مقدمة:
الخزف الزجاجي هو: عبارة عن مواد سيراميكية، حيث أن المواد السيراميكية
عبارة عن مواد غير عضوية تتكون من الفلزات أو أشباه الفلزات بالإضافة إلى نوع أو أكثر من اللافلزات, الأساس التكويني لسيراميك (أكاسيد السيلكا، والألمونيا).
الخزف الزجاجي: عبارة عن مواد غير بلورية بالإضافة إلى مواد بلورية ,السمة
التي تميز الخزف الزجاجي هي اشتماله على خواص السيراميك، والزجاج معًا من الناحية الفيزيائية.
من ناحية أخرى الخزف الزجاجي لا يتطلب عملية التنحيس، وهي عملية اللحام عن طريق النحاس.
حيث يشتمل الخزف الزجاجي على مجموعة من المواد متناسقة الترتيب البلوري والتي تتميز ببعض الخواص:
- عديمة المسامية
- قوة الصلابة
- الشفافية
- العتامة البسيطة
- البريق
- اللون
- انخفاض التمدد الحراري
- ارتفاع درجة حرارة الثباتية ” الاستقرارية “
- نشاط حيوي ” التـأثير على الكائنات الحية صحيًا “
- التمغنط ” ذات خواص مغناطيسية خاصة “
- انخفاض ثابت العزل الكهربي
- عالية المقاومة
- انخفاض الجهد
الخواص الفيزيائية للخزف الزجاجي
-
خواص الكتلة:
والتي تهتم بدراسة المادة من ناحية الكثافة، حيث أن كثافة السيراميك الزجاجي هي كثافة متوسطة، والتي تتراوح مابين2 – 6جرام لسنتيميتر المكعب
حيث أنها مختلفة النسب والمكونات مثل:
الزجاج – والكوارتز
-
الخواص الحرارية:
هي تلك الخاصية التي تصف انتقال الطاقة في شكل حرارة خلال المواد مثل:
- درجة الغليان
- درجة الذوبانية
- التوصيلية الحرارية
- التمدد الحراري
بالنسبة لسيراميك (الخزف) الزجاجي نجد أن:
- ارتفاع درجة الذوبانية ما بين 600 – 4000 درجة سيليزية
- انخفاض التوصيلية الحرارية جدًا تكاد تكون منعدمة
- انخفاض التمدد الحراري من 1 – 15 جزء من مليون لكل درجة سيليزية
في هذا الشكل المقابل نجد أن هناك علاقة منحنية (عكسية ) بين (درجة الذوبانية MELTING_ (POINT ، ومعامل التمدد الحراري الخطي (LCTE)
حيث يعرف التمدد الحراري الخطي:
هو ميل المواد لتغيير حجومها استجابة لتغيير في درجات الحرارة.
يجب أن نأخذ في الحسبان أن الخواص الحرارية للخزف الزجاجي محكومة بأنواع الروابط أيونية كانت أو تساهمية بالإضافة لعدد الروابط الموجودة في المادة.
عمومًا يكون التمدد الحراري لجميع مكونات الخزف الزجاجي من الصفر المطلق إلى درجة الذوبانية 15%؛ لذلك المواد ذات درجات ذوبانية أعلى يكون لها معامل تمدد حراري أقل.
3 – الخواص الكهربية:
هي خواص تهتم بدراسة تدفق الكهرباء خلال المواد، بالنسبة لسيراميك الزجاجي
في الغالب يكون عازل للكهرباء، ولكن في بعض المواد يمكن أن يقوم بتوصيل الكهرباء مثل تلك التي تستخدم في الدوائر الإلكترونية.
من خلال هذا الشكل يفسر التوصيلية الكهربية للخزف الزجاجي، من الملاحظ في هذا الشكل أن مكونات الخزف الزجاجي تزيد توصيلها للكهرباء بانخفاض درجة الحرارة.
4- الخواص البصرية:
هي تلك الخواص التي تدرس تأثير المواد على الضوء أو الأشعة الكهرومغناطيسية التي تمر من خلال تلك المواد مثل :
- الامتصاص
- التشتت
- الانسكار
- الاستقطاب
- الشفافية
- اللون
حيث أن الخزف الزجاجي شفاف للأشعة الكهرومغناطيسية، ويؤدي إلى انكسارها.
حيث أن الشفافية ذات أهمية في التطبيقات الصناعية، حيث يستخدم (الخزف الزجاجي) مثل (PRT) أو (الخزف الزجاجي الضوئي الحراري).
الخاصية الأخرى التي ذات الأهمية بمكان هي اللون، حيث أن اللون يعتمد على التفاعل مع الأيونات الموجودة في الخزف الزجاجي أو مع الأيونات الموجودة في الصبغات المضافة للخزف الزجاجي كمرحلة ثانوية.
نلاحظ من الجدولين التنوع في الألوان بالنسبة للأيونات الناتجة من الخزف الزجاجي (جدول جهة اليسار) والألوان الناتجة من الصبغات (جدول جهة اليمين).
حيث أن في الجدول جهة اليسار نجدل على سبيل المثال:
(التيتانيوم_(Ti في حالة الأكسدة يكون لونه أصفر، وفي حالة الاختزال يكون عديم اللون، وهاتان العمليتان تعتمدان على الإلكترونات الموجودة في تلك المواد، وانتقالها بين مستويات الطاقة.
5 – الخواص الميكانيكية:
تعتمد الخاصية الميكانيكية على كلٍّ من درجتي التبلور والحرارة.
أ – الخواص الميكانيكية مقابل درجة الحرارة:
حيث أن القوة الميكانيكية (هي القوة التي تعتمد على الإجهاد، والانفعال الميكانيكي)، والمعامل الميكانيكي (نسبة الاجهاد إلى نسبة الانفعال)
يزيدان، ويهبطان معًا كما في الشكل الآتي
حيث أنهما مرتبطان بدرجة الذوبانية
كما في الشكل
كلما زاد المعامل الميكانيكي زادت درجة الذوبانية
ب – الخواص الميكانيكية مقابل درجة التبلور:
القوة الميكانيكية في هذه الحالة تكون قوية جدًا، وتتجلى في أبهى صورها؛
حيث أن في درجات الحرارة المنخفضة تكون مرحلة التبلور تكون هشة،
والعكس في درجات الحرارة العالية تكون مرحلة التبلور لدنة.
إعداد: Mustafa Ibrahim
مراجعة لغوية :Sara Hassan
تصميم :Sara Hassan
المصادر:
