Thủy tinh là một chất rắn vô định hình, được hóa lỏng ở nhiệt độ cao và làm lạnh đột ngột trong thời gian rất ngắn giúp tạo ra các sản phẩm rắn chắc, hình thù độc đáo theo ý muốn của con người.

Tìm hiểu về thủy tinh

Thủy tinh có cấu tạo chính từ cát thạch anh (70%) và các chất phụ gia khác để tăng độ bền, tăng tính năng (khoảng 30%).

Thủy tinh có thành phần chính là cát thạch anh. Ngoài ra, còn có các chất phụ gia khác nhằm đảm bảo độ bền, các tính năng khác cho thủy tinh (chiếm khoảng 25% – 30%). Những chất phụ gia phổ biến thông thường là:

• Nhóm soda khan (Natri carbonat) và Calci carbonat (Đá vôi): Chất có tác dụng giảm nhiệt độ nóng chảy của Silic Dioxid tới mức cần thiết để sản xuất thủy tinh. Ngoài ra, chất Natri carbonat dễ thấm hút nước nên cần thêm Calci cardonat để khắc phục.
• Thủy tinh vụn: Giúp giảm nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp nguyên liệu và tăng diện tích tiếp xúc với nguồn nhiệt.
• Chì: Tạo độ trong và sáng đẹp cho thủy tinh.
• Nhôm Oxid: Tăng độ cứng và bền dai cho thủy tinh.
• Các chất tạo màu: Thêm vào để giúp sản phẩm thủy tinh khi hoàn thiện có màu đẹp hơn.

Đặc điểm chung của thủy tinh

Thủy tinh là vật liệu vô cùng quen thuộc trong đời sống hàng ngày của con người, tuy vậy không phải ai cũng hiểu hết các đặc tính của nó:

• Thủy tinh trong suốt, không màu, không bị gỉ.
• Cứng cáp nhưng lại dễ vỡ khi gặp phải các va chạm mạnh như ném, đập, làm rơi.
• Không hút ẩm, không cháy, không bị ăn mòn bởi axit.
• Khí bị bám bẩn, ám múi, bề mặt dễ làm sạch và rửa trôi.
• Khả năng truyền ánh sáng tốt, tính thẩm mỹ cao.
• Có thể tái chế được vô số lần, thân thiện với môi trường.
• Thủy tinh có thể chịu nhiệt lên đến 400 độ C.

Quy trình sản xuất thủy tinh 

Thủy tinh được phát hiện ra từ rất lâu, và con người đã có nhiều bước tiến trong việc sản xuất thủy tinh. Hiện nay, quy trình hiện đại mặc dù vẫn còn phức tạp tuy nhiên đã mang đến năng suất lớn, chất lượng sản phẩm cao.

Bước 1: Chuẩn bị nguyên vật liệu

Khi chuẩn bị, người ta thường phải lọc cát sạch, không lẫn sắt để tạo ra thủy tinh trong suốt nhất, nếu không sẽ có chút màu xanh lục. Trong trường hợp không chuẩn bị được cát sạch hoàn toàn, họ sẽ pha chế và thêm các phụ gia để tạo ra được nguyên liệu tốt nhất cho sản xuất.

Đây là bước rất quan trọng quyết định đến chất lượng của thành phẩm tạo ra.

Bước 2: Đun chảy nguyên liệu

Đổ hỗn hợp nguyên liệu vào nồi nấu kim loại hoặc thùng chứa có khả năng chịu nhiệt cao hơn 1000 độ C. Quá trình này sẽ nung nóng hỗn hợp tạo thành chất lỏng, thông thường cần nung nóng trong mức nhiệt độ nhất định trong khoảng 36 giờ để giúp thành phẩm có độ bền cao hơn. Trong giai đoạn này việc kiểm soát nhiệt độ là vô cùng cần thiết và thường được xử lý bằng máy móc tại các nhà máy hiện đại.

Xem thêm: Bộ điều khiển trong sản xuất thủy tinh

Bước 3: Tạo hình sản phẩm

Sau khi đun nóng thành dạng lỏng, thủy tinh sẽ được rót vào trong khuôn và để nguội, trong lúc này nhà sản xuất sẽ tạo hình cho chúng bằng nhiều cách khác nhau như:

• Rót thủy tinh nóng vào khuôn sẵn hình dáng và để nguội.
• Đổ thủy tinh vào đầu của ống rỗng, sau đó người thợ vừa xoay ống vừa dùng miệng thổi hơi mạnh vào trong ống. Thủy tinh ở đầu ống sẽ chảy xuống và tạo hình theo người thợ. Tuy nhiên đây là cách thức cho các quy trình sản xuất thủy tinh truyền thống nên vẫn cần nhân lực can thiệp nhiều vào quá trình.
• Thủy tinh đang nóng chảy sẽ được rót vào bình thức thiếc để tạo thành giá đỡ, tiến hành thổi thủy tinh bằng khí nitơ nén để tạo hình và đánh bóng sản phẩm.

Bước 4: Làm nguội thủy tinh

Thủy tinh sau khi được tạo hình sẽ phải làm nguội một cách từ từ để tránh nhiệt độ biến chuyển đột ngột sẽ làm thành phẩm bị giòn và dễ vỡ. Công đoạn này cũng rất quan trọng và cần thiết bị hiện đại như bộ điều khiển SCR của Advanced Energy hỗ trợ.

Bước 5: Hoàn thiện sản phẩm và kiểm tra chất lượng

Sau khi làm nguội, thủy tinh sẽ được đun nóng trở lại để tăng cường độ bền, loại bỏ các điểm tụ bong bóng khí phát sinh trong quá trình làm nguội. Ngoài ra, còn có thể mạ ngoài, cán mỏng thủy tinh để tăng độ dẻo dai cho sản phẩm.

Cuối cùng, sẽ có những quy trình kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt bằng các thiết bị chuyên dụng như kiểm tra áp suất, kiểm tra độ nhẵn bề mặt,… trước khi xuất hàng đến tay người tiêu dùng.

Ứng dụng của thủy tinh trong đời sống

• Làm đồ trang trí: Từ đèn tường, đèn trần, cửa kính, lọ hóa,… đều có các sản phẩm đẹp đẽ và thẩm mỹ cao được sản xuất từ thủy tinh.
• Thiết bị ngành y tế: Các thiết bị ống nghiệp, ống đựng thuốc, lăng kính hiển vi,…
• Ngành thực phẩm: Hộp đựng thực phẩm bảo quản rau củ, đồ ăn. Chai lọ đựng nước uống, ly cốc thủy tinh. Sản phẩm có tính thân thiện và bảo vệ môi trường tốt hơn so với ly cốc đồ hộp nhựa.
• Ngành điện tử: Sản xuất linh kiện điện tử, cầu chì, cảm biến, bo mạch hay sợi cáp quang.
• Ngành dược phẩm: Làm chai lọ hũ đựng mỹ phẩm, nước hoa bằng thủy tinh giúp nâng tầm giá trị sản phẩm một cách sang trọng và tinh tế. Hơn nữa, với đặc tính không gây ra các phản ứng hóa học nên chai lọ thủy tinh có khả năng bảo quản sản phẩm tốt và hiệu quả hơn.