كيفية اختيار زجاج البورسليكات أو زجاج الصودا؟

الاختلافات بين زجاج البورسليكات والصودا-زجاج الليمون​

 

الزجاج مادة متعددة الاستخدامات تستخدم على نطاق واسع في الحياة اليومية والصناعة والبحث العلمي. من بين الأنواع الأكثر شيوعًا زجاج البورسليكات وزجاج الصودا-الجيري، والتي تختلف بشكل كبير في التركيب والخصائص والتطبيقات. إن فهم هذه الاختلافات أمر بالغ الأهمية لاختيار الزجاج المناسب لاحتياجات محددة

 

1. التركيب الكيميائي​

الفرق الأساسي بين الاثنين يكمن في تركيبها الكيميائي:

زجاج البورسليكات: يتكون بشكل أساسي من السيليكا (SiO₂، ~70-80%)، وثالث أكسيد البورون (B₂O₃، 10-15%)، وكميات صغيرة من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) أو أكاسيد الصوديوم/البوتاسيوم. محتوى البورون العالي هو المفتاح لخصائصه الفريدة

الصودا-الزجاج الجيري: نوع الزجاج الأكثر شيوعًا، وهو مصنوع من السيليكا (SiO₂، ~70%)، وأكسيد الصوديوم (Na₂O، 12-16%، مشتق من رماد الصودا)، وأكسيد الكالسيوم (CaO، 5-10%، من الحجر الجيري)، وكميات ضئيلة من أكاسيد المغنيسيوم أو الألومنيوم. يحتوي على القليل من البورون أو لا يحتوي عليه

 

2. الخواص الحرارية​

يعد السلوك الحراري أحد أبرز الاختلافات التي تؤثر بشكل مباشر على مقاومتها للحرارة:

زجاج البورسليكات: يتمتع بمعامل تمدد حراري منخفض جدًا (CTE)، عادةً حوالي 3.3 × 10⁻⁶ / درجة. وهذا يعني أنها تتوسع وتنكمش بشكل طفيف عند تعرضها لتغيرات درجة الحرارة، مما يجعلها شديدة المقاومة للصدمات الحرارية. يمكن أن يتحمل الاختلافات المفاجئة في درجات الحرارة التي تصل إلى 150-200 درجة (على سبيل المثال، الانتقال من الماء المغلي إلى الماء المثلج دون تكسير) والاستخدام المستمر في درجات حرارة أعلى من 300 درجة.​

الصودا-زجاج الليمون: يحتوي على نسبة CTE أعلى بكثير (9-10 × 10⁻⁶ / درجة). يتمدد بشكل كبير مع الحرارة، مما يؤدي إلى ضعف مقاومة الصدمات الحرارية. التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة (حتى 50-80 درجة) غالبا ما تسبب التشقق. الحد الأقصى لدرجة الحرارة الآمنة للاستخدام المستمر عادة ما تكون أقل من 150 درجة

 

3. الاستقرار الكيميائي​

تختلف مقاومة التآكل بالسوائل والغازات بشكل كبير:

زجاج البورسليكات: مستقر كيميائيًا بشكل استثنائي. إنه مقاوم لمعظم الأحماض (مثل حمض الهيدروكلوريك وحامض الكبريتيك) والقلويات والمذيبات العضوية. وهذا يمنع ترشيح الأيونات (على سبيل المثال، عدم إطلاق الصوديوم) حتى عند ملامستها للسوائل على المدى الطويل-، مما يجعلها آمنة للأطعمة والمشروبات والاستخدام المختبري.​

الصودا-الزجاج الجيري: مستقر إلى حد ما ولكنه أقل مقاومة من البورسليكات. قد ترشح كميات صغيرة من أيونات الصوديوم إلى سوائل حمضية أو ساخنة (مثل عصير الفاكهة والخل) مع مرور الوقت. كما أنه أكثر عرضة للحفر بواسطة الأحماض القوية أو القلويات، مما يحد من استخدامه في البيئات الكيميائية القاسية.​

 

4. القوة الميكانيكية

تختلف المتانة ومقاومة التأثير حسب التركيب:

زجاج البورسليكات: بشكل عام أكثر صلابة وأكثر مقاومة للصدمات-. يقلل تمدده الحراري المنخفض من الضغط الداخلي، مما يجعله أقل عرضة للكسر من التأثيرات البسيطة. ومع ذلك، فهو لا يزال هشًا ويمكن أن ينكسر تحت القوة الشديدة

الصودا-زجاج الليمون: هش نسبيًا وأقل مقاومة للصدمات. غالبًا ما يؤدي تمدده الحراري العالي إلى خلق ضغوط داخلية أثناء التصنيع، مما يجعله أكثر عرضة للتشقق أو الكسر عند السقوط أو الاصطدام.

 

5. التطبيقات​

خصائصها الفريدة تملي حالات استخدام متميزة:

زجاج البورسليكات: مثالي للتطبيقات التي تتطلب مقاومة للحرارة وثبات كيميائي، مثل:

معدات المختبرات (الأكواب، الدورق، أنابيب الاختبار).

أواني طهي-مقاومة للحرارة (أطباق الخبز، وأباريق الشاي)​

المجمعات الحرارية الشمسية والأنابيب الصناعية ذات درجات الحرارة العالية-

زجاجات الأطفال وحاويات تخزين الطعام (بسبب عدم-خصائص الترشيح)​

مكونات الإضاءة المتطورة-(على سبيل المثال، مصابيح الهالوجين)​

الصودا-زجاج الليمون: يستخدم في تطبيقات الأغراض العامة-منخفضة التكلفة حيث لا تكون مقاومة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية:​

ألواح النوافذ والأبواب الزجاجية

زجاجات المشروبات (الصودا، الماء، البيرة).

مرطبانات طعام (مربى، مخللات).

أدوات المائدة العادية (الأكواب، الأطباق).

حاويات مستحضرات التجميل والمواد الزجاجية المزخرفة

 

6. التكلفة والتصنيع​

زجاج البورسليكات: إنتاجه أكثر تكلفة. ويتطلب درجات حرارة انصهار أعلى (~1500 درجة مقابل. 1,400 درجة للصودا-زجاج الليمون) ويستخدم مواد خام البورون باهظة الثمن.​

الصودا-زجاج الليمون: تكلفة منخفضة-وسهلة التصنيع. مواده الخام وفيرة وبأسعار معقولة، كما أن درجة حرارة ذوبانه المنخفضة تقلل من استهلاك الطاقة. وهذا يجعله خيار الزجاج الأكثر اقتصادا للإنتاج الضخم

 

الاستنتاج

يخدم زجاج البورسليكات والصودا-زجاج الليمون أغراضًا متميزة: يتميز البورسليكات في مقاومة الحرارة والثبات الكيميائي، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المتخصصة-عالية الأداء؛ يهيمن زجاج الصودا-الجيري، بتكلفته المنخفضة وسهولة إنتاجه، على الاستخدامات العامة-. يعتمد الاختيار بينهما على عوامل مثل متطلبات درجة الحرارة، والتعرض للمواد الكيميائية، واحتياجات السلامة، والميزانية.