تولید شیشه هایی با کارایی بالا به روش سل ژل

از روش سل-ژل می توان برای ایجاد مواد جامد مختلف با عملکرد بالا از جمله شیشه و سرامیک استفاده کرد. در زمینه تولید شیشه، تکنیک سل ژل یک روش قابل اعتماد برای ذوب در دمای پایین است. علاوه بر این، فرآیندهای سل ژل در مصرف انرژی صرفه جویی می کنند و می توانند برای تولید انبوه با طیف گسترده ای از کاربردها مورد استفاده قرار گیرند. شیشه های تولید شده از طریق فرایندهای سل ژل می توانند بسیار نسوز، بسیار سخت و مقاوم باشند و طیف وسیعی از خواص مفید دیگر را از خود نشان دهند.

فرآیند سل ژل چیست؟

فرایند سل ژل یک تکنیک ساخت است که در آن محلولی از ذرات کوچک برای تولید مواد جامد بالک به کار می روند. این فرآیند با تهیه محلولی از مونومرهای غیر آلی مانند آلکوکسیدهای فلزی و استیل استونات ها (Acetylacetonates) آغاز می شود.فرایند سل ژل با یک حلال (به عنوان مثال الکل) یک عامل هیدرولیز (به عنوان مثال آب) و یک کاتالیزور اسیدی یا بازی آغاز می شود.

مونومرهای محلول تحت واکنش های هیدرولیز و PolyCondensation قرار می گیرند تا یک سُل (SOL) ایجاد کنند. سل یک سوسپانسیون کلوئیدی از پلیمرها یا ذرات ریز است.پیوندهای بین ذرات در اثر واکنش های بعدی تشکیل شده و آن ها را به یک ژل (GEL) مرطوب جامد که هنوز از آب و حلال ها تشکیل شده است، تبدیل می کند. حذف آب و حلال ها، ژل خشکی به جای می گذارد.

ژل باقیمانده یکی از آخرین محصولات احتمالی این فرآیند است. عملیات حرارتی بیشتر و خشک کردن، باعث از بین رفتن مایعات ماندگارتر و ایجاد واکنش متراکم سازی بیشتر می شود. در نهایت سرامیک یا شیشه های متراکم با ویژگی های جدید تولید می شوند.

توسعه تکنیک های سل ژل

فرایندهای سل ژل برای اولین بار در دهه 1960 به کار گرفته شدند. هدف اصلی در ابتدا تولید شیشه های بالک در دمای پایین و زیر 1000 درجه سلسیوس بود.بدیهی است که این روش ها با روش های استاندارد ذوب که بسیار انرژی بر هستند، متفاوت است. اگرچه روش های عموم ذوب، دمایی بیش از 1400 درجه سلسیوس را در کوره ها تامین می کنند.

سال ها بعد، محبوبیت روزافزون الیاف نوری (Optical Fibers) باعث شد پژوهشی در زمینه تولید شیشه سیلیکا آغاز شود. این پژوهش با استفاده از روش سل ژل انجام گرفت.در ابتدا تولید شیشه سیلیکاتی به صورت بالک، به دلیل ایجاد ترک در طول فرایند خشک کردن، اغلب کار دشواری بود. با این حال، تا پایان دهه 1990، شیشه های سیلیکاتی بالک از طریق تعدادی از مسیرهای سل-ژل توانستند به طور موثر و کارآمد تولید شوند.

به موازات این تحقیقات، تلاش برای تولید شیشه های چندمصرفه، غیر متعارف و مبتکرانه تر مانند شیشه سیلیکون اکسی کربید از طریق مسیرهای سل ژل موفقیت آمیز بود. بنابراین، امکان تولید ترکیبات شیشه ای جدیدی که با ذوب تولید نمی شدند، امکان پذیر شد.امروزه با استفاده از تکنیک های سل-ژل، طیف وسیعی از شیشه های چند کاره و سرامیک های شیشه ای و همچنین شیشه های سیلیکات سنتی تولید می شود.