玻璃是用英砂、石灰石、纯碱、白云石、方解石、芒硝、煤粉等无机矿物为主要原料再添加其他辅助材料制作成的 。制作玻璃时,将原料经过减重法称量后,经履带传送到混料仓,必要时加水和水蒸气混合,然后经过投料仓投入到温度高达1450℃的窑头,在其中熔解 。这个时候,碎玻璃、水、纯碱就起到降低熔点的作用了,芒硝作为澄清剂,原料在窑内形成澄清的玻璃液 。
文章插图
玻璃是非晶态无机非金属材料,一般是用多种无机矿物,如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等为主要原料,另外加入少量辅助原料制成的 。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物 。
普通玻璃的化学组成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等,主要成分是硅酸盐复盐,属于混合物,是一种无规则结构的非晶态固体 。
一、玻璃的发展历史世界最早的玻璃制造者为古埃及人 。
3000多年前,一艘欧洲腓尼基人的商船,满载着晶体矿物“天然苏打”,航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上 。由于海水落潮,商船搁浅了,于是船员们纷纷登上沙滩 。有的船员还抬来大锅,搬来木柴,并用几块“天然苏打”作为大锅的支架,在沙滩上做起饭来 。
船员们吃完饭,潮水开始上涨了 。他们正准备收拾一下登船继续航行时,突然有人高喊:“大家快来看啊,锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西!”
船员们把这些闪烁光芒的东西,带到船上仔细研究起来 。他们发现,这些亮晶晶的东西上粘有一些石英砂和融化的天然苏打 。
原来,这些闪光的东西,是他们做饭时用来做锅的支架的天然苏打,在火焰的作用下,与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生的物质,这就是最早的玻璃 。
大约在4世纪,古罗马人开始把玻璃应用在门窗上,到1291年,意大利的玻璃制造技术已经非常发达 。
公元12世纪,出现了商品玻璃,并开始成为工业材料 。
1688年,一名叫纳夫的人发明了制作大块玻璃的工艺,从此,玻璃成了普通的物品 。
18世纪,为适应制望远镜的需要,制出光学玻璃 。1874年,比利时首先制出平板玻璃 。1906年,美国制出平板玻璃引上机,此后,随着玻璃生产的工业化和规模化,各种用途和各种性能的玻璃相继问世 。
现代,玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料 。
几百年来,人们一直认为玻璃是绿色的,是无法改变的 。后来发现绿色来自原料中少量的铁,二价铁的化合物使得玻璃显绿色 。在加入二氧化锰以后,原来的二价铁变成三价铁显黄色,而四价锰被还原成三价锰呈紫色 。光学上,黄色和紫色在一定程度上可以互补,混合在一起成为白光,玻璃就不偏色了 。不过若干年后,三价锰被空气继续氧化,黄色会逐渐增强,所以那些古老房屋的窗玻璃会略微带点黄色 。
二、玻璃的生产工艺硅酸盐玻璃通常以石英砂、纯碱、长石及石灰石等为原料,经混和、高温熔融、匀化后,加工成形,再经退火而得 。主要包括:
⒈ 原料预加工 。将块状原料(石英砂、纯碱、石灰石、长石等)粉碎,使潮湿原料干燥,将含铁原料进行除铁处理,以保证玻璃质量 。
⒉ 配合料制备 。
⒊ 熔制 。玻璃配合料在池窑或坩埚窑内进行高温(1550-1600℃)加热,使之形成均匀、无气泡,并符合成型要求的液态玻璃 。
⒋ 成型 。将液态玻璃加工成所要求形状的制品,如平板、各种器皿等 。
⒌ 热处理 。通过退火、淬火等工艺,消除或产生玻璃内部的应力、分相或晶化,以及改变玻璃的结构状态 。
三、玻璃的物态玻璃并不完全是固体 。玻璃既不是晶态,也不是非晶态,也不是多晶态,也不是混合态 。理论名称叫玻璃态 。
从微观上看,玻璃也是一种液体,其分子不像晶体那样在空间具有长程有序的排列,而近似于液体那样具有短程有序 。玻璃像固体一样保持特定的外形,不像液体那样随重力作用而流动 。
玻璃态在常温下的特点是:
短程有序,即在数个或数十个原子范围内,原子有序排列,呈现晶体特征;
长程无序,即再增加原子数量后,便成为一种无序的排列状态,其混乱程度类似于液体 。
在宏观上,玻璃又是一种固态的物质 。
玻璃就是这样一种物质 。造成玻璃这种结构的原因是:玻璃的粘度随温度的变化速度太快,而结晶速度又太慢 。当温度下降,结晶刚刚开始的时候,粘度就已经变得非常大,原子的移动被限制住,造成了这种结果 。所以,玻璃态类似于固态的液体,物质中的原子永远都是处于结晶的过程中 。
因此,玻璃中的原子位置看似固定,但是原子间依然有作用力促使它具备重新排列的趋势 。并不是一个稳定的状态,这和石蜡中的原子状态不同 。所以,同样不是晶体,常温下,石蜡完全是固体,而玻璃却可以被看作是粘度极大的液体 。
四、玻璃的特性㈠ 玻璃态物质的特性
⒈ 各向同性
玻璃的分子排列是无规则的,其分子在空间中具有统计上的均匀性 。在理想状态下,均质玻璃的物理、化学性质,如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热率、电导率等在各方向都是相同的 。
⒉ 无固定熔点
因为玻璃是混合物,非晶体 。玻璃由固体转变为液体是在一定温度区域(即软化温度范围)内进行的,它与结晶物质不同,没有固定的熔点 。
⒊ 亚稳性
玻璃态物质一般是由熔融体快速冷却而得到,从熔融态向玻璃态转变时,冷却过程中黏度急剧增大,质点来不及做有规则排列而形成晶体,没有释出结晶潜热,因此,玻璃态物质比结晶态物质含有较高的内能,其能量介于熔融态和结晶态之间,属于亚稳状态 。从力学观点看,玻璃是一种不稳定的高能状态,比如存在低能量状态转化的趋势,即有析晶倾向,所以,玻璃是一种亚稳态固体材料 。
⒋ 渐变性可逆性
【是怎么制成的 玻璃是什么材料做成的】玻璃态物质从熔融态到固体状态的过程是渐变的,其物理、化学性质的变化也是连续的和渐变的 。这与熔体的结晶过程明显不同,结晶过程必然出现新相,在结晶温度点附近,许多性质会发生突变 。而玻璃态物质从熔融状态到固体状态是在较宽温度范围内完成的,随着温度逐渐降低,玻璃熔体黏度逐渐增大,最后形成固态玻璃,但是过程中没有新相形成 。相反玻璃加热变为熔体的过程也是渐变的 。
㈡ 玻璃的特性
根据种类不同,玻璃有不同的特性 。
⒈ 良好的透视、透光性能(3mm、5mm厚的镜片玻璃的可见光透射比分别为87%和84%) 。对太阳光中近红外热射线的透过率较高,但对可见光折射至室内墙顶地面和家具、织物而反射产生的远红外长波热射线却有效阻挡,故可产生明显的“暖房效应” 。净片玻璃对太阳光中紫外线的透过率较低 。
⒉ 隔声、有一定的保温性能 。
⒊ 抗拉强度远小于抗压强度,是典型的脆性材料 。
⒋ 有较高的化学稳定性,通常情况下,对酸碱盐及化学试剂和气体都有较强的抵抗能力,但长期遭受侵蚀性介质的作用也能导致变质和破坏,如玻璃的风化和发霉都会导致外观破坏和透光性能降低 。
⒌ 热稳定性较差,极冷极热易发生炸裂 。
五、普通平板玻璃平板玻璃有不同的厚度,通常将厚度多少mm称为多少厘或者个 。我们所说的3厘(个)玻璃,就是指厚度3mm的玻璃 。
⒈ 3-4厘玻璃,这种玻璃主要用于画框表面 。
⒉ 5-6厘玻璃,主要用于外墙窗户、门扇等小面积透光造型等等 。
⒊ 7-9厘玻璃,主要用于室内屏风等较大面积但又有框架保护的造型之中 。
⒋ 9-10厘玻璃,可用于室内大面积隔断、栏杆等装修项目 。
⒌ 11-12厘玻璃,可用于地弹簧玻璃门和一些活动人流较大的隔断 。
⒍ 15厘以上玻璃,主要用于较大面积的地弹簧玻璃门和外墙整块玻璃墙面 。
六、玻璃的应用玻璃广泛用于建筑、日用、艺术、医疗、化学、电子、仪表、核工程等领域 。
⒈ 彩色平板玻璃:有耐腐蚀抗冲刷、易清洗等特点 。
⒉ 釉面玻璃:具有良好的化学稳定性和装饰性 。
⒊ 压花玻璃、喷花玻璃、乳花玻璃、刻花玻璃、冰花玻璃:根据各自制作花纹的工艺不同,有各种色彩、观感、光泽效果,富有装饰性 。
⒋ 着色玻璃:有效吸收太阳辐射热,达到蔽热节能效果;吸收较多可见光,使透过的光线柔和;较强吸收紫外线,防止紫外线对室内影响;色泽艳丽耐久,增加建筑物外形美观 。
⒌ 镀膜玻璃:保温隔热效果较好,易对外面环境产生光污染 。
⒍ 中空玻璃:光学性能良好、保温隔热性能好、防结露、具有良好的隔声性能 。
⒎ 钢化玻璃:机械强度高、弹性好、热稳定性好、碎后不易伤人、不易发生自爆 。
⒏ 夹丝玻璃:受冲击或温度骤变后碎片不会飞散;可短时防止火焰蔓延;有一定的防盗、防抢作用 。
⒐ 夹层玻璃:透明度好、抗冲击性能高、夹层PVB胶片粘合作用保护碎片不散落伤人,耐久、耐热、耐湿、耐寒性高 。
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