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玻璃

2020-10-16
出处:族谱网
作者:阿族小谱
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成分普通玻璃的成分主要是二氧化硅(SiO2,即石英,砂的主要成分)。而纯硅土熔点为摄氏2000度,因此制造玻璃时一般会加入碳酸钠(Na2CO3,即苏打)与碳酸钾(Potash,K2CO3,钾碱),这样硅土熔点将降至摄氏1000度左右。但是碳酸钠会使玻璃溶于水中,因此通常还要加入适量的氧化钙(CaO)使玻璃不溶于水。对可见光透明是玻璃最大的特点,一般的玻璃因为制造时加进了碳酸钠,所以对波长短于400nm的紫外线并不透明。如果要让紫外线穿透,玻璃必须以纯正的二氧化硅制造,这种玻璃成本较高,一般被称为石英玻璃。纯玻璃对红外线亦是透明的,可以造成数公里长,作通讯用途的玻璃纤维。常见的玻璃通常亦会加入其他成分。例如看起来十分闪烁曜眼的水晶玻璃(铅玻璃)是在玻璃内加入铅,令玻璃的折射系数增加,产生更为眩目的折射。至于派热克斯玻璃(Pyrex),则是加入了硼,以改变玻璃的热及电性质。加入钡亦可增加折射指...

成分

普通玻璃的成分主要是二氧化硅(SiO 2 ,即石英,砂的主要成分)。而纯硅土熔点为摄氏2000度,因此制造玻璃时一般会加入碳酸钠(Na 2 CO 3 ,即苏打)与碳酸钾(Potash,K 2 CO 3 ,钾碱),这样硅土熔点将降至摄氏1000度左右。但是碳酸钠会使玻璃溶于水中,因此通常还要加入适量的氧化钙(CaO)使玻璃不溶于水。

对可见光透明是玻璃最大的特点,一般的玻璃因为制造时加进了碳酸钠,所以对波长短于400nm的紫外线并不透明。如果要让紫外线穿透,玻璃必须以纯正的二氧化硅制造,这种玻璃成本较高,一般被称为石英玻璃。纯玻璃对红外线亦是透明的,可以造成数公里长,作通讯用途的玻璃纤维。

常见的玻璃通常亦会加入其他成分。 例如看起来十分闪烁曜眼的水晶玻璃(铅玻璃)是在玻璃内加入铅,令玻璃的折射系数增加,产生更为眩目的折射。 至于派热克斯玻璃(Pyrex),则是加入了硼,以改变玻璃的热及电性质。 加入钡亦可增加折射指数。 制造光学镜头的玻璃则是加入钍的氧化物来大幅增加折射指数。 倘若要玻璃吸收红外线则可以加入铁,放映机内便有这种隔热的玻璃。 玻璃加入铈则会吸收紫外线。

在玻璃中加入各种金属和金属氧化物亦可以改变玻璃的颜色。 例如 少量锰可以改变玻璃内因铁造成的淡绿色,多一点锰则可以造成淡紫色的玻璃。硒亦有类似的效果。 少量钴可以造成蓝色的玻璃。锡的氧化物及砷氧化物可造成不透明的白色玻璃,这种玻璃好像是白色的陶瓷。 铜的氧化物会造成青绿色的玻璃。以金属铜则会造成深红色、不透明的玻璃,看起来好像是红宝石。镍可以造成蓝色、深紫色、甚至是黑色的玻璃。钛则可以造成棕黄色。微量的金(约0.001%)造成的玻璃是非常鲜明,像是红宝石的颜色。铀(0.1%至2%)造成的玻璃是萤火黄或绿色。银化合物可以造成橙色至黄色的玻璃。改变玻璃的温度亦会改变这些化合物造成的颜色,但当中的化学原理相当复杂,至今仍然未被完全明解。

有时在火山熔岩中会出现天然的玻璃,称黑曜石或火山玻璃 。黑曜石可以用来造成简单的尖刀。

历史

据信人类自石器时代已使用天然的火山玻璃 。公元前二千年左右,古埃及已有记载使用玻璃作器皿。公元前200年,巴比伦发明了玻璃吹管制玻璃的方法,接着这个方法传入罗马,欧洲在公元一世纪左右罗马的波特兰瓶即是玻璃浮雕作品。到了十一世纪,德国发明制造平面玻璃的技术。先把玻璃吹成球状,然后造成圆筒型。在玻璃仍热时切开,然后摊平。这种技术在十三世纪的威尼斯得到了进一步改良。十四世纪欧洲的玻璃制造中心是威尼斯,很多以玻璃造成的餐具、器皿等都是由威尼斯制作。日后欧洲很多玻璃工匠都是师承威尼斯。1827年发明的玻璃压印机器,开展了大规模生产廉价玻璃器具的道路。

玻璃上有时会以酸或其他腐蚀物料刻上艺术图案。传统的造法是在吹或铸玻璃的时候由工匠刻作。后来在1920年发明了可以在模具上加上雕刻的办法,亦可以使用不同颜色的玻璃,于是在1930年以后,大量生产的廉价玻璃器具逐渐出现。

中国在西周时亦已开始制造玻璃。在西周时期的古墓中曾发现玻璃管、玻璃珠等物品。南北朝以前,中国人多以琉璃称以火烧成,玻璃质透明物。宋朝时则开始称之为玻璃。到明清时,习惯以琉璃称呼低温烧成,不透明的陶瓷。很多当时的“琉璃”严格上来说,并不属于现代所说的“玻璃”。

中国古典作品中亦有提及“玻璃”一词,明朝吴承恩著《西游记》第一百回(径回东土 五圣成真)中写道:“沙悟净,汝本是卷帘大将。先因蟠桃会上打碎玻璃盏,贬汝下界,汝落于流沙河,伤生吃人造孽。”

结构

如同其他非晶形体一样,玻璃的结构没有任何大范围的 平移对称性 ( 英语 : translational symmetry ) ,不过因为化学键的特性,玻璃会有小范围的有序性,局部的原子会形成多面体 。

玻璃

  二维空间中的玻璃二氧化硅的非晶形体结构,没有大范围的对称性,但因为硅原子和氧原子有正四面体的结构,有区部的对称性

由过冷液体变成玻璃

在物理学中,玻璃(或玻璃态固体)的标准定义是由快速熔淬形成的固体 。不过玻璃一词一般是指有玻璃转化温度T g 的无定形体。若冷却速度比其结晶速度要快,原子不会形成结晶,过冷液体的不规则原子组态也就成为低于玻璃转化温度T g 后的原子组态。材料在淬火时变成玻璃态的倾向称为玻璃形成能力(glass-forming ability),可以用 刚度理论 ( 英语 : Rigidity theory (physics) ) 预测 。一般而言,玻璃态结构相较于晶体结构,只是一个 介稳状态 ( 英语 : metastable ) ,虽然有些情形下(例如 Atactic ( 英语 : Atactic ) 聚合物),不存在类似无定形体的晶体结构 。

因为在液体变为玻璃态的过程中,没有出现使体积、熵及焓等热力学状态不连续变化的一阶相变,因此有些研究者认为玻璃可视为是一种液体 。不过玻璃转化可以视为是二相相变,像热膨胀系数及热容量等内含热力学变数出现不连续变化 。此外,描述相变化的平衡理论在玻璃态无法完全适用,因此玻璃转化无法归类为传统固体平衡相变中的任何一种 。

成型方法(平板玻璃)

引上法平板玻璃

引上法也称为 弗克法 ( 英语 : Fourcault process ) ,是在玻璃熔解后直接往上拉引,使玻璃在垂直方向冷却凝固。

平拉法平板玻璃

平拉法也称为科尔伯恩法 (Colburn method),是在玻璃熔解后先往上拉引,再经过转向辊使玻璃由垂直方向转换为水平方向,使玻璃在水平方向冷却凝固,其好处是可以稳定生产3mm以下的薄玻璃 ,例如显示器玻璃等。

浮法玻璃

浮法玻璃也称为退火玻璃,是将玻璃熔液倒进一缸高温融化的锡内,玻璃浮上锡面后自然形成两边平滑的表面,慢慢冷却及成长带状后离开锡缸。

浮法玻璃厚度均匀、上下表面平整平行,同时具有劳动生产率高及利于管理等优势,因此成为玻璃制造方式的主流。不过其缺点是破裂时,会成为大块锋利的碎片,在窗户被禁止使用。

玻璃种类

强化玻璃

强化玻璃是由浮法玻璃经过快速冷却热处理而制成,强度较浮法玻璃高4至6倍,且破裂时只会形成小的碎片,不会有大块锋利的碎片。但在强化后,强化玻璃上有任何损坏或裂痕,都会造成整片玻璃的碎裂。

夹层玻璃

夹层玻璃亦被称为“安全玻璃”或“胶合玻璃”,是在二片或多片浮法玻璃中,加入聚乙烯醇缩丁醛或硝化纤维素等材质。像汽车的挡风玻璃或防弹玻璃会使用夹层玻璃。

调光玻璃

玻璃

  机场用的调光玻璃

调光玻璃也叫电控液晶玻璃。当关闭电源时,玻璃里液晶分子会呈现不规则散布状态,使光线无法射入;通电后,里面的液晶分子呈现整齐排列,光线可以自由穿透,此时电控液晶玻璃呈现透明状态。由于制造成本居高不下,目前大多应用于高档场所及各类隐私保护领域,少部分顶级轿车,如Maybach及Lexus使用调光玻璃做为天窗,部分婴儿室或月子中心也使用调光玻璃,探婴时将电源打开玻璃即由灰白转透明。

自洁玻璃

自洁玻璃 ( 英语 : Self-cleaning glass ) 主要应用在建筑物和汽车上。玻璃外层会涂上约50纳米厚的钛氧化物,在紫外光下会催化玻璃上的有机物分解。这可以把分解的有机物冲走且不留水迹,达到自洁效果。

镭射玻璃

也称“全息玻璃”或“激光玻璃”,这种玻璃是把激光全息图样与玻璃相结合。这是应用于家居设计。

雕花玻璃

一面平滑,一面用机械压铸的花型玻璃,常用在室内设计的造型玻璃墙或隔屏造型。

铅玻璃

铅玻璃,用于防止x光室之射线外泄,而采用的特殊玻璃。

夜光玻璃

夜光玻璃可在夜里产生独特的荧光效果。在夜晚可起到指引方向或充当光源的作用。这用于室内设计。

铁丝网玻璃

分成压花或磨平铁丝网玻璃两种,铁丝网多用直径0.4mm以上的龟甲形状或方格、斜方格形状,一般可用于防火门窗,因为在玻璃中崁入铁丝网,遇上火灾时虽然玻璃破裂,但铁丝网仍可留在原来位置,保护建筑物内部不受火灾侵害。

玻璃砖

制造过程跟双层玻璃相似,以两片后约5mm-6mm的平板压花玻璃组合成中空的玻璃砖,特性与双层玻璃相似,也可当成砌叠的材料,一般应用在建筑物的墙壁采光、隔屏或隔间墙。分成普通玻璃砖跟棱镜玻璃砖两种。普通玻璃砖多用于墙壁开口处的砌叠,有防热隔音的效果,但不能承担载重。而棱镜玻璃砖常安装于地板作为下层楼采光的天井之用,常见的形状有圆形跟方形两种,光线的分布有扩散型跟分光型两种。

玻璃砖的施工方式分成干式跟湿式两种,干式施工法是由木工先将木作边框建起,将玻璃砖依序叠砌,并于上下周边空隙塞入夹板来固定玻璃砖,待调整好平整度后将上下左右的边缝填入硅利康并修饰平顺。而湿式施工法则是水泥、砂跟石灰加入防水剂搅拌,用类似空心砖的叠砌方式,再以白水泥砂浆做勾缝整修,中间以铁丝网补强。

参见

玻璃工艺

光学玻璃

肖特玻璃厂

猫眼 (交通)

玻璃纤维

超玻璃

玻璃陨石

火山玻璃 ( 英语 : Volcanic glass )

玻璃砂 ( 英语 : Vitrified sand )

鲁珀特之泪

玻璃回收 ( 英语 : Glass recycling )

默勒石 ( 英语 : murrine )

防火玻璃 ( 英语 : fire glass )


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