Üveg

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Az üveg többnyire átlátszó és akár formába is lehet önteni
Csiszolt kristály üveg, a Feng Shui lakberendező elv egyik fontos kelléke

Az üveg amorf állapotú szilárd anyag, bár egyes kémiai tulajdonságai általában folyadékokra jellemzőek[1]; technológiai szempontból folyadéknak minősül, viszkozitása 1040 Pa·s.

Más definíció szerint: az üveg egy olyan szervetlen összetételű keverékanyag, amely lehűlés közben kristályosodás nélkül jut mechanikailag szilárd állapotba.

Nagyságrendileg mintegy 100 000-féle üveget ismerünk, melyekből a gyakorlati életben 7-800-at használunk, ezek a kereskedelemben is kaphatók. Összetételük, és ezzel tulajdonságaik eltérőek. Az üvegek kémiai szerkezete a folyadékok állapotához hasonlóan véletlenszerűen alakul ki az olvadt ömledékből a megszilárdulás pillanatában. A különbség a folyadék- és az üvegállapot között az, hogy megszilárdult állapotban az üvegszerkezetet (üvegállapotot) alkotó atomok hőmozgása gátolt.

Szerkezete[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Habár az üveg egy régóta ismert anyag, még ma sem ismerjük az atomos felépítését és szerkezetét. Zachariasen 1932-es általánosan elfogadott elmélete szerint ugyanazok a kötések vannak jelen benne, mint a kristályos kvarchomokban, de ezek a kapcsolatok nem rendezettek, mint a kristályban. Mind a kötéstávolság, mind a kötések szöge változó. Kis méretekben látszanak még a tetraéderek, de nagy méretekben már nem. Ezért is nehéz leírni a szerkezetet, különösen a köztes tartományban, ahol sem a statisztika, sem a tetraéderek nem segítenek. A kötések változatosságának kutatása a fizika egyik alapkérdése.

Amikor az üveg lehűl, akkor lényegében nem alakul át a halmazállapota, hanem egy bizonyos hőmérséklet tartományban megnő a viszkozitása, és megkeményedik. A kristályos anyagoktól eltérően az üvegnek, mint amorf anyagnak nincs fagyáspontja. Az átalakulási tartomány hideg végén végbemenő termodinamikai átalakulás jellemző az üvegre. Itt megváltozik néhány fizikai tulajdonsága: a viszkozitás, a hőtágulási együttható és a fajhő. Ez az átalakulás nemcsak a kvarcüvegnél, hanem minden üveges szerkezetű anyagban végbemegy.

Tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az üvegek szerkezete, összetétele és tulajdonságai üvegadatbankok segítségével elemezhetők. Ilyen adatbankok például a SciGlass®[2] és az Interglad®[3] Azok a tulajdonságok, amik nem kapcsolódnak a megkeményedéshez, a statisztikai eredmények felhasználásával lineáris regresszióval számíthatók legfeljebb harmadfokú egyenletekkel. Gyakran több tulajdonságot is optimalizálni kell. Ehhez a legkisebb négyzetek módszerét hívják segítségül, ahol is a kívánt üvegfajtától mért távolságok négyzetösszegét minimalizálják. Ezek a távolságok, így a tulajdonságok is súlyozhatók.[4]

Ilyen tulajdonságok lehetnek:

Színezése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Színes üvegből készült palack
A közönséges úsztatott üveg vastag rétegben zöld a Fe2+-szennyezés miatt

A színes üvegeket fémnanorészecskék hozzáadásával festik. A színezőanyagok aránya 0,1% körüli. A legtöbbet alkalmazott fém az ezüst és az arany, néhány nanométeres átmérőjű nanorészecskék formájában. A nanorészecskék alakja is döntő; nem mindegy, hogy gömb, lemez vagy ellipszoid alakú. Az üvegek fehérítésére fém-oxidokat adagolnak az olvadékhoz; ezek a szennyezéssel komplementer színárnyalatot adják.

Osztályozása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Moldavit, egy természetes üveg. Zöld színét a vas-oxid okozza
  • Eredet szerint: a mesterséges üvegek mellett természetes üvegek is léteznek. Legismertebb fajtájuk a vulkánkitöréskor keletkező obszidián. Emellett létrejönnek tektitek meteoritbecsapódáskor, fulguritok villámcsapáskor, trinititek atombomba robbanásakor, friktonitok hegyomláskor. Ezek az üvegek főként a homok megolvadásával alakulnak ki, de a kristályrács a lökéshullámok hatására megolvadás nélkül is amorffá torzulhat. Így jön létre például a földpátból keletkező maszkelinit. Szol-gél folyamatokkal is előállíthatók üvegek; így készülnek az aerogélek.
  • Alapanyag szerint: a nátriumüveg mellett létezik a tiszta kvarchomokból készült kvarcüveg, az ólomüveg és a speciális lencseüveg. Az üvegben levő ólom leárnyékolja a röntgensugárzást, nagy törésmutatóval és diszperzióval bír. A vízüveg vízben oldódik. A bór-szilikátüveg kémiailag ellenálló, ezért labor- és főzőedényeket készítenek belőle. További speciális üvegek a bór-foszfátüveg és az alumino-szilikátüvegek. A nem oxidalapú üvegekhez tartoznak a fluorid- és a kalkogenitüvegek, amiket az infravörös optikában használnak fel. Az üvegkerámia egy újabb speciális üvegfajta, ami nem egészében amorf, hanem kristályos régiókat is tartalmaz.
  • A gyártás módja szerint: az üveggyártást üreges üvegek, síküveg és speciális üvegek gyártására osztják. Az üreges üvegek konzervüvegek, üvegpalackok, poharak és hasonlók. A tömegtermékeket gépi, az értékes üvegeket emberi erővel fújják. A síküveg úsztatással készül, tükrök, ablaküvegek és rétegzett üvegek számára. A szálüveghez tartoznak az optikai üvegszálak, az üveggyapjú, valamint a műszaki textíliák számos fajtájának alapanyagát képező üvegszál, amelyeket műanyag kompozitokban is felhasználnak. Az optikai üvegekből lencsék készülnek távcsövek és mikroszkópok számára. Az emberi erővel fújt üvegek műtárgyak, leginkább vázák és poharak.
  • Kereskedelmi név vagy márka szerint: antik üveg, flintüveg (ólomüveg, mint optikai üveg), diatrétüveg, hialitüveg (a 19. században síküveg és gyógyszeresüveg), koronaüveg (optikai üveg), kriolitüveg (fehér homályos fluoridüveg). A márkanévre példa a jénai üveg, vagy a ceran (üvegkerámia).

Előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A gyártás során a folyékony ömledék és az üvegszerűen megszilárduló késztermék közötti állapot folytonos, nincs közöttük éles határ. Ellentétben a szilárd kristályos anyagokkal, az üvegeknek nincs határozott olvadáspontjuk, csupán a viszkozitásuk változik hevítés és hűtés hatására.

A modern üveggyártás során abból is adódik az üvegek változatos összetétele, hogy a különböző földrészeken, különböző ipartelepeken más-más a felhasznált alapanyagok minősége. Változatossá teszi az üvegek összetételét az is, hogy különleges tulajdonságok elérése érdekében kis mennyiségben adalékanyagokat adagolnak a termékekhez.

Leggyakrabban szilícium alapú üvegeket használnak a háztartási eszközökben, mint például villanykörték vagy ablakok. Az üveg biológiailag inaktív.

Alapanyagok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kvarchomok

Az üveggyártás 90%-át kitevő nátronüveghez ezeket az alapanyagokat használják:

  • Kvarchomok, szilícium-dioxid az üveg fő tömegének kialakításához. Fehérüveg készítéséhez fontos, hogy a vas-oxid (Fe2O3) tartalma ne haladja meg a 0,05%-ot, mert az az üveget zöldre vagy barnára színezi. Ettől színeződnek el az üvegpalackok.
  • Nátrium-karbonát, Na2CO3 a kvarchomok olvadáspontjának csökkentésére, folyékonyabbá tételére, az üvegszerkezet kialakítására, és a nátrium adagolására. Összeolvasztáskor a nátrium-karbonátból szén-dioxid szabadul fel, ami távozik az olvadékból. A nátriumot nátrium-nitrát vagy nátrium-szulfát hozzáadásával is az üvegbe lehet vinni.
  • Kálium-karbonát, K2CO3 a nátrium-karbonáthoz hasonló célokra, és kálium-oxid hozzáadására.
  • Földpát alumínium-oxid hozzáadására és a kémiai ellenállás javítására.
  • Mészkő; ez szintén részt vesz az üveg szerkezetének kialakításában. A belőle visszamaradó kalcium-oxid növeli a kémiai ellenállóképességet, és keményebbé teszi az üveget.
  • Dolomit a magnézium-oxid és a kalcium-oxid hozzáadására. A magnézium-oxid a kalcium-oxidhoz hasonlóan hat, de a túl sok magnézium-oxid kellemetlenül megnövelheti a likvidusz fázis hőmérsékletét.
  • Törtüveg: akár az olvadék 90%-át is alkothatja. Lehet újrahasznosított, vagy selejt üveg. Az üveggyapjú legfeljebb 80%-át alkothatja.[5]. Ezzel nyersanyagot és energiát spórolnak, mivel a törtüveg könnyebben olvad, mint a keverék. Problémás lehet a színek, a speciális üvegek szétválogatása és az idegen anyagok, fémek, műanyagok, kerámiák bent maradása. Az idegen anyagok üveghibát okozhatnak a tökéletlen olvadás miatt, és tönkretehetik az olvasztómedencét, mivel a fémek beleeszik magukat a tűzbiztos alapanyagba.

Speciális üvegekhez használnak még ólom-dioxidot, bóraxot, bárium-karbonátot és ritkaföldeket.

Olvasztás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az olvasztás több lépésből áll:

  • a tulajdonképpeni összeolvasztás 1480 C fok körül
  • a keletkezett gázok eltávolítása
  • hűtés

A történelmi technológiákban ezeket a lépéseket ugyanabban az olvasztómedencében végzik. Ma már csak a kisebb műhelyek, vagy speciális üvegek előállítása céljából dolgoznak ezzel a módszerrel. Az ipari termelésben inkább térben választják el az egyes munkafolyamatokat.

A keletkezett gázok eltávolítása nehézkes az olvadék viszkózussága miatt. Mivel ez a szakasz meghatározza az üveg minőségét, sok különféle módszerrel könnyítik meg.

Formázás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az üveg többféleképpen formázható: öntéssel, fúvással, préseléssel, húzással.

  • Az üreges üvegeket, üvegedényeket több eljárás kombinálásával készítik
  • Az üvegszálakat egy zuhanyrózsához hasonló eszközön átfolyatva alakítják ki
  • Az üvegtáblákat folyatják, öntik vagy húzzák
  • Az üvegcsöveket húzással állítják elő

Hűtés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az üveg rossz hővezető, ezért ügyelni kell arra, hogy egyenletesen hűljön, és ne törjön el. A hűlés közben keletkező mechanikus feszültség nagysága függ az üveg hőtágulási együtthatójától. A mechanikus feszültséget optikai feszültségmérőkkel mérik. A mért feszültséget temperálással csökkentik, vagyis a külső tartomány hűlésének szabályozásával. A hűtés ideje függ az üveg fajtájától és az előállított terméktől; az egy méternél nagyobb optikai lencséket több mint egy éven át hűtik, nehogy optikai torzulások keletkezzenek bennük.

A hűtésnek két fő módszere van: a helybeni és a mozgatásos hűtés. Az iparban az üveget hűvösebb helyre mozgatják; helybeni hűtést csak speciális célokra, vagy kisebb műhelyekben alkalmaznak, mivel minden kivétel után újra fel kell fűteni a kemencét a következő adag számára.

A felszín nemesítése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Lecsapatással nagyon vékony fémréteget vihetnek az üveg felszínére. A legtöbb ablaküveget visszaverővé teszik az infravörös tartományban. A hősugárzás visszaverődik, így kintről kevésbé jut be a nagy meleg, és bentről is kevésbé megy ki hideg időben.
  • Az átlátszó dielektrikus anyag, mint bevonat lehetővé teszi mind a tükrözésmentesítést, mind a tükörkészítést egy bizonyos színtartományra. A szemüveglencséket és a fényképezőgépek lencséit tükröződésmentesítik. Tudományos célokra készülnek üvegek, amik egy bizonyos hullámhosszt 99,9999%-ban tükröznek, vagy 99,999%-ban áteresztenek.
  • Homokcsiszolással vagy folysavval az üveg átlátszatlanná tehető. Az így átlátszatlanná tett üveg még mindig átereszti a fény nagy részét. Így készülnek a tejüveg lámpák és ablaküvegek, amik erősen szórják a fényt.

Üvegmegmunkálási technikák[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Élfénycsiszolás: A tükör széleinek 1,5 mm × 1,5 mm -es éltörése "I" illetve "C" profillal.
  • Fazettázás: Egyenes fazetta : a tükör egyenes oldalainak szögbecsiszolása, 5 mm-től 50 mm szélességben, 4-től 25 fokig.
  • Íves fazetta: a tükör íves oldalainak szögbecsiszolása, 5 mm-től 35 mm szélességben, 4-től 10 fokig.
  • Mikrofazettázás: Alakos és egyenes fazettázással, bármilyen formájú és kis méretű üveget vagy tükröt csiszolunk. Ezt dekorációként vagy Tiffany-üvegekhez használják.
  • Szögbecsiszolás: Az üveg széleit 45°-os, illetve bármilyen szögben csiszolják. Ez az üveg összeragasztásánál játszik szerepet.
  • Gravírozás: Az üveg vagy tükör felületében történő becsiszolás. Mintákat lehet kialakítani vele.
  • Kagylócsiszolás: Becsiszolás az üveg felületébe, tolóajtóknál fogantyú helyett használják.
  • Furatozás: Különböző átmérőjű furatok készítése, 4–100 mm átmérőben.
  • Hőszigetelés: Két vagy több rétegű üveg összeragasztása különböző légréssel, 5,5 mm-től 19,5 mm-ig.
  • Szabás (méretre szabás): Gyémánt vágófejjel felületi bontást képez az erre kifejlesztett szerszám. Kifinomult technikával a vágás mentén az üveget el lehet törni.
  • Homokfúvás: Szórópisztollyal nagysebességű homokszemcsékkel ütköztetik az üveg felületét, így matt felület keletkezik.
  • Savmaratás: Többnyire a síküveggyártásban használják. Savval kezelik az üveg felületét, így szintén matt felület képződik.
  • Savmaratás üvegcsiszolás folyamán: Az ólomkristály tárgyakat kén és flórsav elegyével maratják. Így egy hajszálvékony felületet eltávolítanak a munkadarabról, melyen az előzetesen felcsiszolt minták teljesen áttetszőek lesznek. Ezután viszik fel a matt mintákat az üvegcsiszolók.

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Glas című német Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Wiktionary-logo-hu.png
Nézd meg az üveg címszót a Wikiszótárban!
Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Üveg témájú médiaállományokat.