各种玻璃配方知识

字体大小：大 | 中 | 小 2007-08-02 14:02 - 阅读：734 - 评论：0

第一节概述

1．物质的玻璃态

自然界中，物质存在着三种聚集状态，即气态，液态和固态。固态物质又有两种不同的形式存在，即晶体和非晶体（无定形态）。

玻璃态属于无定形态，其机械性质类似于固体，是具有一定透明度的脆性材料，破碎时往往有贝壳状断面。但从微观结构看，玻璃态物质中的质点呈近程有序，远程无序，因而又有些象液体。从状态的角度理解，玻璃是一种介于固体和液体之间的聚集状态。

对于“玻璃”的定义，二十世纪四十年代以来曾有过几种不同的表述。1945年，美国材料试验学会将玻璃定义为“熔化后，冷却到固化状态而没有析晶的无机产物”。也有将玻璃定义扩展为“物质（包括有机物，无机物）经过熔融，在降温冷却过程中因粘度增加而形成的具有固体机械性质的无定形物体”。我国的技术词典中把“玻璃态”定义为；从熔体冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状态。其实，在上世纪八十年代，有人提出上述定义‘是多余的限制’。因为，无机物可以形成玻璃，有机物也可以形成玻璃，显然早期的表述并不合适。另外，经过熔融可以形成玻璃，不经过熔融也可以形成玻璃，例如，经过气相沉积，溅射可得到非晶态材料，采用溶胶-凝胶法也可以得到非晶态材料，可见后期的表述也并不妥当。现代科学技术的发展已使玻璃的含义有了很大的扩展。因此，有人把具有下述四个通性的物质不论其化学性质如何，均称为玻璃。这四个通性是；

（1）各相同性。玻璃的物理性质，如热膨胀系数，导热系数，导电性，折射率等在各个方向都是一致的。表明物质内部质点的随机分布和宏观的均匀状

态。

（2）介稳性。熔体冷却成玻璃体时并没有处于能量最低的状态，仍然有自发转变为晶体的倾向，因而，从热力学的观点看，处于介稳状态。但常温下玻璃的粘度非常大，自发转变为晶体的速度非常慢，所以，从动力学的观点看，它又是非常稳定的。

（3）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性。玻璃态物质由熔体转变为固体是在一定温度区间（转化温度范围）进行的，性质变化过程是连续的和可逆的，它与结晶态物质不同，没有固定的熔点。

（4）性质随成分变化的连续性和渐变性。在玻璃形成范围内，玻璃的性质随成分发生连续的逐渐的变化。例如，在R2O-SiO2系统中，玻璃的弹性模量随 Na2O 或 K2O 含量的上升而下降，随Li2O含量的上升而上升。

2．玻璃的分类

玻璃的分类方式很多，常见的有按组成分，按应用分及按性能分等。

2.1按组成分类

这是一种较严密的分类方法，其特点是从名称上直接反映了玻璃的主要和大概的结构，性质范围。按组成可将玻璃分为元素玻璃，氧化物玻璃和非氧化物玻璃三大类；

元素玻璃指由单一元素构成的玻璃，如硫玻璃，硒玻璃等。

氧化物玻璃指借助氧桥形成聚合结构的玻璃，如硅酸盐玻璃，硼酸盐玻璃，磷酸盐玻璃等。它包含了当前已了解的大部分玻璃品种，这类玻璃在实际应用和理论研究上最为重要。

非氧化物玻璃当前这类玻璃主要有两类。一类是卤化物玻璃，玻璃结构中连接桥是卤族元素。研究较多的是氟化物玻璃（如BeF2玻璃,NaF-BeF2玻璃）和氯化物玻璃（如ZnCl2玻璃,ThCl4-NaCl-KCl玻璃）;另一类是硫族化合物玻璃，玻璃结构中的连接桥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。

对于氧化物玻璃中的硅酸盐玻璃，可按化学组成再进一步细分；

（1）钠玻璃（又名钠钙玻璃或普通玻璃）

钠钙硅酸盐玻璃是生产历史最悠久的玻璃系统，也是当今产量最高，用途最广的一类玻璃。我们日常生活中所见到的玻璃制品。如建筑装饰用的窗玻璃，板玻璃，玻璃纤维制品乃至食品药物包装用的瓶罐和日用器皿，绝大部分都是钠钙硅酸盐玻璃。它的产量估计占玻璃总产量的90%以上。这类玻璃是人类在长期的生产活动中认识，创造，发展出来的。早在其基本理论开始发展之前，在制造技术上已取得了辉煌的成就。

生产钠钙硅酸盐玻璃的主要原料是硅砂，石灰石，纯碱。由于古代化学知识不足而且只有天然原料，单凭经验选取原料和配料，难免带入各种天然杂质，如Al2O3,Fe2O3,MgO,K2O等。欧洲工业革命以后，由于化学知识的积累，曾一度追求使用高纯原料，进一步研究发现，一定量的杂质，特别是

Al2O3,MgO,K2O,B2O3等不但对生产无害，反而能改善玻璃的许多生产工艺性质和实用性质。在钠钙硅酸盐玻璃成分的变化上经历了由复杂到简单，又从简单到复杂的发展过程。

典型的钠钙硅玻璃的化学成分见下表；

A.名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3

Ca O Mg O (KNa)2O

B.平板玻

璃 72.0-72.2 1.3-1.5 0.17

8.2-8.9 2.9-4.0 13.4-14.6

C.器皿玻

璃 72.0 1.9 9.6

1.5 14.6

D.瓶罐玻

璃 70.0-74.0 1.5-2.5 1.0-1.3

10.0-13.0 13.0-16.0

（2）钾玻璃（又名硬玻璃）

以K2O代替钠玻璃中的部分Na2O，适当提高SiO2含量，玻璃质硬且有光泽，其他性能也比钠玻璃好。多用于制造化学仪器，用具和一些高级玻璃制品。

（3）钙镁铝硅玻璃

以MgO代替钠玻璃中的部分碱金属和碱土金属氧化物,以Al2O3代替部分SiO2而制成，组成为SiO2 60.5( wt %),Al2O3 21.4,CaO 8.7,MgO

5.8,F 1.5和Na2O 0.6的耐热玻璃，热膨胀系数为4×10ˉ 7/℃，由于

其优良的热稳定性，在工业上可用以制造耐热与耐侵蚀的管子，玻璃纤维，以及电气上用的制品。

（4）铅玻璃（又名铅钾玻璃，重玻璃，或晶质玻璃）

由PbO,K2O和少量SiO2组成，由于PbO的特殊性质，通过合理的组分调节，可以使玻璃具有折射率高，色散高，比重大，透明度好，光泽好，硬度低等特性，可大量应用于光学玻璃，电真空玻璃及铅晶质玻璃等方面。

燧石光学玻璃 PbO2含量达40—79wt%，是光学玻璃的重要分支之一，具有高折射率（nD为1。6—1。9），高色散（为22—36）的特性。

铅玻璃 PbO含量为5—30%，料性长，不易析晶，适合于各种成型方法，电绝缘性好，化学稳定性高，是一类优良的电真空玻璃。

铅晶质玻璃比一般器皿玻璃含有较多的PbO，透明度高，光泽好，