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| 玻璃知識(shí) |
| 1．物質(zhì)的玻璃態(tài) 自然界中，物質(zhì)存在著三種聚集狀態(tài)，即氣態(tài)，液態(tài)和固態(tài)。固態(tài)物質(zhì)又有兩種不同的形式存在，即晶體和非晶體（無(wú)定形態(tài)）。 玻璃態(tài)屬于無(wú)定形態(tài)，其機(jī)械性質(zhì)類似于固體，是具有一定透明度的脆性材料，破碎時(shí)往往有貝殼狀斷面。但從微觀結(jié)構(gòu)看，玻璃態(tài)物質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)呈近程有序，遠(yuǎn)程無(wú)序，因而又有些象液體。從狀態(tài)的角度理解，玻璃是一種介于固體和液體之間的聚集狀態(tài)。 對(duì)于“玻璃”的定義，二十世紀(jì)四十年代以來(lái)曾有過(guò)幾種不同的表述。1945年，美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)將玻璃定義為“熔化后，冷卻到固化狀態(tài)而沒(méi)有析晶的無(wú)機(jī)產(chǎn)物”。也有將玻璃定義擴(kuò)展為“物質(zhì)（包括有機(jī)物，無(wú)機(jī)物）經(jīng)過(guò)熔融，在降溫冷卻過(guò)程中因粘度增加而形成的具有固體機(jī)械性質(zhì)的無(wú)定形物體”。我國(guó)的技術(shù)詞典中把“玻璃態(tài)”定義為；從熔體冷卻，在室溫下還保持熔體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)狀態(tài)。其實(shí)，在上世紀(jì)八十年代，有人提出上述定義‘是多余的限制'。因?yàn)?，無(wú)機(jī)物可以形成玻璃，有機(jī)物也可以形成玻璃，顯然早期的表述并不合適。另外，經(jīng)過(guò)熔融可以形成玻璃，不經(jīng)過(guò)熔融也可以形成玻璃，例如，經(jīng)過(guò)氣相沉積，濺射可得到非晶態(tài)材料，采用溶膠-凝膠法也可以得到非晶態(tài)材料，可見(jiàn)后期的表述也并不妥當(dāng)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已使玻璃的含義有了很大的擴(kuò)展。因此，有人把具有下述四個(gè)通性的物質(zhì)不論其化學(xué)性質(zhì)如何，均稱為玻璃。這四個(gè)通性是； （1）各相同性。玻璃的物理性質(zhì)，如熱膨脹系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)電性，折射率等在各個(gè)方向都是一致的。表明物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的隨機(jī)分布和宏觀的均勻狀態(tài)。 （2）介穩(wěn)性。熔體冷卻成玻璃體時(shí)并沒(méi)有處于能量zui低的狀態(tài)，仍然有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的傾向，因而，從熱力學(xué)的觀點(diǎn)看，處于介穩(wěn)狀態(tài)。但常溫下玻璃的粘度非常大，自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的速度非常慢，所以，從動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)看，它又是非常穩(wěn)定的。 （3）固態(tài)和熔融態(tài)間轉(zhuǎn)化的漸變性和可逆性。玻璃態(tài)物質(zhì)由熔體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w是在一定溫度區(qū)間（轉(zhuǎn)化溫度范圍）進(jìn)行的，性質(zhì)變化過(guò)程是連續(xù)的和可逆的，它與結(jié)晶態(tài)物質(zhì)不同，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。 （4）性質(zhì)隨成分變化的連續(xù)性和漸變性。在玻璃形成范圍內(nèi)，玻璃的性質(zhì)隨成分發(fā)生連續(xù)的逐漸的變化。例如，在R2O-SiO2系統(tǒng)中，玻璃的彈性模量隨 Na2O或 K2O 含量的上升而下降，隨Li2O含量的上升而上升。 2．玻璃的分類 玻璃的分類方式很多，常見(jiàn)的有按組成分，按應(yīng)用分及按性能分等2．玻璃的分類 2.1按組成分類 這是一種較嚴(yán)密的分類方法，其特點(diǎn)是從名稱上直接反映了玻璃的主要和大概的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)范圍。按組成可將玻璃分為元素玻璃，氧化物玻璃和非氧化物玻璃三大類； 元素玻璃 指由單一元素構(gòu)成的玻璃，如硫玻璃，硒玻璃等。 氧化物玻璃指借助氧橋形成聚合結(jié)構(gòu)的玻璃，如硅酸鹽玻璃，硼酸鹽玻璃，磷酸鹽玻璃等。它包含了當(dāng)前已了解的大部分玻璃品種，這類玻璃在實(shí)際應(yīng)用和理論研究上zui為重要。 非氧化物玻璃當(dāng)前這類玻璃主要有兩類。一類是鹵化物玻璃，玻璃結(jié)構(gòu)中連接橋是鹵族元素。研究較多的是氟化物玻璃（如BeF2玻璃,NaF-BeF2玻璃）和氯化物玻璃（如ZnCl2玻璃,ThCl4-NaCl-KCl玻璃）;另一類是硫族化合物玻璃，玻璃結(jié)構(gòu)中的連接橋是第六族元素中除氧以外的其它各元素。例如，硫化物玻璃，硒化物玻璃等。 對(duì)于氧化物玻璃中的硅酸鹽玻璃，可按化學(xué)組成再進(jìn)一步細(xì)分； （1）鈉玻璃（又名鈉鈣玻璃或普通玻璃） 鈉鈣硅酸鹽玻璃是生產(chǎn)歷史zui悠久的玻璃系統(tǒng)，也是當(dāng)今產(chǎn)量zui高，用途zui廣的一類玻璃。我們?nèi)粘Ｉ钪兴?jiàn)到的玻璃制品。如建筑裝飾用的窗玻璃，板玻璃，玻璃纖維制品乃至食品藥物包裝用的瓶罐和日用器皿，絕大部分都是鈉鈣硅酸鹽玻璃。它的產(chǎn)量估計(jì)占玻璃總產(chǎn)量的90%以上。這類玻璃是人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)活動(dòng)中認(rèn)識(shí)，創(chuàng)造，發(fā)展出來(lái)的。早在其基本理論開(kāi)始發(fā)展之前，在制造技術(shù)上已取得了輝煌的成就。 生產(chǎn)鈉鈣硅酸鹽玻璃的主要原料是硅砂，石灰石，純堿。由于古代化學(xué)知識(shí)不足而且只有天然原料，單憑經(jīng)驗(yàn)選取原料和配料，難免帶入各種天然雜質(zhì)，如Al2O3,Fe2O3,MgO,K2O等。歐洲工業(yè)革命以后，由于化學(xué)知識(shí)的積累，曾一度追求使用高純?cè)?，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，一定量的雜質(zhì)，特別是Al2O3,MgO,K2O,B2O3等不但對(duì)生產(chǎn)無(wú)害，反而能改善玻璃的許多生產(chǎn)工藝性質(zhì)和實(shí)用性質(zhì)。在鈉鈣硅酸鹽玻璃成分的變化上經(jīng)歷了由復(fù)雜到簡(jiǎn)單，又從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程。 |
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