แก้ว

แก้ว 

แก้วเป็นวัสดุเซรามิกส์ประเภทหนึ่งที่นิยมใช้อย่างแพร่หลายตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน ทั้งนี้อาจเป็นเพราะแก้วมีสมบัติเฉพาะตัวในเรื่องของความโปร่งใส ความแข็งแกร่ง และความ- มันแวววาว ซึ่งเป็นสมบัติที่วัสดุอื่นทดแทนไม่ได้ อีกทั้งในปัจจุบันมนุษย์สามารถสร้างสรรค์และ ผลิตแก้วได้อย่างหลากหลายลักษณะ ไม่ว่าจะเป็นแท่งแก้วทึบตัน แผ่นแก้วที่บางเฉียบหรือเส้น- ใยแก้วที่ละเอียดอ่อน ดังนั้นการได้ศึกษาถึงวิวัฒนาการของแก้ว สมบัติและประเภทของแก้ว รวมถึงขั้นตอนการผลิตแก้วลักษณะต่าง ๆ ที่จะช่วยให้เกิดความเข้าใจในวัสดุประเภทนี้มากขึ้น อันจะน ามาซึ่งการเลือกใช้ได้อย่างเหมาะสม

ในชีวิตประจำวัน รวมทั้งเพื่อการปรับปรุง พัฒนา และสร้างสรรค์ผลิตภัณฑ์แก้วต่อไป

ความหมายของแก้ว แก้วคือผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการหลอมอนินทรียสารอันได้แก่ซิลิกา (silica) กับสารโลหะ ออกไซด์แล้วท าให้เย็นตัวจนกระทั่งแข็งโดยไม่มีการตกผลึก (crystallization) ส่วนประกอบทาง เคมีของแก้วประกอบด้วยซิลิกอนไดออกไซด์ (silicon dioxide, SiO2 ) โบรอนออกไซด์ (boron oxide, B2O3 ) โซเดียมคาร์บอเนต (sodium carbonate, Na2CO3 ) แคลเซียมคาร์บอเนต (calcium carbonate, CaCO3 ) และ แมกนีเซียมคาร์บอเนต (magnesium carbonate, MgCO3 ) มีลักษณะโปร่งแสงและมีความเปราะ หากพิจารณาจากลักษณะทางกายภาพแล้ว แก้วจะหมายถึงวัสดุที่มีความแข็ง (hard) โปร่งใส (transparent) เปราะ (brittle) มีความแวววาว (relative) มีจุดหลอมละลายสูง (high softening point) ไม่ละลายในน้ าและในสารละลายใด ๆ (insoluble in water and organic solvents) อีกทั้งไม่ติดไฟ (non inflammable)ซึ่งแก้วมีสมบัติดังต่อไปนี้

1. แก้วมีโครงสร้างทางเคมีไม่แน่นอน แต่แก้วจะมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกัน คือ ประกอบด้วยซิลิกอนไดออกไซด์และโซเดียมคาร์บอเนตเป็นหลัก
2. มีความแข็งแต่เปราะทำให้แตกหักง่าย 
3. เป็นตัวนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิห้องไม่ดี แต่ที่อุณหภูมิสูงจะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี
 4. มีลักษณะโปร่งใส (transparency)
 5. สามารถทำให้หลอมละลายได้ด้วยความร้อน
 6. เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นสมบัติของแก้วจะเปลี่ยนไปทั้งลักษณะทางกายภาพ และสมบัติทางเคมี 
7. มีช่วงการหลอมละลายกว้าง
 8. สมบัติทางกายภาพต่างๆที่เปลี่ยนแปลงนั้นจะสามารถสังเกตเห็นได้ แก้วเป็นวัสดุที่ท าจากทรายแก้วเป็นส่วนประกอบหลัก นอกจากนั้นเป็นโลหะออกไซด์ ต่าง ๆ เช่น เหล็กออกไซด์ (ferric oxide) ฟอสเฟอร์ริกออกไซด์ (phospheric oxide)  

ประวัติของแก้ว 

 อาจกล่าวได้ว่าแก้วนั้นมีความเก่าแก่นานนับเท่าอายุของโลกเพราะองค์ประกอบของ แก้วที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติได้แก่ลาวาจากภูเขาไฟที่หลอมจากความร้อนภายใต้พื้นผิวโลก และ เคลื่อนตัวออกสู่ผิวโลกมากระทบความเย็นท าให้แข็งตัว ซึ่งมีองค์ประกอบและวิธีการผลิตหรือ การได้มาคล้ายกับแก้วที่มนุษย์สร้างขึ้นในปัจจุบัน โดยเครื่องใช้ของมนุษย์ยุคแรกที่พบบางชิ้น ท าด้วยแก้วมากะเทาะเป็นรูปทรงต่าง ๆ ให้เหมาะสมกับการใช้สอย ซึ่งแก้วที่มนุษย์โบราณใช้ ท าเครื่องใช้และเครื่องประดับเหล่านั้นได้จากธรรมชาติอันได้แก่ลาวาที่เย็นตัวทั้งสิ้น ที่ส่วนมาก มีลักษณะขุ่นและมีสีด า นานครั้งจึงจะพบสีแดง สีเขียว หรือสีน้ าตาล แก้วธรรมชาตินี้บางชิ้น จะแตกเป็นเหลี่ยมคม มนุษย์จึงเก็บมาดัดแปลงท าเป็นหัวธนูหอกและแทนใบมีด ตามหลักฐาน ทางประวัติศาสตร์สันนิษฐานว่ามนุษย์ยุคหินเป็นพวกแรกที่น าแก้วมาท าหน้ากากส าหรับพิธี ฉลองต่าง ๆ ใช้ท ากระจก และท าเครื่องประดับ แก้วที่เกิดจากลาวาหรือที่เรียกว่าแก้วโวลเคนิค (volcanic glass) นี้มีชื่อเรียกว่าออบซิเดียน (Obsidian) พบมากในประเทศกรีกและถูกใช้เป็น สิ่งของในการค้าขายแลกเปลี่ยนมานานเท่า ๆ กับบรอนซ์ (bronze) และยังคงเป็นสินค้าที่นิยม มาทุกยุคทุกสมัยตราบจนทุกวันนี้ 

ประเภทของแก้ว 

แก้วจำแนกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ 

 1. แก้วที่เกิดโดยธรรมชาติ (god made glass) แก้วที่เกิดโดยธรรมชาติเรียกว่าออบซิเดียนเกิดจากการเย็นตัวอย่างรวดเร็วของสาร หลอมเหลวที่พ่นออกมาจากปล่องภูเขาไฟ (magma) มีสีเทาหรือสีม่วงดำ ต่อมาในยุคหินที่ มนุษย์เริ่มรู้จักใช้ความร้อนจากไฟในการหุงต้ม กรวดและทรายบริเวณเชิงตะกอนของเตาไฟที่ หุงต้มเมื่อได้รับความร้อนสูงจะเกิดการหลอมละลายบริเวณผิวจนกระทั่งมีลักษณะคล้ายลูกปัด แก้วก้อนกลม ๆ (glassbead) โดยแก้วธรรมชาติที่เกิดจากการหลอมตัวของทรายหรือทราย แก้วซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีคือซิลิกอนไดออกไซด์ นอกจากนี้แก้วที่เกิดโดยธรรมชาติยังเกิด จากการหลอมตัวของซิลิกอนไดออกไซด์ที่อยู่ในลักษณะของหินหรือแร่ เช่นหินเขี้ยวหนุมาน (quartz) ซึ่งมีจุดหลอมสูงมากกว่าทราย ที่หากเกิดการหลอมละลายแล้วจะเรียกว่าซิลิกาหลอม (fused silica) 


2. แก้วที่มนุษย์สร้างขึ้น (man made glass) แก้วที่มนุษย์คิดประดิษฐ์ขึ้นแบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ตามองค์ประกอบทางเคมีและ ตามลักษณะการใช้งานดังต่อไปนี้
 2.1 ประเภทของแก้วที่แบ่งตามองค์ประกอบทางเคมี แบ่งได้เป็น 7 ชนิด ดังนี้คือ

 2.1.1 แก้วซิลิกาหลอมเหลว (silicaglass หรือ fused silica หรือ vitreous silica) หรือแก้วควอตซ์ (quartz) ได้จากการหลอมเศษแก้ว ทรายแก้วหรือพวกหินควอตซ์โดย ไม่เติมสารประกอบอื่น จึงต้องท าการหลอมที่อุณหภูมิสูงถึง 1,710 องศาเซลเซียส ขณะหลอม จะได้น้ าแก้วที่มีความหนืดสูงจึงเกิดฟองอากาศมาก แข็งตัวเร็ว ทำให้ขึ้นรูปยาก จึงนิยมหลอม ในสุญญากาศ สมบัติของซิลิกาหลอมคือมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ า ทนต่อ สารเคมีและทนความร้อนได้ดี ยอมให้รังสีอัลตราไวโอเลตส่งผ่านได้ดี (โปร่งใส) จึงนิยมใช้ท า เครื่องใช้ในห้องปฏิบัติการ (laboratory) ใช้งานทางด้านไฟฟ้าและใช้งานเกี่ยวกับด้านแสง แต่ แก้วชนิดนี้จะมีราคาแพง 

หินควอตซ์

2.1.2 แก้วซิลิกาหลอมเหลวร้อยละ 96 (96% silica glass) มีสมบัติเกือบจะ เหมือนแก้วประเภทซิลิกาหลอม แต่มีจุดหลอมต่ ากว่า มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวเมื่อได้รับ ความร้อนสูงกว่าเพราะมีสารช่วยหลอมละลาย (fluxing oxide) และสารอื่นอีกประมาณร้อยละ 4 เพื่อลดจุดหลอมละลายให้ต่ าลงและสะดวกในการขึ้นรูป แก้วชนิดนี้อาจเรียกว่าไวคอร์ (vycor) นิยมใช้ท าเครื่องใช้ในห้องทดลองพวกหลอดแก้ว (tubes) หรือถ้วยแก้ว (rod) 

หลอดแก้ว 

2.1.3 แก้วโซดาไลม์ (soda lime glass) เป็นแก้วชนิดที่ใช้มากที่สุด แก้วชนิด นี้ถูกให้ความหมายไว้ว่าเป็นแก้วที่ทำมาจากไลม์(lime) โซดา (soda) และทรายเป็นส่วนผสม หลักโดยใช้โซดาหรือโพแทส (potash) ผสมเป็นสารช่วยหลอมละลายเพื่อลดจุดหลอมให้ต่ าลง ลดความหนืดให้สะดวกในการขึ้นรูป นอกจากนี้ยังมีไลม์ (calcium oxide, CaO) แมกนีเซียม ออกไซด์ (magnesium oxide, MgO) และอะลูมิเนียมออกไซด์ (aluminium oxide, Al2O3 ) ปน อยู่เล็กน้อย เพื่อให้แก้วมีความคงทนต่อสารเคมี
แก้วชนิดโซดาไลม์นี้ถ้าขึ้นรูปให้บางจะไม่สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิโดยกะทันหันได้ (thermal shock) นิยมใช้ท าขวด กระจกหน้าต่าง กระจกแผ่น ถ้วยแก้ว แก้วกันกระสุน (bullet proof glass) แก้วกระจกรถยนต์ เป็นต้น

แก้วโซดาไลม์

2.1.4 แก้วเลดซิลิเกต (leadalkali silicate glass) แก้วชนิดนี้ได้จากการแทน แคลเซียมออกไซด์ด้วยตะกั่ว (lead oxide, PbO) ตามปกติแคลเซียมออกไซด์จะใช้ได้ไม่เกิน ร้อยละ 15 แต่ถ้าใช้ตะกั่วแทน สามารถใช้ได้ถึงร้อยละ 80 บางครั้งใส่ตะกั่วถึงร้อยละ 92 แก้ว จึงมีน้ าหนักมาก โดยตะกั่วท าหน้าที่เป็นตัวช่วยหลอมละลายท าให้มีจุดหลอมต่ ากว่าแก้วโซดา ไลม์ และตะกั่วช่วยให้แก้วมีความแวววาวสุกใสสวยงาม แต่ความหนาแน่น การหักเหของแสง ความมันเงาและราคาสูงกว่า จึงนิยมใช้ท าหลอดแก้วเพื่อการให้แสงสว่าง และยังนิยมน าไป ทำผลิตภัณฑ์ประเภทงานศิลปะ (art ware) และแก้วเจียระไน รวมทั้งนิยมน าไปใช้ผลิต  อุปกรณ์วิทยุ เรดาร์ (radar) และเครื่องหลอดโทรทัศน์ หลอดวิทยุต่าง ๆ เป็นต้น เนื่องจากมี ความต้านทานทางไฟฟ้าดี

แก้วเจียระไน

 2.1.5 แก้วโบโรซิลิเกต (borosilicateglass) แก้วชนิดนี้มีความหมายที่กล่าว ไว้ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม (กระทรวงอุตสาหกรรม, 2527, หน้า 1) ว่าแก้วโบโรซิลิเกตเป็น แก้วที่มีโบรอนไตรออกไซด์ (borontrioxide, B2O3 ) ไม่น้อยกว่าร้อยละ 5 โดยน้ าหนัก หรือ นิยมเรียกว่าแก้วไพเรก (pyrex) ได้แก่แก้วทนไฟ แก้วชนิดนี้ใช้โบรอนออกไซด์เป็นตัวช่วยหลอม ละลาย โดยโบรอนจะลดความหนืดของแก้วลงแต่ท าได้น้อยกว่าโซดา การขึ้นรูปค่อนข้าง ล าบากแต่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหันได้ดี ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ า นิยมใช้ท าภาชนะหุงต้ม (cooking ware) ชนิดที่สัมผัสความร้อนโดยตรง ใช้ท าภาชนะที่ใช้ในห้องทดลอง และท าเลนส์ของกล้องดูดาว 

แก้วโบโรซิลิเกต

2.1.6 แก้วอะลูมิโนซิลิเกต (aluminosilicateglass) ได้แก่แก้วที่มี อะลูมิเนียมออกไซด์มากกว่าร้อยละ 20 มีแคลเซียมและแมกนีเซียมปริมาณน้อย ท าให้การ- หลอมยากและการขยายตัวต่ าเมื่อได้รับความร้อนจึงเหมาะที่จะใช้ทำผลิตภัณฑ์ประเภทที่ต้อง สัมผัสกับอุณหภูมิสูง (high temperature ware) เช่น 
ภาชนะหุงต้ม 

ภาชนะหุงต้ม

2.1.7 แก้วสี (color glass) ได้แก่แก้วที่มีสีในเนื้อแก้ว ทำได้โดยผสมสารให้สี ที่เป็นออกไซด์ของโลหะลงไปประมาณร้อยละ 1 – 4 ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสีที่ต้องการ 2.2 ประเภทของแก้วที่แบ่งตามลักษณะการใช้งาน 2.2.1 แก้วที่ใช้ในวงการวิทยาศาสตร์ ได้แก่ หลอดแก้วทดลองต่าง ๆ (tubes) ปริซึม (prism) และบีกเกอร์ (beaker) เป็นต้น 2.2.2 แก้วที่ใช้ในการให้แสงสว่าง ใช้ท าหลอดไฟที่ให้แสงสว่าง เช่น หลอด ฟลูออเรสเซนท์ (fluorescent) แก้วประเภทนี้ยังใช้ท าเลนส์ของแว่นตา แว่นขยาย กล้องถ่าย- รูป กล้องจุลทรรศน์ กล้องส่องทางไกล เป็นต้น 2.2.3 แก้วที่ใช้ในวงการก่อสร้าง เช่น แก้วบุเพดาน (เนื่องจากสมบัติด้านการ เป็นฉนวนกันความร้อน) เส้นใยแก้ว (fiber glass) เสื้อกันความร้อนและเสื้อกันไฟ 2.2.4 แก้วสะเทิน (neutral glass) หมายถึงแก้วที่ไม่ท าปฏิกิริยากับกรด หรือ ด่าง แก้วพวกนี้ได้แก่ ขวดใส่ยา ขวดใส่น้ าเกลือ เป็นต้น 2.2.5แก้วกระจกรถยนต์(safetyglass) หรือเรียกทั่วไปว่าแก้วนิรภัย มีสมบัติ เด่นของแก้วชนิดนี้คือเมื่อแตกจะไม่มีลักษณะแหลมคม (angular fragment) ทั้งนี้เพราะขณะ ขึ้นรูป ใช้ลมเป่าให้ผิวด้านนอกของแผ่นแก้วเย็นและหดตัวอย่างรวดเร็ว เมื่อมีการกระทบที่ผิว จึงเกิดการแตกร้าวเป็นฝอย แก้วที่น ามาท ากระจกรถยนต์นี้เป็นแก้วชนิดโซดาไลม์ 2.2.6 แก้วกันกระสุน (bullet proof glass) เป็นแก้วชนิดโซดาไลม์ ที่ภายหลัง การขึ้นรูปให้เป็นแผ่นบาง ๆ (sheet) หลาย ๆ แผ่น แล้วใช้แผ่นพลาสติก (laminate) แทรกใส่ ระหว่างชั้นหรือแผ่นแก้วและประกบกันจนกระทั่งได้ความหนาตามความต้องการ แก้วชนิดนี้จะ มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นจนสามารถกันกระสุนปืนทะลุผ่านได้ โดยกรณีที่ถูกยิง กระสุนปืนจะ แฉลบไม่สามารถทะลุกระจกเข้าไปได้และหากส่วนที่เป็นแก้วหรือกระจกแตกจะมีลักษณะร้าว เป็นแผ่นไม่หลุดแตกกระจายเพราะมีแผ่นพลาสติกเชื่อมยึดเศษแก้วอยู่ 2.2.7 ใยแก้ว ทำได้โดยการดึงแก้วเป็นเส้นใยแล้วนำมาอัดขึ้นรูป ใยแก้วจะมี ความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กกล้าแต่มีความเบาและอ่อนนุ่มเหมือนขนสัตว์ อีกทั้งสามารถที่จะ โค้ง งอได้ สามารถดึงให้เป็นเส้นเล็กได้ถึง 1/300 ของความหนาของเส้นผม ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ สมบัติของใยแก้วคือเก็บเสียงและกันความร้อนได้ดี นอกจากนั้นยังนิยมน าแผ่นใยแก้วไปต่อ เป็นโครงเรือได้เพราะมีน้ าหนักเบาและมีความแข็งแรง

แก้วสี

 2.2.8 แก้วในวงการศิลปะ ผลิตภัณฑ์แก้วประเภทนี้ได้แก่แก้วซึ่งมีความไวต่อ แสงอัลตราไวโอเลต (ultraviolet) โดยสามารถจะอัดภาพถ่ายลงไปบนพื้นผิวของแก้ว ได้(photo sensitive glass) นอกจากนี้แก้วที่ใช้ในวงการศิลปะยังรวมถึงแก้วสีตลอดจนเครื่องประดับต่าง ๆ 

แก้วในวงการศิลปะ

2.2.9 แก้วที่เป็นเครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน ได้แก่ โคมไฟและภาชนะเครื่อง- แก้วต่าง ๆ เพราะสมบัติของแก้วที่แม้จะเป็นตัวนำความร้อนได้ไม่ดี แต่สามารถดูดความร้อนได้ดี ฉะนั้นหม้อแก้วจึงสามารถดูดและกักเก็บความร้อนไว้ได้นานกว่าหม้อโลหะ

โคมไฟ

 2.2.10 แก้วในงานอิเลคทรอนิกส์และงานด้านการโทรคมนาคม แก้วประเภท นี้ได้แก่
หลอดโทรทัศน์ หลอดสุญญากาศ เป็นต้น

หลอดสุญญากาศ

2.2.11 แก้วในวงการอวกาศ เช่นแก้วที่ใช้ทำหน้าต่างจรวด เครื่องบิน เป็นต้น แก้วประกอบด้วยซิลิเกตที่ไม่เป็นผลึก (non crystalline silicates) กับออกไซด์ของธาตุ ต่าง ๆ เช่น แคลเซียมออกไซด์ โซเดียมออกไซด์ โพแทสเซียมออกไซด์ อะลูมิเนียมออกไซด์ และโบรอนออกไซด์ เป็นต้น โดยออกไซด์ของธาตุเหล่านี้มีผลท าให้แก้วแสดงสมบัติแตกต่าง กันไป ขึ้นอยู่กับชนิดและปริมาณของออกไซด์ ดังแสดงองค์ประกอบและคุณลักษณะของแก้ว ชนิดต่าง ๆ ที่ใช้ในอุตสาหกรรม

วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตแก้ว 

ในการผลิตแก้ว วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตแก้วสามารถจ าแนกได้เป็น 6 กลุ่มตามสมบัติ ของวัตถุดิบที่มีผลท าให้แก้วเกิดสมบัติต่าง ๆ กันดังนี้คือ 

1. ตัวทำให้เกิดเนื้อแก้ว (glass former materials)

วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตแก้วเพื่อท าให้เกิดเนื้อเแก้วหรือความเป็นแก้วได้แก่ทรายแก้ว โดยทรายแก้วจะต้องมีปริมาณของเหล็กต่ าและสารประกอบอื่นเจือปนอยู่เล็กน้อย มิฉะนั้นจะ ได้เนื้อแก้วที่ไม่ใส มีสีอยู่ในเนื้อแก้วและยากต่อการหลอมละลาย ในประเทศไทยมีทรายแก้ว

2. ตัวช่วยลดอุณหภูมิในการหลอมแก้ว (fluxing agent) 

วัตถุดิบที่ใช้ในอัตราส่วนผสมของแก้วที่มีสมบัติเป็นตัวช่วยลดอุณหภูมิในการหลอมที่ นิยมใช้ได้แก่โซดาแอซ (soda ash หรือ sodium carbonate, Na2CO3 ) สารนี้เมื่อน าไปผสมกับ ทรายแก้วในอัตราส่วนผสมร้อยละ 10 – 16 จะช่วยลดอุณหภูมิการหลอมลงมาได้ 700 – 800 องศาเซลเซียสช่วยท าให้ทรายแก้วหลอมตัวง่ายขึ้น เมื่อผสมโซดาแอซกับทรายแก้ว (SiO2 ) จะ ได้แก้วชนิดโซเดียมซิลิเกต (sodium silicate, Na2SiO3 ) หรือที่เรียกว่าน้ าแก้ว (water glass) มี สมบัติละลายน้ าได้ง่าย จึงใส่หินปูน (CaCO3 ) ลงไปในอัตราส่วนผสมเพื่อช่วยให้ไม่ละลายน้ า เมื่ออัตราส่วนผสมทั้งหมดหลอมตัวรวมกันเกิดเป็นแก้วแล้วจะเรียกว่าแก้วโซดาไลม์ นอกจากโซดาแอซ ทรายแก้ว และหินปูนแล้ว ยังอาจใส่อัลคะไลเอิร์ธ (alkalis earth) อื่น ๆ ได้อีก เช่นแมกนีเซียมและแบเรียม (barium) เป็นต้น ตัวลดอุณหภูมิอื่นที่นิยมใช้ได้แก่ หินฟันม้า (feldspar) ตะกั่วออกไซด์และบอร์ริกออกไซด์ที่ใช้ในรูปของสารบอร์แรกซ์(borax, Na2B4O7 . 10H2O) ที่นิยมใช้ท าแก้วโบโรซิลิเกต อย่างไรก็ดีการถือหลักเกณฑ์โดยทั่วไปว่าแก้ว ประเภทใดที่มีส่วนผสมของวัตถุดิบที่มีสมบัติในการลดอุณหภูมิปริมาณมากจะใช้อุณหภูมิใน การหลอมต่ า ราคาถูก แต่ถ้าใส่วัตถุดิบเพื่อการลดอุณหภูมิปริมาณน้อยจะได้เนื้อแก้วคุณภาพ ดีราคาแพงขึ้นหากแต่การหลอมละลายของเนื้อแก้วจะต้องใช้อุณหภูมิสูงขึ้น นอกจากวัตถุดิบ ที่ใช้ในการลดอุณหภูมิที่กล่าวข้างต้นแล้ว เศษแก้ว (cullet) ก็เป็นวัตถุดิบที่ท าหน้าที่เป็นตัวลด อุณหภูมิเช่นเดียวกันและนิยมใช้มาก ซึ่งจะใช้ประมาณร้อยละ 10 – 75 ในอัตราส่วนผสมของ วัตถุดิบ นอกจากนี้ยังมีหินโดโลไมท์ (dolomite) ที่ให้แคลเซียมและแมกนีเซียมอีกด้วย

 3. ตัวฟอกสี (decolorizing agent)

วัตถุดิบที่นิยมน ามาใช้เพื่อฟอกสีของแก้วได้แก่ซีลีเนียม (selenium) และโคบอลท์ (cobalt) นิยมใช้ในปริมาณน้อยเพราะเป็นสารที่มีราคาแพง โดยใช้ส าหรับฟอกสีเขียวที่เกิด จากออกไซด์ของเหล็ก แต่หากมีปริมาณเหล็กออกไซด์เกินกว่าร้อยละ 0.06 แม้ตัวฟอกสีก็ไม่ สามารถก าจัดสีได้ ฉะนั้นจะต้องควบคุมปริมาณของตัวที่ท าให้เกิดสีควบคู่กันด้วย การใช้ ซีลีเนียมมีข้อเสียบางประการคือหากใช้ปริมาณมากเกินจะท าให้ความสดใสของเนื้อแก้วลดลง 
อีกประการหนึ่งคือถ้าใช้ตัวไล่ฟอง (อาร์ซินิกออกไซด์, arsenic oxide, As2O3 ) มากจะมีผลต่อ สมบัติในการฟอกสีของซีลีเนียม 

4. ตัวไล่ฟอง (oxidizing agent) วัตถุดิบที่มีสมบัติช่วยในการไล่ฟองอากาศในเนื้อแก้วที่หลอมเป็นน้ าแก้วแล้วได้แก่ อาร์ซินิกออกไซด์ และโซเดียมไนเตรท (sodium nitrate, NaNO3 ) การหลอมแก้วแต่ละครั้งจะ เกิดฟองแก๊สขึ้นมาก เนื่องจากสารพวกคาร์บอเนต (carbonate) ในวัตถุดิบที่ท าปฏิกิริยา ในขณะการหลอมเกิดเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (carbon dioxide, CO2 ) ซึ่งเป็นตัวท าให้ เกิดฟองในเนื้อแก้ว ฟองนี้จะสามารถก าจัดได้โดยการเติมสารพวกอาร์ซินิกออกไซด์หรือ โซเดียมไนเตรท 

5. ตัวช่วยทำให้เกิดสีและทึบแสง (coloring and opacifiying agent) วัตถุดิบที่ใช้เพื่อให้เกิดสีและทึบแสงนี้จะใช้ในการท าแก้วสีและแก้วทึบแสง

6. ตัวควบคุมความหนืดหรือควบคุมการไหลตัวของแก้ว (viscosity fluidity) วัตถุดิบที่นิยมใช้เพื่อควบคุมการไหลตัวของน้ าแก้วได้แก่อะลูมินาและหินฟันม้าทั้งชนิด โซดา (soda feldspar) และชนิดโพแทส (potash feldspar) ที่มีสมบัติช่วยลดอุณหภูมิการ- หลอม

การผลิตแก้ว

กรรมวิธีในการผลิตภาชนะแก้วแบ่งออกได้เป็น 6 ขั้นตอนดังนี้ (Norton, 1957, pp. 162 – 167)

 ขั้นที่ 1 การเตรียมส่วนผสม (batch mixing) ทรายแก้วซึ่งเป็นวัตถุดิบหลักที่มีคุณภาพถูกต้องเหมาะสมจะถูกล าเลียงสู่ตะแกรงร่อน เพื่อร่อนแยกสิ่งสกปรกที่ปะปนออก ต่อจากนั้นจึงเคลื่อนสู่ที่เก็บ เมื่อต้องการใช้ก็จะเปิด ส่วนล่างของที่เก็บปล่อยให้ทรายที่สะอาดเคลื่อนลงสู่ภาชนะรองรับ ชั่งให้ได้น้ าหนักตามความ- ต้องการพร้อมที่จะน าไปใช้ผสมกับส่วนผสมอื่น ๆ อันได้แก่ หินปูน หินฟันม้า เป็นต้น ที่ผ่าน การท าความสะอาดและบดให้ละเอียดในเครื่องบด ร่อนให้ได้ขนาดของเม็ดตามมาตรฐานและ ชั่งน้ าหนักตามอัตราส่วนผสม

ขั้นที่ 2 การหลอม (melting) 

ส่วนผสมที่เตรียมไว้แล้วจะถูกป้อนเข้าสู่เตาหลอมโดยเครื่องเติมส่วนผสมทางช่องด้าน ท้ายของเตา (dog house) ซึ่งก่อด้วยอิฐทนไฟ ในขณะที่เกิดการหลอม วัตถุดิบในส่วนผสมจะ เกิดปฏิกิริยาสลายตัวให้ออกไซด์และแก๊สที่ห้องหลอมละลาย (melting zone) ซึ่งมีอุณหภูมิ ประมาณ 1,400 องศาเซลเซียส สารประกอบที่ได้จากการหลอมนี้จะมีลักษณะเป็นเนื้อแก้วที่ เหลว ส่วนแก๊สจะออกจากเนื้อแก้วที่หลอมเหลวทางปล่องเตา เนื้อแก้วจะไหลสู่ห้องไล่ฟองซึ่ง มีอุณหภูมิประมาณ 1,500 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมินี้เองแก๊สที่หลงเหลือจะถูกไล่ออกจนหมด เนื้อแก้วเหลวที่ปราศจากแก๊สมีความหนาแน่นสูงกว่าจะจมลงสู่ระดับพื้นของเตาหลอม ผ่าน ช่อง (throat) ไปยังห้องแก้วใส (refining zone) ช่วงนี้อุณหภูมิจะลดลงเหลือประมาณ 1,200 องศาเซลเซียส เพื่อให้แก้วมีความหนืดเหมาะสมเพื่อใช้ในการขึ้นรูป จุดประสงค์ในการหลอมแก้วก็เพื่อที่จะเปลี่ยนวัตถุดิบให้เป็นของเหลวที่มีเนื้อแก้ว สม่ าเสมอเข้ากัน ดังนั้นขนาดของเม็ดวัตถุดิบจึงมีส่วนส าคัญ หากขนาดของวัตถุดิบละเอียด มากเกินไป จะมีสภาพเป็นฝุ่นและกระจายตัวท าให้ประสิทธิภาพในการผสมต่ าและใช้เวลานาน กว่า ในการหลอมแก้วต้องให้เกิดปฏิกิริยาอย่างสมบูรณ์คือไม่ให้มีฟองอากาศหลงเหลืออยู่ หลังจากการหลอมตามอุณหภูมิที่ก าหนดไว้ ซึ่งแก้วแต่ละชนิดจะมีอุณหภูมิในการหลอม แตกต่างกันดังแสดงไว้ในตารางที่ 1.5 แต่เตาหลอม (furnace) ที่ใช้ในการหลอมแก้วมีเพียง 2 ชนิดคือเตาสมัยโบราณมีลักษณะเป็นหม้อหลอม (pot furnace) และเตาหลอมที่มีระบบการ ควบคุมอัตโนมัติ (continuous tank furnace) นิยมใช้ในปัจจุบัน

ขั้นที่ 3 การขึ้นรูป (forming) 

เนื้อแก้วเหลวจากห้องแก้วใสจะไหลไปตามรางที่ทำด้วยอิฐทนไฟซึ่งเรียกว่าเครื่องป้อน แก้ว (feeder) ผ่านบริเวณควบคุมอุณหภูมิ (cooling and conditioning section) เข้าสู่ 
สเปาท์ (spout) หล่นลงสู่เครื่องจักรทางช่องเล็ก ๆ (orifice) โดยมีกรรไกรคอยตัดเนื้อแก้วเหลวให้เป็น ก้อนเรียกว่าก้อนแก้ว (gob) ซึ่งสามารถควบคุมน้ าหนักของก้อนแก้วที่ต้องการและความเร็ว ของการเคลื่อนที่และการตัดได้ หลังจากนั้นจึงน าก้อนแก้วไปขึ้นรูปด้วยวิธีต่าง ๆ การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์แก้วจะต้องขึ้นรูปในขณะที่อยู่ในสภาพที่ก้อนแก้วมีความหนืด (viscosity) ที่อุณหภูมิสูง จึงต้องควบคุมความหนืดให้เหมาะสมโดยการควบคุมจากอุณหภูมิ การหลอมและส่วนผสม ถ้าอุณหภูมิการหลอมสูงความหนืดจะต่ า นิยมใช้ขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ ขนาดเล็ก ถ้าต้องการท าผลิตภัณฑ์ขนาดใหญ่ต้องให้อุณหภูมิการหลอมต่ ากว่าเพื่อให้แก้ว แข็งตัวเร็วและทรงรูปอยู่ได้ ซึ่งวิธีการขึ้นรูปมี 5 วิธีคือ การเป่า (blowing) การอัดด้วยความดัน (pressing) การดึง (drawing) การรีด (rolling) และการเทแบบ (casting) การขึ้นรูปแต่ละวิธี จะทำในขณะที่เนื้อแก้วมีอุณหภูมิและความหนืดในช่วงต่าง ๆ กัน
วิธีการขึ้นรูปและการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์จากแก้วบางประเภทที่นิยมใช้และพบเห็นผลิตภัณฑ์โดยทั่วไปดังต่อไปนี้ 

1. การขึ้นรูปโดยอาศัยความสามารถ หรือความช านาญของคน เนื้อแก้วจะหลอมใน เบ้าหลอม คนงานที่มีความชำานาญจะใช้ท่อเหล็กขนาดเล็กม้วนเพื่อยึดเนื้อแก้วในลักษณะ เป็นก้อนไว้ที่ปลายท่อด้านหนึ่ง เป่าเนื้อแก้วให้เป็นกระเปาะ กลิ้งกระเปาะนี้ไปมาบนแท่นไม้ซึ่ง ไหม้เกรียมเป็นถ่านเป็นการเตรียมผิวนอกของผลิตภัณฑ์ การกระท าเช่นนี้เป็นสิ่งจ าเป็น เพราะการทำให้ผิวเนื้อแก้วเย็นตัวลงท าให้ผิวแก้วมีความหนืดเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ท าให้ภายในเนื้อแก้วมีฟองอากาศเกิดขึ้น ฟองอากาศจะไม่สามารถผ่านทะลุผิวเนื้อแก้ว ออกมาได้ ท าให้ก้อนเนื้อแก้วไม่บิดเบี้ยวมากเกินไป ขั้นต่อมาคือการเป่าเนื้อแก้วเป็นรูป ผลิตภัณฑ์ ตัด อัดและกลิ้งให้ได้รูปร่าง รูปทรงที่ต้องการ ในช่วงการท างานแต่ละช่วงต้องมี- การท าให้เนื้อแก้วอุ่นอย่างสม่ าเสมอ การขึ้นรูปโดยใช้ความช านาญของคนนี้จะใช้ผลิตแก้ว ผิวบางหรือภาชนะที่ต้องการความประณีต 
2. การขึ้นรูปโดยการกดอัด ใช้ส าหรับการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่มีความหนา เช่น จานและ ชาม เป็นต้น แม่พิมพ์ (mold) ที่ใช้ส่วนมากทำมาจากเหล็กหล่อที่เคลือบด้วยกราไฟท์ ตามภาพ ที่ 1.2 เป็นกระบวนการขึ้นรูปชาม เมื่อน าวัตถุดิบหลอมเหลวที่เรียกว่าก้อนเนื้อแก้ว (gob) ใส่ ไปในแม่พิมพ์ น าแม่พิมพ์ตัวผู้มากดอัดท าให้ก้อนเนื้อแก้วไหลไปแทรกตัวในช่องว่างภายใน แม่พิมพ์เป็นรูปแบบตามที่ออกแบบไว้ เมื่อถอดแม่พิมพ์ทั้งสองออกจะได้ผลิตภัณฑ์ตาม ต้องการ
3. การขึ้นรูปโดยการเป่า ใช้ขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ประเภทขวด เหยือกน้ำหลอดไฟ เป็นต้น ซึ่งสามารถขึ้นรูปโดยใช้วิธีเป่าไปประกอบกับการขึ้นรูปวิธีอื่นได้หลายวิธี เช่น การกดอัดและเป่า การเป่าและเป่า การดูดและเป่า เป็นต้น 3.1 กระบวนการกดอัดและเป่า (pressingandblowing process หรือ Lynch Miller machine) การขึ้นรูปประกอบด้วย 2 กระบวนการคือการกดอัดและการเป่า การกดอัดนั้น 
ดำเนินการเหมือนกับการขึ้นรูปชามตามวิธีการอัดดังที่กล่าวแล้วข้างต้น หากแตกต่างกันที่ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกดอัดเช่นเดียวกับวิธีแรกซึ่งในที่นี้เรียกว่าพาริสัน (Parison) จะต้อง น าไปขึ้นรูปต่อโดยน าพาริสันที่ได้ไปใส่ในแม่พิมพ์เป่า (blow mold) เพื่อท าการเป่าขึ้นรูปโดย ทันทีก่อนที่อุณหภูมิของพาริสันจะลดลง ได้เป็นรูปภาชนะตามต้องการ วิธีนี้นิยมใช้ขึ้นรูปขวด ปากกว้าง
3.2 กระบวนการเป่าและเป่า (blowingandblowing หรือ Lynch machine) ใช้ วิธีการเป่าให้ได้พาริสันแล้วจึงน าไปขึ้นรูปต่อโดยใช้วิธีเป่า นิยมใช้ในการขึ้นรูปขวดปากแคบ
 3.3 กระบวนการดูดและเป่า (vacuum and blowing process หรือ Owens machine) เครื่องจะดูดแก้วหลอมขึ้นมาในแบบแล้วมีลมเป่าให้ได้พาริสัน หลังจากนั้นจึงน าไป เป่าให้ได้รูปทรงตามต้องการ
ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ การผลิตเป็นไปอย่างรวดเร็วและเป็นอัตโนมัติใช้ เครื่องจักรที่ท างานอย่างรวดเร็วและมีความละเอียดโดยการควบคุมก้อนเนื้อแก้วซึ่งจะส่งไปยัง เครื่องขึ้นรูปภัณฑ์ที่ผลิตอย่างรวดเร็วและมีมาตรฐานเพราะก้อนแก้วซึ่งมีน้ าหนักคงที่จะถูกดัน ออกมาที่อุณหภูมิหนึ่งที่ถูกควบคุมอย่างดีก้อนเนื้อแก้วนี้จะถูกอัดให้มีรูปร่างสม่ าเสมอทุกครั้ง เนื้อแก้วที่มีรูปร่างสม่ าเสมอจะถูกตัดในระยะเวลาที่เหมาะสม เพื่อควบคุมน้ าหนักให้สม่ าเสมอ 4. การขึ้นรูปโดยการดึง ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่เป็นแท่งแก้วกลวงหรือตัน โดย เนื้อแก้วจะถูกดึงออกมาโดยเครื่องจักรที่มีแท่งวัตถุทนไฟเป็นแกนและใช้การควบคุมความดัน อากาศเป็นตัวท าให้แท่งแก้วกลวง แท่งแก้วกลวงที่ถูกดึงออกมาจากแบบพิมพ์ที่มีลักษณะ คล้ายรังผึ้งด้วยความเร็วที่มีการควบคุมรวมทั้งมีการควบคุมความดันอากาศภายในจึงท าให้มี ผิวด้านในและด้านนอกสม่ าเสมอ แท่งแก้วกลวงพิเศษบางชนิด เช่นเทอร์โมมิเตอร์ใช้กรรมวิธี ดึงแบบไม่ต่อเนื่องเพราะเป็นทรงกระบอกแต่จะมีการโค้งคอดในบางช่วง กรรมวิธีการดึงเนื้อแก้วให้มีลักษณะเป็นเส้นใยและน าเส้นใยนี้ไปท าให้เป็นแผ่นรวมทั้ง ใช้เป็นโครงสร้างในซีเมนต์เช่นเดียวกับการใช้โครงสร้างของเหล็กในคอนกรีตและยังใช้เป็น โครงสร้างที่ให้ความแข็งแรงในพลาสติก การผลิตเส้นใยท าได้โดยการดึงเนื้อแก้วออกมาจาก ภาชนะแพลทินัม (platinum) โดยดึงผ่านรูพรุนขนาดเล็กด้วยความเร็วสูงมาก อากาศจะท าให้ ผิวเส้นใยรักษารูปร่างเส้นใยไว้ได้ อัตราเร็วในการดึงจึงมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับขนาด ของเส้นใย เส้นใยที่ผลิตกันทั่วไปมีขนาดประมาณ 0.004 นิ้ว 5. การขึ้นรูปโดยการดึงและรีด ใช้ในการผลิตกระจกแผ่น ท าได้โดยดึงน้ าแก้วออกมา จากส่วนหน้าของเตาหลอมอย่างสม่ าเสมอและต่อเนื่อง จากนั้นกระจกจะถูกดึงผ่านลูกกลิ้งสอง ลูกซึ่งท าหน้าที่ควบคุมความหนาของแผ่นกระจก และแผ่นกระจกจะผ่านไปในช่องเตาอบเพื่อ ปรับสภาพเนื้อแก้ว ช่วงที่ดึงแผ่นกระจกขึ้นมาจะมีน้ าหล่อบริเวณผิวกระจกท าให้ผิวกระจกเย็น และเกิดความคงทน ซึ่งในระหว่างดึงแผ่นกระจกขึ้นนี้กระจกจะเกิดชั้นเนื้อแก้วบาง ๆ ที่มีความ- หนืดมาก มีความทนทานไม่เสียรูปได้ง่าย ดังนั้นการท าให้ผิวกระจกเย็นตัวลงเป็นสิ่งจ าเป็นมาก ในการผลิตกระจกแผ่น หลังจากที่กระจกแผ่นถูกดึงขึ้นมาจะผ่านไปยังเตาปรับสภาพเนื้อแก้ว ผ่านไปยังเครื่องขัดหยาบและขัดละเอียด ความหนาของกระจกถูกขัดออกไปประมาณร้อยละ   25 – 50 ของความหนาเดิม
6. การผลิตเส้นใยสั้น ๆ ผลิตโดยการพ่นไอน้ าด้วยความเร็วสูงไปบนเนื้อแก้วหลอมที่ ก าลังไหล จะท าให้ได้เส้นใยละเอียดหลายขนาดผสมกัน กรรมวิธีนี้จ าเป็นจะต้องเป่าให้เนื้อแก้ว กระจายละเอียดมากพอจนสามารถแข็งตัวก่อนที่เนื้อแก้วจะหดตัวจากความตึงผิว ท าให้เส้นใย มีขนาดสั้นเกินไป การที่เนื้อแก้วหลอมสามารถแปรรูปเป็นเส้นใยในกรรมวิธีนี้ได้เนื่องจากการ ท าให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความหนืดอย่างรวดเร็วเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมินั่นเอง

ขั้นที่ 4 การอบ (annealing)    

ทุกขั้นของกรรมวิธีการผลิตแก้วจะมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิซึ่งจะมีผลท าให้เกิดแรง เค้น (stress) ขึ้นในเนื้อแก้ว ขั้นตอนต่อจากการขึ้นรูปคือจะต้องน าภาชนะแก้วที่ได้มาอบเพื่อ ควบคุมอัตราการเย็นตัวของเนื้อแก้วให้เป็นไปโดยสม่ าเสมอ มิฉะนั้นแก้วจะแตกเนื่องจากแรง เค้นที่เกิดขึ้นในเนื้อแก้ว เตาที่ใช้ส าหรับอบแก้วจะมีความยาวประมาณ 20 เมตร มีสายโลหะ ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ซึ่งสามารถควบคุมความเร็วได้ อุณหภูมิจากหัวอบประมาณ 600 องศา- เซลเซียส ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของแก้ว ส าหรับเนื้อแก้วซิลิเกตใช้อุณหภูมิระหว่าง 400 – 500 องศาเซลเซียสและลดลงเรื่อย ๆ อย่างสม่ าเสมอจนถึงท้ายเตาอบเหลือประมาณ 60 องศา- เซลเซียส ขั้นที่ 5 การตรวจสอบสมบัติและคุณภาพของแก้ว (inspection and quality control) ภาชนะแก้วที่ผ่านการอบแล้วจะต้องมีการตรวจสอบสมบัติทางกายภาพ เช่น ขนาด ความสูง ความกว้าง ขนาดปาก และรอยต าหนิต่าง ๆ เมื่อผลิตภัณฑ์แก้วผ่านการทดสอบเบื้อง- ต้นแล้ว จะมีการสุ่มแก้วไปทดสอบคุณภาพตามความต้องการและตามมาตรฐานที่ก าหนดเป็น ระยะ ๆ เช่น การทดสอบความเครียดของเนื้อแก้ว ความสามารถในการรับแรงอัดแรงกระแทก หรือการทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหัน เป็นต้น ขั้นที่ 6 การตกแต่ง (finishing) ภาชนะแก้วบางชนิดจะมีการตกแต่งโดยการประทับตราของบริษัท รูปภาพ อักษร และ สัญลักษณ์ต่าง ๆ โดยใช้วิธีการพิมพ์(screen painting) สีที่ใช้ส าหรับการพิมพ์นี้อาจเรียกว่าสี เคลือบ (glaze) ซึ่งจะมีอุณหภูมิการหลอมต่ า เมื่อพิมพ์ลงไปบนภาชนะแก้วแล้ว จะต้องน าไป อบอีกครั้งหนึ่งที่อุณหภูมิ 300 – 500 องศาเซลเซียส สีจะสดใสและจับแน่นกับผิวแก้ว การแต่ง อีกลักษณะหนึ่งได้แก่การเจียรนัย โดยการน าภาชนะแก้วที่ต้องการท าลวดลายไปขัดกับสารที่ มีความแข็งสูงกว่าแก้ว เช่น กากเพชร (carborundum) ที่ก าลังหมุนรอบตัวเองด้วยมอเตอร์ที่ความเร็วพอสมควรและมีน้ าเป็นตัวท าให้เย็น กากเพชรจะขูดแก้วให้เป็นรอยตามความต้องการ








อ้างอิงจาก :  http://www.teacher.ssru.ac.th/