玻璃生产工艺过程,玻璃的成分与特性

玻璃生产工艺过程| 玻璃的成分与特性
什么是玻璃？
玻璃是非晶无机非金属材料，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，是一种无规则结构的非晶态固体。

广泛应用于建筑物，用来隔风透光，属于混合物。

另有混入了某些金属的氧化物或者盐类而显现出颜色的有色玻璃，和通过物理或者化学的方法制得的钢化玻璃等。

有时把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也称作有机玻璃。

玻璃生产工艺过程：
1、原料破碎：将上述原料破碎成粉；
2、称量：按计划配料单称取一定量的各种粉料；
3、混合：将称好的粉料混合、搅拌成配合料(有色玻璃同时加入着色剂)；
4、熔化：将配合料送入玻璃熔窑，在1700度下熔化成玻璃液，生成的物质不是晶体，而是一种无定型的玻璃态物质；
5、成型：将玻璃液用相应的成型装置制成平板玻璃、瓶罐、器皿、灯泡、玻璃管、荧光屏......
6、退火：将成型的各种玻璃制品送入退火窑进行退火，平衡应力，防止自破自裂。

7、检验，包装。

玻璃的成分：
玻璃通常按主要成分分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃。

非氧化物玻璃品种和数量很少，主要有硫系玻璃和卤化物玻璃。

硫系玻璃的阴离子多为硫、硒、碲等，可截止短波长光线而通过黄、红光，以及近、远红外光，其电阻低，具有开关与记忆特性。

卤化物玻璃的折射率低，色散低，多用作光学玻璃。

氧化物玻璃又分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。

硅酸盐玻璃指基本成分为SiO2的玻璃，其品种多，用途广。

通常按玻璃中SiO2以及碱金属、碱土金属氧化物的不同含量，又分为：
①石英玻璃。

SiO2含量大于99.5%，热膨胀系数低，耐高温，化学稳定性好，透紫外光和红外光，熔制温度高、粘度大，成型较难。

多用于半导体、电光源、光导通信、激光等技术和光学仪器中。

②高硅氧玻璃。

也称vycor玻璃，主要成分为SiO2含量约95%~98%，含少量B2O3和Na2O，其性质与石英玻璃相似。

③钠钙玻璃。

以SiO2含量为主，还含有15%的Na2O和16%的CaO，其成本低廉，易成型，适宜大规模生产，其产量占实用玻璃的90%。

可生产玻璃瓶罐、平板玻璃、器皿、灯泡等。

④铅硅酸盐玻璃。

主要成分有SiO2和PbO，具有独特的高折射率和高体积电阻，与金属有良好的浸润性，可用于制造灯泡、真空管芯柱、晶质玻璃器皿、火石光学玻璃等。

含有大量PbO的铅玻璃能阻挡X射线和γ射线。

⑤铝硅酸盐玻璃。

以SiO2和Al2O3为主要成分，软化变形温度高，用于制作放电灯泡、高温玻璃温度计、化学燃烧管和玻璃纤维等。

⑥硼硅酸盐玻璃。

以SiO2和B2O3为主要成分，具有良好的耐热性和化学稳定性，用以制造烹饪器具、实验室仪器、金属焊封玻璃等。

硼酸盐玻璃以B2O3为主要成分，熔融温度低，可抵抗钠蒸气腐蚀。

含稀土元素的硼酸盐玻璃折射率高、色散低，是一种新型光学玻璃。

磷酸盐玻璃以P2O5为主要成分，折射率低、色散低，用于光学仪器中。

（1）普通玻璃（Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2）。

（2）石英玻璃（以纯净的石英为主要原料制成的玻璃，成分仅为SiO2）。

（3）钢化玻璃（与普通玻璃成分相同）。

（4）钾玻璃（K2O、CaO、SiO2）。

（5）硼酸盐玻璃（SiO2、B2O3）。

（6）有色玻璃在（普通玻璃制造过程中加入一些金属氧化物。

Cu2O———红色；CuO———蓝绿色；CdO———浅黄色；Co2O3———蓝色；Ni2O3———墨绿色；MnO2———蓝紫色；胶体Au———红色；胶体Ag———黄色）。

（7）变色玻璃（用稀土元素的氧化物作为着色剂的高级有色玻璃）。

（8）光学玻璃（在普通的硼硅酸盐玻璃原料中加入少量对光敏感的物质，如AgCl、AgBr等，再加入极少量的敏化剂，如CuO等，使玻璃对光线变得更加敏感）。

（9）彩虹玻璃（在普通玻璃原料中加入大量氟化物、少量的敏化剂和溴化物制成）。

（10）防护玻璃（在普通玻璃制造过程加入适当辅助料，使其具有防止强光、强热或辐射线透过而保护人身安全的功能。

如灰色———重铬酸盐，氧化铁吸收紫外线和部分可见光；蓝绿色———氧化镍、氧化亚铁吸收红外线和部分可见光；铅玻璃———氧化铅吸收X射线和r射线；暗蓝色———重铬酸盐、氧化亚铁、氧化铁吸收紫外线、红外线和大部分可见光；加入氧化镉和氧化硼吸收中子流。

（11）微晶玻璃（又叫结晶玻璃或玻璃陶瓷，是在普通玻璃中加入金、银、铜等晶核制成，代替不锈钢和宝石，作雷达罩和导弹头等）。

（12）玻璃纤维（由熔融玻璃拉成或吹成的直径为几微米至几千微米的纤维，成分与玻璃相同）。

（13）玻璃丝（即长玻璃纤维）。

（14）玻璃钢（由环氧树脂与玻璃纤维复合而得到的强度类似钢材的增强塑料）。

（15）玻璃纸（用粘胶溶液制成的透明的纤维素薄膜）。

（16）水玻璃（Na2SiO3）的水溶液，因与普通玻璃中部分成分相同而得名）。

（17）金属玻璃（玻璃态金属，一般由熔融的金属迅速冷却而制得）。

（18）萤石（氟石）（无色透明的CaF2，用作光学仪器中的棱镜和透光镜）。

玻璃的特性：
1.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。

2.无固定熔点
因为玻璃是混合物，非晶体，所以无固定熔沸点。

玻璃由固体转变为液体是一定温度区域（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。

软化温度范围Tg~T1，Tg为转变温度，T1为液相线温度，对应的黏度分别为1013.4dPa·s、104~6dPa·s。

3.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。

4.渐变性可逆性
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。