玻璃的基本知识

玻璃的基本知识

玻璃简介

玻璃，中国古代亦称琉璃，是一种透明、强度及硬度颇高，表面平滑及不透气的物料。玻璃在化学上几乎完全呈惰性，亦不会与生物起作用，故此用途非常广泛。不过玻璃亦有容易碎成尖锐碎片的缺点，但这缺点可以透过加入其它物料，或以热处理改良。玻璃是一种非晶形固体。溶解的玻璃迅速冷却，各分子因为没有足够时间形成晶体而形成玻璃。例如若将原为晶体的砂糖以热力溶解，然后倒在冷冻的表面上，所产生成的糖块即为非晶形固体。制造普通玻璃的主要原料是：纯碱（Na2CO3），石灰石（CaCO3）和石英（SiO2）。生产时，把原料粉碎，按适当的比率混合后，放入玻璃窖中加强热。原料熔融后发生了比较复杂的物理变化和化学变化，最后得到Na2SiO3，CaSiO3和SiO2熔化化在一起形成的物质，其主要成分是SiO2，这种物质不是晶体，称作玻璃态物质。玻璃与晶体不同，没有一定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化。在软化状态时，玻璃可以被人工吹制成任何形状的制品。常用的玻璃瓶和玻璃杯等都是由普通玻璃制造的。

玻璃的化学组成不同，制造玻璃时的工艺(反应条件)不同，都会影响玻璃的性能和用途。

在生产过程中加入不同的物质，调整玻璃的化学组成，可以制得具有不同性能和用途的玻璃。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400纳米的紫外线并不透明。若果要让紫外线穿透，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。常见的玻璃通常亦会加入其它成份。例如看起来十分闪烁曜眼的水晶玻璃（Lead glass)，是在玻璃内加入铅,令玻璃的折射指数增加，产生更为眩目的折射。至于派来克斯玻璃(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，可以加入铁。例如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。

有时在火山溶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。

玻璃的历史

人类相信自石器时代即已使用天然的火山玻璃。古埃及在公元前二千年左右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离的方法，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它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，中文多以琉璃称以火烧成，玻璃质透明物。宋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」。

玻璃产品

玻璃的强度及化学惰性使它成为非常有用的物料。很多家庭用品，例如杯子、碗碟、瓶子等等都是以玻璃制造。此外，灯泡、镜、计算机显示器（CRT）、电视机、窗等等需要使用玻璃。实验室内大部分的器皿亦是玻璃造成，而且多数是较为耐高温，和膨胀较少的派来克斯玻璃。对于要求高的应用，还会用上石英玻璃。质量好的手表亦会用上石英玻璃的表面。至于光学器材，更是离不开玻璃造的镜头。

玻璃的分类

玻璃简单分类主要分为平板玻璃和特种玻璃：

一、平板玻璃

平板玻璃是指未经其他加工的平板状玻璃制品，也称白片玻璃或净片玻璃。按生产方法不同，可分为普通平板玻璃和浮法玻璃。平板玻璃是建筑玻璃中生产量最大、使用最多的一种，主要用于门窗，起采光（可见光透射比85%90%）、围护、保温、隔声等作用，也是进一步加工成其他技术玻璃的原片。

平板玻璃按其用途可分为窗玻璃和装饰玻璃。根据国家标准《普通平板玻璃》（GB4871—1995）和《浮法玻璃》（GB11614—89）的规定，玻璃按其厚度可分为以下几种规格：

引拉法生产的普通平板玻璃：2mm、3mm、4mm、5mm四类。

浮法玻璃：3mm、4mm、5mm、6mm、8mm10mm、12mm七类。

引拉法生产的玻璃其长宽比不得大于 2.5，其中2、3mm厚玻璃尺寸不得小于400mm×300mm，4、5、6mm厚玻璃不得小于600mm×400mm。浮法玻璃尺寸一般不小于1000mm×1200mm，5、6mm最大可达3000mm×4000mm。

按照国家标准，平板玻璃根据其外观质量进行分等定级，普通平板玻璃分为优等品、一等品和二等品三个等级。浮法玻璃分为优等品、一级品和合格品三个等级。同时规定，玻璃的弯曲度不得超过0.3%。

平板玻的用途有两个方面：3～5mm的平板玻璃一般是直接用于门窗的采光，8～12mm 的平板玻璃可用于隔断。另外的一个重要用途是作为钢化、夹层、镀膜、中空等玻璃的原片。

二、特种玻璃

主要有：

1、钢化玻璃。钢化玻璃是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近的软化点，再进行快速均匀的冷却而得到。钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力，而内部则形成张应力，使玻璃的抗弯和抗冲击强度得以提高，其强度约是普通退火玻璃的四倍以上。钢化玻