Vărajul este un solid amorf obținut prin topirea siliciului cu un oxid bazic. Deși atomii săi nu se aranjează niciodată într-o ordine cristalină, spațierea atomică în sticlă este strânsă. Sticla se caracterizează prin transparență, duritate la temperaturi atmosferice și rezistență excelentă la intemperii și la majoritatea substanțelor chimice, cu excepția acidului fluorhidric.
Principala sticlă se bazează pe sistemul silicaților și este fabricată din trei constituenți principali: silice (SiO), var (CaCO3) și carbonat de sodiu (NaCO3). Diferiți oxizi sunt adăugați pentru a adapta proprietățile sticlei pentru a răspunde unor cerințe specifice.
Veștile din sistemul fără silicați, care reprezintă doar aproximativ 5% din toată sticla produsă (excluzând vitroceramica, descrisă în capitolul, Ceramica tehnică), includ geamuri de fosfat (care rezistă la acidul HF), geamuri de borat de pământuri rare (pentru un indice de refracție ridicat), geamuri care absorb căldura (realizate cu FeO) și sisteme bazate pe oxizi de aluminiu, vanadiu, germaniu și alte metale. Aproape toate ochelarii pot fi clasificați într-unul dintre cele șase tipuri de bază, pe baza compoziției chimice. În cadrul fiecărui tip, cu excepția siliciului topit, există mai multe compoziții distincte.
Vaharul sodo-calcaros, cel mai comun tip, este sticla din sticle, ferestre, becuri și pahare de băut. Compoziția sa este similară cu cea a celei mai vechi sticle fabricate de om – un amestec de oxizi de siliciu, calciu și sodiu. Aproximativ 90% din toată sticla topită astăzi este soda-calcaroasă (sau pur și simplu „calcaroasă”, așa cum este denumită în mod obișnuit). Această sticlă ieftină este ușor de fabricat într-o mare varietate de forme. Rezistența la temperaturi ridicate și la schimbări bruște de temperatură este slabă, iar rezistența la atacul substanțelor chimice este doar acceptabilă.
Veața borosilicată, cel mai vechi tip de sticlă care are o rezistență apreciabilă la șocuri termice și la temperaturi ridicate, are, de asemenea, o rezistență excelentă la atacul chimic. În această structură de sticlă, prima care a purtat marca Pyrex, o parte din SiO″ este înlocuită cu oxid boric.
Veața borosilicată are un coeficient scăzut de dilatare termică și este, astfel, potrivită pentru oglinzile telescoapelor și alte piese de precizie. De asemenea, deoarece această sticlă poate rezista la șocuri termice, este utilizată pentru vase de cuptor și de laborator, lentile de faruri și ochelari de măsură pentru cazane. Majoritatea sticlelor borosilicate au o rezistență mai bună la acizi decât cea a sticlelor sodo-calcaroase, dar o rezistență slabă la alcali. Fibrele de sticlă folosite la armarea compușilor din plastic sunt o sticlă borosilicată modificată.
Veața de plumb-alcalină, sau sticla de plumb, conține monoxid de plumb, PbO, pentru a-i crește indicele de refracție. Această sticlă este un izolator electric mai bun decât sticla sodo-calcaroasă sau sticla borosilicată. Sticla cu plumb este utilizată pentru aplicații optice, cum ar fi prismele și lentilele, și ca scut împotriva radiațiilor atomice. Este ușor de prelucrat și se potrivește bine pentru operațiunile lente și manuale. Datorită strălucirii sale naturale, sticla de plumb este utilizată pentru vesela de cristal fin. Ca și sticla de var, sticla de plumb are o rezistență slabă la temperaturi ridicate și la șocuri termice.
Veața de aluminosilicat (în care o parte din alumină, Al2O3, înlocuiește siliciul) este o altă sticlă rezistentă la șocuri termice, asemănătoare cu cea de borosilicat, dar capabilă să reziste la temperaturi de funcționare mai ridicate. Aceste sticle rezistă, de asemenea, la atacuri chimice și sunt buni izolatori electrici. Ochelarii aluminosilicați sunt potriviți pentru aplicații de înaltă performanță, cum ar fi termometrele de înaltă temperatură, geamurile vehiculelor spațiale și tuburile de aprindere. Acoperite cu o peliculă conductoare de electricitate, acestea sunt utilizate ca rezistențe în circuitele electronice critice. Aluminosilicații costă de aproximativ trei ori mai mult decât borosilicații și sunt sensibil mai dificil de fabricat.
Veața de siliciu 96% este o sticlă foarte rezistentă la căldură obținută din sticlă borosilicată printr-un procedeu brevetat (Corning Glass Works). Această sticlă poate fi modelată mai ușor și în mai multe forme decât silicea topită. Proprietățile sale sunt atât de apropiate de cele ale siliciului topit încât uneori este utilizat ca substitut în componentele optice și în ferestrele navelor spațiale, unde trebuie să reziste la căldura revenirii în atmosfera terestră. Este, de asemenea, utilizat ca un strat de acoperire rezistent la căldură, cum ar fi pe exteriorul vehiculelor spațiale ale NASA. Alte utilizări includ articole de laborator și componente de iluminat, cum ar fi tuburile de arc din lămpile cu halogen.
Siliciul topit este singura dintre cele șase categorii care conține o singură compoziție. Această sticlă constă pur și simplu din silice (dioxid de siliciu) în stare necristalină, sau amorfă. Siliciul topit, cel mai scump dintre toate tipurile de sticlă, oferă cea mai mare rezistență la șocurile termice, precum și cea mai mare temperatură de funcționare admisă (900°C pentru perioade îndelungate, până la 1.200°C pentru perioade scurte). De asemenea, are o transmisie maximă în gama ultravioletă și cea mai mare rezistență la atacuri chimice dintre toate tipurile de sticlă. Siliciul topit este utilizat în aplicații în care cerințele sunt extrem de stricte, cum ar fi semifabricate de oglinzi pentru telescoape astronomice, linii de întârziere pentru ultrasunete, ghiduri de undă pentru comunicații optice și creuzete pentru creșterea cristalelor. Fabricarea siliciului topit este dificilă și, prin urmare, numărul de forme disponibile este foarte limitat.
Aceste șase tipuri de sticlă pot fi grupate în trei perechi. Soda-calcaroasă și plumb-alcalină sunt denumite sticle moi, deoarece se înmoaie sau fuzionează la temperaturi relativ scăzute. Borosilicații și aluminosilicații se numesc geamuri dure pentru că se înmoaie sau fuzionează la temperaturi relativ mai ridicate. Iar silicea 96% și silicea topită sunt cele mai dure dintre toate.
Cel mai vechi dintre ochelari este soda-calcaroasă, care a fost cunoscută în urmă cu aproximativ 4.000 de ani. Plumbul-alcalin a fost dezvoltat în 1676, borosilicatul în 1912, aluminosilicatul în 1936, silicea 96% în 1939 și silicea topită în 1952.
Astăzi, multe produse din sticlă sunt realizate din materiale compozite, alcătuite din mai multe tipuri de sticlă cu compoziție diferită. Vesela de masă de înaltă rezistență este fabricată dintr-un sandviș format dintr-o sticlă cu expansiune redusă și un miez de sticlă cu expansiune ridicată. Fibrele de comunicații optice (ghiduri de undă) sunt extrase dintr-un bulgăre construit din sticlă cu o variație controlată a compoziției. Geamurile vehiculelor aerospațiale sunt compuse din mai multe geamuri de sticlă, fiecare geam având o proprietate unică; geamurile cele mai exterioare sunt rezistente la căldură, iar cele mai interioare sunt rezistente din punct de vedere mecanic.
Geamurile sensibile la lumină, deși nu sunt considerate un tip de bază, sunt disponibile în trei calități. Geamul fotocromic se întunecă atunci când este expus la radiații ultraviolete și se estompează atunci când stimulul ultraviolet este îndepărtat sau când geamul este încălzit. Unele compoziții fotocromatice rămân întunecate timp de o săptămână sau mai mult. Altele se estompează în câteva minute după ce ultravioletele sunt eliminate. O utilizare principală pentru compozițiile care se estompează mai repede este la lentilele de ochelari care se întunecă și se estompează automat atunci când sunt expuse la lumina soarelui sau sunt îndepărtate de aceasta.
Sticla fotosensibilă răspunde, de asemenea, la lumină, dar într-un mod diferit de sticla fotocromică. Atunci când este expusă la energie ultravioletă și apoi încălzită, sticla fotosensibilă se transformă din transparentă în opalină. Atunci când expunerea la ultraviolete se face prin intermediul unei măști, modelul măștii este reprodus în sticlă. Imaginea developată este permanentă și nu se estompează, așa cum ar face o imagine similară într-o sticlă fotocromică. Sticla fotosensibilă expusă, opalizată, este mult mai solubilă în acidul hidrofluidic decât sticla neexpusă. Scufundarea în acest acid produce forme, adâncituri sau găuri prin gravarea acelor zone expuse și developate.
Ocurile fotocromatice sunt ochelari fotosensibili full-color. Dezvoltați în 1978 de laboratoarele Corning Glass Works, caracteristicile lor implică aplicații precum stocarea de informații, obiecte decorative, ferestre sau alte transparențe și containere. Ochelarii fotocromici au o adevarată permanență a culorilor.
.