب حديدية سواء باليد أو بالآلات.
الكبس. يصحب الكبس إسقاط كتلة زجاجية ساخنة في قالب، ثم تكبس بمكبس حتى تنتشر كتلة الزجاج وتملأ جوف القالب، ولكي تُكبس هذه الكتلة، يجب أن يتمَّ تشكيل المادة بطريقة تُمكِّن من سحب المكبس. وتستخدم عملية الكبس عادة في صنع أطباق الخبز والكتل الزجاجية والعدسات وطفايات السجاير. وكما هي الحال في عملية النفخ، فإنه بالإمكان أيضًا إجراء عملية الكبس إما باليد وإما بالآلات سواء بقالب مفرد أو مزدوج. وتستخدم آلات النفخ والكبس مجموعة من طرق الكبس والنفخ لصنع المادة المطلوبة. وهناك كثير من الأوعية الزجاجية التي تصنع بهذه الآلات.
سحب الزجاج هو الطريقة المستعملة لتشكيل الزجاج المسطح والأنابيب الزجاجية. يُشكِّل لوح الزجاج المسطح الموضح أعلاه في حوض من القصدير المنصهر ثم يُلدّن بعد ذلك. وتتحرك الألواح المنتهية إلى آلة تقطعها إلى ألواح أصغر. وفي المنظر الموضح (إلى اليسار) نهير من الزجاج المنصهر يسحب من الفرن إ لى أسطوانات دوارة تشكِّل الأنابيب الزجاجية.
السحب. هو الطريقة التي تُستخدم لتشكيل الزجاج المسطح وأنابيب الزجاج والألياف الزجاجية. وتكاد تكون جميع أنواع الزجاج المسطح المصنوع هذه الأيام زجاج طفو. ويشكَّل هذا النوع عن طريق سحب صحيفة عريضة من الزجاج المنصهر في صهريج من القصدير المنصهر. ويسمى هذا الصهريج الحمّام الطافي لأن الزجاج يطفو في طبقة مستوية على سطح القصدير المنصهر البالغ النعومة. ويُضبط التسخين في حمام الطفو بحيث تُصهر أية خشونة قد تعلق بالزجاج. ولما كان الزجاج ينصهر في درجة حرارة أعلى من تلك التي ينصهر عندها القصدير فإنه بالإمكان نقله من القصدير المنصهر لمزيد من التبريد. وعندما يُشكَّل الزجاج المسطح في حمام طفو، فإن كلا الجانبين يخرج بشكل لامع بحيث لا يحتاج إلى شيء من الصقل والتهذيب.
وتُصنع الأنابيب الزجاجية بسحب الزجاج المنصهر لينساب حول أسطوانة دوَّارة أو مخروط يُسَمَّى قلب التشكيل. وبنفخ الهواء من خلال قلب التشكيل، فإن الزجاج يكوّن أنبوبة مستمرة على الدوام. أما الألياف الزجاجية فإنها تصنع عن طريق سحب الزجاج المنصهر من خلال ثقوب دقيقة جدًا في قاع الفرن.
الصب. صنعت المرآة بعرض 508 سم لتلسكوب مرصد بالومار في كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية عن طريق الصب. وتتضمن عملية الصب هذه ملء قوالب بزجاج منصهر وذلك إما بصب الزجاج من مغارف وإما مباشرة من الفرن، أو بصب الزجاج من قاع الفرن. ويستخدم الصب في إنتاج قطع الزجاج المستعمل في الشؤون المعمارية وفي إنتاج زجاج الفنون وزجاج الليزر.
أعمال المصابيح تتضمَّن تسخين الزجاج المنتج وإعادة تشكيله باليد. يستعمل الحرفيون غالبًا هذه العملية في تكوين نماذج مصغرة من أشكال الحيوانات وأشياء زجاجية أخرى.
صناعة المصابيح. هذه طريقة لإعادة تشكيل الزجاج لإخراج أشكال جديدة بعد أن تبرد. ويقوم صناع أعمال المصابيح بإعادة تسخين أنواع مختلفة وأحجام متباينة من أنابيب الزجاج وقضبانه فوق شعلة نفخ يطلقها الغاز والأكسجين. وبعد ذلك، يمكن ثني هذه الأنابيب ولفُّها ومطها وتلحيم الزجاج المُطرَّى إلى أشكال متنوعة. وبهذه الطريقة، فإنهم يصنعون أشكال حيوانات صغيرة ومزهريات وسفنًا شراعية، وعيونًا زجاجية، ومعدات علمية وبعض القطع للأنابيب الإلكترونية والمصابيح المتوهجة وغيرها من المعدات الصناعية. ويُنتِج عمال المصابيح الكثير من القطع الصغيرة للصناعات الكهربائية والكيميائية والطبية والآلات ذات السرعة المتناهية الأوتوماتيكية وذلك بإعادة تصنيع الزجاج المطرّى.
التلدين. هو عملية إزالة آثار الشد والضغط المتبقية في الزجاج بعد عملية التشكيل. وتُلدَّن معظم الأدوات الزجاجية بمجرد الفراغ من تشكيلها. وإذا لم تتم عملية التلدين، فقد يتحطم الزجاج بسبب الشد الذي يسببه التبريد غير المتوازن. وتتم عملية التلدين هذه عن طريق تسخين الزجاج مرة أخرى وتبريده بالتدريج بناء على جدول لدرجة الحرارة والزمن. انظر:التلدين .
التطبيع. عملية يعاد فيها تسخين الأشكال الزجاجية التي صنعت حتى تصبح طرية تقريبًا، ثم تبرّد فجأة بتيارات قوية من الهواء البارد، أو بغمسها في زيت أو أي مواد كيميائية سائلة. ويجعل التطبيع الزجاج أكثر متانة من الزجاج العادي، وعلاوة على ذلك، فإنه بالإمكان تطبيع المصنوعات الزجاجية بالكيميائيات.
الاختبار. في كل مصنع من مصانع الزجاج تقريبًا يتولى بعض المهندسين اختبار عينات من المصنوعات الزجاجية تؤخذ مباشرة من الأفران للتأكد من أن الزجاج من نوعية جيدة، وأن له الخواص المطلوبة. كذلك فإنه تؤخذ عينات من الأواني لاختبار حجمها وجودة متانتها وغير ذلك من الخواص الأخرى.
كيف يزخرف الزجاج
هناك عدة عمليات تجهيزية أولية يجب الفراغ منها قبل أن تزخرف المصنوعات الزجاجيـة وتزين. فمثلاً، يجب إزالة الزجاج الزائـد من الأواني التي صنعت بطريقة النفخ، وفي العمليات اليدوية، يجب قطع الزجاج وهو ما زال طريًا. وفي بعض الأحيان، تدار القطعة الزجاجية أمام لهب ساخن جدًا من الغاز. ويؤدي التمدد الفجائي لشريط الزجاج الساخن الضيق الذي يـدور أمام اللهب إلى الانفصال عن الزجاج الأكثر برودة الذي يليه. وفي حالات أخرى، يمكن تثبيت الآنية الزجاجية وهي مقلوبة، بل يمكن أيضًا استخدام لهيب أقوى، ثم يصهر الزجاج العالق بتعريضه لتلك الحرارة العالية، ويؤدي ثقل الزجاج المنصهر إلى انفصاله وسقوطه. ثم تجمع كُسارة الزجاج هذه في برميل وتعاد للفرن لتستعمل مرة أخرى. ومن الممكن أيضًا فصل الزجاج الزائد بإزالة القطع الزجاجية بعجلة من الماس أو الحديد الصلب، ثم تجذب الزوائد الزجاجية بشيء من الضغط المفاجئ. فإن لم تكن الأجزاء الزائدة المقطوعة من الزجاج ناعمـة بالقدر الكافي فإن بالإمكان صقلها بكاشطات ناعمة أو بلهيب آلة صقل نارية.
الحفر. حمض الهيدروفلوريك وبعض مركباته هي الكيميائيات الوحيدة التي تعمل على تآكل الزجاج وإذابته. ويسمى الزجاج الذي يغمس في هذه الكيميائيات أو يُرشَّ بها بأنه زجاج متآكل. وبناء على مكوِّنات الزجاج وتركيز الفلوريد والمدة الزمنية التي يتعرض لها سطح الزجاج المتآكل يصبح خشنًا ومعتمًا إلى درجة تجعله يشبه الثلج، ويكاد يكون غير شفاف، أو ربما كان له مظهر ناعم نصف شفاف بنعومة مظهر قماش الستان. ويُبطَّن داخل المصابيح الكهربائية بهذا الدهان الذي يشبه الستان. كما تحفر الأباريق وأقداح الماء والزجاج المصنوع للأعمال الفنية في كثير من الأحيان بتصاميم معقَّدة. ويطلى سطح المصباح أولاً بحمض مقاوم للكيميائيات لوقاية أجزاء الزجاج التي تقع خارج قالب النموذج المطلوب. ثم يتآكل سطح الزجاج غير المطلي بفعل الحمض تاركًا النموذج. ومن الممكن عمل مادة صقل حمضية لامعة عن طريق خلط الهيدروفلوريك وحمض الكبريتيك.
السفع الرملي. يعطى الزجاج سطحًا نصف شفاف، وغالبًا ما يكون هذا السطح أكثر خشونة من ذلك الذي يتم الحصول عليه عن طريق الحفر. وينفخ الهواء المضغوط رملاً بذرات خشنة ترتطم بالزجاج، وكثيرًا ما يتم ذلك من خلال قالب زخرفي مطاطي يشكل تصميمًا خاصًا. وكثيرًا ما تكون البطاقات على أوعية الكيميائيات محكوكة بالرمل. وكثيرًا ما تزخرف أواني الإضاءة والأفران والأطباق والنوافذ بالسفع (الحك) الرملي.
القطع. عملية تآكل كميات كبيرة من الزجاج الأصلي، وذلك بتثبيتها على حجر رملي دوار أو عجلات الكاربورندم وهي المادة الشديدة الصلابة التي تستعمل في الصقل والحك والكشط. ويتابع العامل شكلاً زخرفيًا سبق أن وضع على الآنية أو الشكل. وقد يكون القطع أحيانًا عميقًا جدًا. ويعاد البريق الأصلي للسطح الخشن المقطوع عن طريق التآكل بالأحماض أو بالصقل بكاشطات ناعمة جدًا.
النقش بالعجلات النحاسية. يمكن إنتاج تصاميم مزخرفة ثلاثية الأبعاد من الزجاج. تقطع آلة نقش الزجاج سطح الزجاج بعجلات نحاسية دوارة ذات أحجام مختلفة.
النقش بالعجلات النحاسية. تسمح هذه الطريقة بالتعبير الكامل عن الابتكارات الفنية في الزجاج. وتصاغ التصاميم الرائعة الكثيرة التفاصيل المنجزة بحرص شديد في أشكال ثلاثية الأبعاد. وهناك الكثير من الأعمال الفنية التي نقشت في الزجاج. وتتضمن العملية المُجهِدة قطع الزجاج بعشرات من العجلات النحاسية التي تغذى بالمواد الكاشطة.
الزخرفة المعالجة بالنار. يمكن وضع الطلاء الزجاجي الملون والأعمال ذات الرونق على الزجاج إما عن طريق الفن التشكيلي اليدوي (الرسم) وإما عن طريق نقل الصور من ورق أعد خصيصًا لهذه العملية أو الطباعة الحريرية. وعندما تسخن هذه الوسائل الفنية من طلاءات وغيرها إلى درجة الحرارة المطلوبة فإنها تنصهر في الزجاج، وهكذا تصبح جزءًا من الآنية الزجاجية. وتزخرف كثير من الأكواب والجرار والأباريق وأجهزة الإنارة والتحف الفنية وغيرها من المنتجات بهذه الوسيلة. انظر: الديكال؛ المينا؛ الطباعة بالشاشة الحريرية.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق