砂がガラスになる仕組み
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ガラスが砂から作られていることは、ほとんどの人が知っています。しかし、正確にはどうやって作られるのでしょうか? クイック ガイドで詳しく学んでください。
ニューメキシコ州アラモゴード近郊の砂漠を訪れると、トリニタイトと呼ばれる緑色のガラス状の物質に出会うかもしれません。
トリニタイトは、米国が7月 1945でトリニティ核爆弾をテストした後に残った残留物です。熱が強すぎたため、砂がガラスに変わりました。
この歴史上の例は、ガラス製造に関する基本的なポイントを示しています。砂と熱を合わせるとガラスになります。しかし、商業用ガラスを作るには、より多くの材料を加える必要がありますが、ありがたいことに、核爆発を使わずにそれを行うことができます。
暑いとはどのくらい暑いのでしょうか？
夏の暑い日にビーチを歩いたことがある人なら、砂がかなり熱くなることを知っているでしょう。しかし、夏の灼熱は決して砂を溶かすには十分ではありません。砂が溶けてガラスに変わる第一歩です。
No, to melt sand you need extreme heat: around 1,700°C (3,092°F). That's the temperature of a
spacecraft returning to Earth.
言い換えれば、ガラスを作りたい場合、キッチンに備え付けられているより大きなオーブンが必要になります。
砂はなぜガラスになるのでしょうか？
砂がガラスに変わる過程には、極度の熱とその後の急速な冷却という 2 つの段階があります。
砂は結晶構造を持っています。砂は、二酸化ケイ素（または「シリカ」）分子でできた極小の石英結晶で構成されています。
極度の熱はこれらの分子に影響を与えます。砂が溶けると、この結晶構造が失われ、液体と固体の中間の状態の新しい構造になります。
ガラスは液体であるという話を聞いたことはあるかもしれません。これは窓の製造に関する古い誤解に基づいています。
しかし、ガラスが固まる前は、一種の分子の中間状態、つまり科学者が「非晶質固体」と呼ぶ中間状態にあるのは事実です。
ガラスを作るために砂と何を混ぜるのですか？
砂を加熱して急冷するだけでガラスを作ることができます。しかし、商業的な製造業者は特別な成分を加えます。
Take one vat of sand. Add waste glass from recycling. Stir in some soda ash (sodium carbonate) and a dash of limestone (calcium carbonate). Prepare on a high heat and
voila! You have glass that's ready for market.
製造業者によっては着色料や精製剤を加えるところもありますが、誰が工程を担当するにせよ、必須の原料は砂、ソーダ灰、石灰石です。
ソーダ灰は、砂の融点を下げるという重要な役割を担っています。なぜでしょうか? 高温は非常にコストがかかり、無駄が多いからです。融点を下げることで、メーカーはよりエネルギー効率の高い方法でガラスを製造できます。
しかし、これは問題を引き起こします。融点が低いということは、砂が水に触れると溶けてしまう可能性があるということです。石灰岩はこれを防ぐために混ぜられる安定剤です。
ガラスはどのように形作られるのでしょうか?
砂が溶けたら、さまざまな方法で固めることができます。たとえば、ボトルやその他の容器を作りたい場合は、液体ガラスを型に注ぎ、急速に冷却することができます。
あるいは、窓用の平らなパネルを作りたい場合には、それを浮かべます。これには、溶融ガラスをスズ槽に流し込むことが含まれます。
錫でできたお風呂を想像しているなら、もう一度考え直してください。これは溶けた錫で満たされたお風呂です。溶けた錫はガラスよりも密度が高いため、溶けたガラスが表面に浮かぶのです。
溶けた錫の海に浮かぶガラスは、完全に滑らかなリボン状になります。ガラスを浴槽から引き上げられるまで、温度はゆっくりと下げられます。
鋳型や錫の浴槽だけでなく、古き良きガラス吹きの技法もあります。この技法は紀元前 1 世紀からほとんど変わっていません。たとえば、ベネチアン ガラスの彫刻がガラスと人間の息だけで作られたと考えると、信じがたいことです。
砂なしでガラスを作れますか？
At the University of Cincinnati, Carlos Co and his colleagues made a fascinating
discovery. They managed to make a kind of glass out of just sugar, oil and a surfactant – no sand needed.
混合物を振って、250 度に加熱し、その後冷却しました。その結果、一種の乳化液ができました。ただし、水ではなく砂糖が含まれているため、マヨネーズのようにドロドロではなく、キャンディーのように固くなります。
同社は、食品、医薬品、光学技術業界でこの技術が活用できると考えている。しかし今のところ、毎日目にするガラスは間違いなく砂で作られている。
砂は他に何に使われますか?
砂はガラスの製造に欠かせないだけでなく、驚くほど多くの用途に使用されています。
常に善のために使われてきたわけではありません。古代や中世では、熱して侵略してきた敵にかけられました。
もっと肯定的に言えば、それはレンガ、コブ、コンクリートという他の 3 つの建築材料の主成分です。また、セメントや石灰と混ぜて建築用モルタルを作ることもできます。
意図的にざらざらとした質感の壁、天井、床を見たことがありますか? それはおそらく、砂と塗料の混合物で塗装されているからでしょう。
これまでのところ、それは日常的なことです。しかし、砂は人工の岩礁や島の建設にも使用されていることをご存知でしたか?
他にもたくさんの用途がありますが、ここでは ToughGlaze で私たちが特に気に入っているサンドブラストについてご紹介します。
これはガラス板に砂を吹き付けて乳白色の効果を生み出す方法です。ガラス板全体をサンドブラストして着色ガラスにしたり、ステンシルを使って表面にロゴやその他のビジュアルをエッチングしたりできます。
サンドブラストは必ずしもガラスで行われるわけではなく、ときには砕いたクルミの殻が使用されることもあります。しかし、その名前が示すように、このプロセスでは砂が主に使用されることが多いのです。
Sandblasted glass is often used for privacy in bathrooms and front doors. But you can also see sandblasted designs in offices and other commercial spaces.
以上が、ガラス製造において砂が果たす重要な役割についての簡単な説明です。皆さんの考えるきっかけになれば幸いです。
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