Az üveg miből van?
Mi is valójában az üveg, hogyan és miből állítják elő, milyen fajtái léteznek?
Az üveg anyaga
Az üveg olvasztással előállított, kristályosodás nélkül megdermedt, szilícium-dioxidot és
fém oxidokat tartalmazó szervetlen anyag.
Az üveg kémiai és fizikai szempontból igen érdekes anyag, hiszen valójában nem más, mint túlhűtött folyadék. Sosem szilárdul meg teljesen, még ha ránézésre a szilárd testek közé sorolnánk is. Az üveget olvasztással állítják elő a következő anyagok kb 1500 Celsius fokra való hevítésével:
Alapanyagok:
Kvarchomok (SiO2) -minden üveg legfontosabb alapanyaga
Bór-oxid ( B2O3) -gyorsítja az olvasztást, javítja a korrózióállóságot
Alumínium-oxid ( Al2O3) -javítja a mechanikai tulajdonságokat
Nátrium-oxid ( Na2O3) -csökkenti az olvadási hőmérsékletet, rontja a mech. tulajdonságot
Kalcium-oxid ( CaO) -csökkenti a viszkozitást
Mészkő (CaCO3) -az üveg szerkezetének kialakításához. A belőle visszamaradó kalcium-oxid növeli a kémiai ellenállóképességet és keményebbé teszi
Magnézium-oxid (MgO) -javítja az üveg kémiai ellenállását
Kálium-oxid (K2O) -javítja a préselhetőséget, szebbé teszi az üveg felületét
Üvegcserép:
a gyártás során keletkező törött anyag újrahasználható, segítségével
a tiszta szilícium-dioxid 1700-1800 oC-on megolvasztva és utána lehűtve nem alakul vissza
rendezett kristályos szerkezetűvé. A kvarcüvegben a (SiO4)4- tetraéderek szabálytalan
térrácsban helyezkednek el. Szerkezeti szempontból szilárd halmazállapotú túlhűtött
folyadéknak tekinthető. Ha a szilícium-dioxidhoz más fém oxidokat is adagolnak, azok
beépülnek a kvarcüvegbe és módosítják szerkezetét. Minél több alkotót tartalmaz az üveg,
szerkezete annál rendezetlenebb, un. amorf-mikrokristályos lesz. Az amorf anyag között
kristálygócok alakulnak ki.
A többalkotós, technikai üvegek legfontosabb fémtartalmú vegyületei: nátrium-, kálium-,
magnézium-, kálcium- alumínium- és ólomoxid. Ezek egyrészt leszállítják a kvarchomok
olvadáspontját, másrészt javítják az üveg fizikai és kémiai tulajdonságait.
A kvarchomokról érdemes megjegyezni, hogy különösen tisztának és vasmentesnek kell lennie, valamint fontos, hogy szemcsenagysága a megfelelő határok között ingadozzon. Ilyen tiszta üveghomok előfordulása a természetben igen ritka, nagyobb mennyiségben csak Német-, Cseh-, és Franciaországban, illetve Angliában található meg. Hazánkban eddig csak Fejér-megyében bukkantak rá.
Segédanyagok:
Tisztulást segítők: a gázbuborékokat távolítják el az olvadékból. Fő képviselőjük az arzén trioxid (As2O3). Olvasztást gyorsítók (folyósítók): az alapanyagok feloldódását segítik, leszállítják az olvadáspontot.
Színtelenítők: a nem kívánatos színező és szennyező anyagok hatását szüntetik meg. Általában barnakőből, szelénből vagy szelénsókból, nikkel oxidból, kobalt oxidból vagy ezek keverékéből állnak.a nem kívánatos színező és szennyező anyagok hatását szüntetik meg.
Az alapanyagok leggyakrabban vasoxidot tartalmaznak. Amennyiben a
mennyisége meghaladhatja a 0,1%-ot, a színtelenítők hatása nem érvényesül,
az üveg zöldes árnyalatú lesz.
Színezők: megkülönböztetünk molekuláris és kolloidális színezőket.
o Molekuláris színezők: az üveg alapanyagaival együtt megolvadnak és
beépülnek az üveg szerkezetébe. Nyersanyagai vas-, mangán-, kobalt-, nikkel-,
króm-, réz-, szelén- és urán vegyületek.
o Kolloidális színezők: az alapanyagokkal megolvadnak, de megszilárdulás után
még nem színeznek. Hatásuk csak akkor érvényesül, ha az üveget újra
felmelegítik. Ekkor a színtestecskék finom eloszlásban kiválnak. Így készül pl.
az arany és a rézrubin üveg.
Az üveg színezését általában fémek oxidált (pl. réz oxid) változatának a hozzákeverésével érik el. Íme egy kis lista:
Vas-oxid: a vasion vegyértékétől függően zöld-kékeszöld vagy barna, esetleg sárga
Réz-oxid: a két értékű rézionoktól kék, az egy értékűekétől piros
Króm-oxid: a vas-oxiddal együtt zöldre színez
Urán-oxid: sárgászöld, UV-fényben zölden fluoreszkáló színt ad, ma már nem használják
Kobalt(II,III)-oxid: élénk kék;
Nikkel-oxid: vörös eslila, szürke.
Mangán(IV)-oxid: zöld színárnyalat eltávolítására
Szelén-oxid: rózsaszín, piros
Ezüst: sárga (ezért drágább a normál színeknél a sárga)
Indium-oxid: sárga, borostyán sárga
Neodímium: rózsaszín, lila
Prazeodímium: zöld
Szamárium: sárga
Európium: élénk rózsaszín
Arany: rubinvörös. Előzőleg királyvízben oldják. Az egyik legdrágább szín, ebből adódóan a piros gyöngyök ára is magasabb.
Tejesítők (opálosítók): az üveget fehérré teszik. Nyersanyagai a fluor- és a foszforvegyületek. A színes opálüveg színező anyagot is tartalmaz.
Miután ezen összetevőket felhevítik, megindul az üvegképződés, az alapanyagok összeolvadnak. Az olvadékból 1500 fokon eltávoznak a gázbuborékok és az anyag egyneművé válik, megtisztul. A lehűlés után azonban nem áll meg teljesen az anyag belső áramlása, csupán olyan szintre minimalizálódik, ami szabad szemmel észrevehetetlen, és az emberi időmérték számára sem megfogható.
Fizikai tulajdonságok:
Az üveg kemény, rideg, nagy sűrűségű (kb. 2,5g/cm3, legnagyobb az ólomüvegé 6,3g/cm3),
kis szilárdságú anyag (könnyen törik). Jó hő- és elektromos szigetelő.
Kitágulása függ az összetételétől, kis hőtágulású a kvarcüveg, nagy kitágulással rendelkezik
pl. a nátronüveg. Fényáteresztő képessége jó, ezért alkalmas ablaküvegnek, fényforrások
(égők, lámpák, fénycsövek) burájának készítésére.
Kémiai tulajdonságok: Az üveg vegyi ellenálló képessége jó, csak a hidrogén-fluorid
(HF) és a forró, tömény lúg (NaOH, KOH) oldja, mivel az üveg savas kémhatású.
Üvegfajták
Mind összetétel, mind felhasználás szempontjából különböző üvegfajták léteznek, ezek a következők:
Nátronüveg (közönséges vagy normál ablaküveg): alapanyaga a kvarc mellett a szóda és a mészkő. Nagy mennyiségben készítenek belőle olcsó üvegárut, pl. poharakat, palackokat, ablaküveget, stb.
Káliüveg (kristályüveg vagy csehüveg): alapanyaga a kvarc, a hamuzsír és a mészkő. Hőálló, ezért laboratóriumi üvegeszközöket, dísztárgyakat, értékesebb háztartási eszközöket (pl. poharakat stb.) készítenek belőle.
Ólomüveg (és itt kell felhívnom a figyelmet arra, hogy az üveg effajta összetételére vonatkozó megnevezést ne keverjük össze a díszüvegezés egyik technikájára használatos kifejezéssel, ugyanis az ólomsínekbe fektetett színes üvegekből kialakított üvegtáblát szintén ólomüvegnek hívjuk, ám a fogalom teljesen mást takar): míniumból, hamuszínből és kvarcból, nagy tisztaságban előállított üvegfajta. Sűrűsége nagy, és könnyen csiszolható. Csiszolt és csiszolatlan dísztárgyakat, poharakat, tálakat, tálcákat stb. készítenek belőle.
Hőálló üveg: hőtágulása kicsi; jó hőállóságát a bór- és az alumínium-oxid tartalomtól nyeri. Háztartási üvegárut (pl. kávés-, teáskészletet), laboratóriumi eszközöket (pl. lombik, kémcső, főzőpohár stb.) világítástechnikai cikkeket (pl. izzókat, fénycsöveket stb.) készítenek belőle.
Tej- és opálüveg: ezt az üvegfajtát úgy nyerik, hogy homályosító anyagokat adagolnak az üvegolvadékhoz. Így az üveg matt, nem átlátszó, bizonyos mértékig hőálló lesz. Fehér változata a tejüveg.
Kvarcüveg: ezt tiszta szilícium-dioxidból állítják elő. Vegyszerállósága, hőállósága igen jó, kitűnően viseli a hőmérséklet-változást. Kvarcüvegből készülnek például laboratóriumi eszközök, fénycsövek, stb.
Vízüveg: kétalkotós, a szilícium-dioxid mellett csak szódát tartalmazó üvegfajta. Hideg
vízben oldódik. Őrlemény vagy vizes oldat formájában kerül forgalomba. Felhasználják
faszerkezetek lángmentesítésére, habarcsokba, cementbe, festékekbe adalékanyagként,
öntőformák kötőanyagaként.
Az üveg fajtája Felhasználási területe
Öblösüveg: Háztartási üvegáruk, díszműáruk,
lakásvilágítási cikkek, palackok, ballonok
Síküveg: Nyílászárók üvegei, kétrétegű hőszigetelt
üvegek, tükrök, optikai üvegek
Üveggyapot: Hő- és hangszigetelésre
Üvegszál: Védőruházathoz, műanyaggal összedolgozva
csónakok, kerékpárok váza
Cső- és botüveg: Ipari üvegcsövek, fénycsövek, laboratóriumi
eszközök, hőmérő
Mindamellett, hogy a mindennapjainkban jelen van az üveg, olyan területeken is megjelenik, ahol nem is sejtenénk: az emberi szervezetben. A Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium kutatói új, biológiailag aktív üveget fejlesztettek ki, amelyen keresztül a fémimplantátumok a csonttal „összenőnek”, ami jelentősen növelheti a mesterséges csípő, térd, könyök és egyéb csontpótlások élettartamát.
Az üveg gyártása, az üvegolvasztás
Az üvegolvasztáson a pontos mennyiségben adagolt alap-, segéd- és nyersanyagok nagy
hőmérsékleten üveggé való átalakítását értjük. Ez egy bonyolult kémiai folyamat. A kristályos
anyagok nem kristályossá, üveggé alakulnak.
Szakaszai a folyamatos hő hatására:
1. Szilikátképződés: az adagolástól a megolvadásig tart. Átlátszatlan folyadék keletkezik.
2. Üvegképződés: az olvadék átlátszó, hígfolyós lesz, sok buborékkal.
3. Tisztulás: kb. 1500oC-on a buborékok eltávoznak, az üveg egynemű lesz.
4. Lehülés: a formázási hőmérsékletre hűtik vissza az olvadékot.
Az olvasztás tűzálló téglákkal bélelt gázzal vagy villamos árammal fűtött kemencékben
történik.
Utómunkálatok
Hűtés után az üvegárukon még különböző utómegmunkálási műveleteket végeznek.
Fenékcsiszolással a sajtolással előállított termék alján lévő sajtoló formanyomokat tüntetik el.
Utómegmunkálási művelet során távolítják el a poharak, a kelyhek stb. sapkarészét.
(Sapkának azt a felesleges anyagrészt nevezik, amely fúvásnál a tárgyat a fúvópipával
összekötötte.)Szintén utómegmunkálási művelettel, csiszolással történik a sorja eltávolítása.
Az éles peremeket csiszolással vagy leolvasztással tompítják.
Az üvegáruk legnagyobb része az utómunkálatok után kereskedelmi forgalomba kerül, a
finom üvegárukat még díszítik.
Ragasztással készítik a többrétegű, golyóálló biztonsági üveget, hőkezeléssel a gépjárművek
szélvédő üvegeit.
Díszítések
Csiszolással az üveg fénytörő képességét, színszórását, optikai tulajdonságait valamint
esztétikai értékét lehet fokozni. Káli- és ólomüvegeknél alkalmazzák. A csiszoláshoz
általában gyémántport vagy az üvegnél keményebb csiszolókorongot használnak.
Véséssel egyenesen, oválisan párhuzamosan vagy spirálisan futó vonalakat, mintákat
készíthetnek az üveg felületére.
Színezés, festés: Az üveget, megfelelő segédanyagokkal lehet színezni. Festésnél a felületet
vonják be festékréteggel, s ezt ráégetéssel rögzítik. A festéket, színes mintát felvihetik
ecsettel, bélyegzővel, matricával, szórópisztollyal vagy szitanyomással.
Irizálást ón-sók gőzével végeznek. Irizált felületű üvegen a szivárvány összes színe
megtalálható
Homokfúvást az üvegfelületek homályosítására alkalmaznak Nagynyomású levegő
segítségével kemény kvarcszemcséket (korundot) porlasztanak az üvegre.
Savmaratás: hidrogén-fluoridos (HF) fürdőben történik. A művelet kémiai úton történő
mattírozás. Opálburák, síküvegek utómunkálata.
Fémbevonatokkal tükröket, díszműárukat látnak el.
Fátyolüveg készítésénél háromrétegű üveget gyártanak, melynél a középső üveg hőállósága
kisebb, mint a két szélsőé. Hirtelen hűtés során a belső üvegréteg fátyolszerűen megrepedezik,
a két szélső azonban átlátszó.
Az üveg formázása
Azokat a műveleteket soroljuk ide, melyek során az olvadékból üvegtárgyakat vagy félkész
termékeket készítenek. A különbözik, egymástól igen eltérő technológiákkal öblös- és
síküveget, üvegcsöveket és szálakat gyártanak.
Öblösüveg készítés
Fúvás: az öblösüvegek előállítására szolgáló kézi formázási módszer. Az
üvegfúváshoz ma is az ősi üvegfúvó pipát használják. Nehéz fizikai munkát igényelő,
drága módszer Esztétikus, értékes üvegáruk készítéséhez használják. Poharak,
kancsók, kelyhek, vázák stb. készülnek ezzel a módszerrel Gépi eljárások
Préselés: szerszám segítségével végzik. A forma aljába vágott üvegcseppet a
présdugó méretre préseli. A gyártást félautomata vagy automata gépeken
végzik. Vastag falú poharakat, izzó burákat, díszmű árukat, stb. készítenek a
módszerrel.
Centrifugálás: gyorsan forgó formában az olvadék a centrifugális erő hatására
felveszi a forma belső alakját. Külső paláston mintás tárgyak is készíthetők.
Présfúvás: a gyártás két lépésben történik. Először egy előformába préselik az
üveget, majd a kész formában fújják végleges formára. Palackok, konzerves
üvegek, illatszeres üvegek, lámpatestek gyártására alkalmas eljárás.
Ribbon-féle ballon gyártás: a gépből kifolyó üvegsugarat hengerek között
lepénnyé alakítják, majd fúvófejek fújják készre az üvegballonokat. Teljesen
automatizált, gazdaságos eljárás. Percenként 1000 izzó burája készíthető.
Síküveggyártás
Húzás: az üvegszalagot az olvadékból hengerpárok között húzzák függőlegesen
felfelé, 2-8mm vastag síküveg készíthető a módszerrel.
Hengerlés: folyamatos öntéssel, vastagabb síküvegeket állítanak elő. A huzalbetétes
táblákat, amelyek nagy teherbírású biztonsági üvegek szintén ezzel a módszerrel
készítik.
Egyéb üvegfajták
-Vastagság szerint: vékony: 0,6-1,8 mm, ablaküveg 1,8-4,1 mm, táblaüveg >4,1mm-nél
-Mintás üveg
-Huzalbetétes üveg
-Színes üveg
-Tükörüveg
-Üvegtégla
-Biztonsági üveg
-Hőszigetelt üveg
-Üveggyapot gyártása porlasztási eljárással készül. Vékony üvegsugarat gyorsan forgó
tárcsára folyatnak. A centrifugális erő hatására az üveg szétporlik. Az üveggyapotot
gyantázzák, préselik, majd bálává tekercselik.
Minden formázási műveletet hűtés követ. Az üveget fokozatosan és egyenletesen hűtik le
hótöl kemencében. Hirtelen hűtésnél az 500–600 C-os üvegáru felszíne lehűl, de a belseje
még folyékony marad, így szerkezetében feszültség keletkezik, amely az üveg repedéséhez
vezet.