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使玻璃在垂直方向冷却凝固
作者:emc体育官网 时间:2026-02-08 浏览: 来源:emc体育

  玻璃是一种呈玻璃态的无定形体,熔解的玻璃经过迅速冷却(过冷)而成形,虽为固态,但各分子因没有足够时间形成晶体,仍冻结在液态的分子排布状态

  玻璃一般而言是透明、脆性、不透气、并具一定硬度的物料。最常见的玻璃是钠钙玻璃(英语:soda-lime glass),包括75%的二氧化硅(SiO2)、由碳酸钠中制备的氧化钠(Na2O)以及氧化钙(CaO)及其他添加物。玻璃在日常环境中呈化学惰性,亦不会与生物起作用。玻璃一般不溶于酸(例外:氢氟酸与玻璃反应生成SiF4,从而导致玻璃的腐蚀);但溶于强碱,例如氢氧化铯。

  在科学上,玻璃的定义较为广泛,是指加热到液态时会出现玻璃转化的无定形固体。有许多材料都符合这类玻璃的条件,包括一些金属合金、离子盐类、水溶液及聚合物。在包括瓶子及眼镜的许多应用中,聚合物玻璃(如压克力、聚碳酸酯及PET)的重量较轻,可以取代传统的硅玻璃。

  据信人类自石器时代已使用天然的火山玻璃。公元前二千年左右,古埃及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璃的方法,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。

  中国古典作品中亦有提及“玻璃”一词。宋朝杨万里的《稚子弄冰》提及:稚子金盆脱晓冰,彩丝穿取当银铮。敲成玉磬穿林响,忽作玻璃碎地声。

  明朝吴承恩著《西游记》中提及琉璃。第一百回(径回东土五圣成真)中写道:“沙悟净,汝本是卷帘大将。先因蟠桃会上打碎玻璃盏,贬汝下界,汝落于流沙河,伤生吃人造孽。”

  普通玻璃的成分主要是二氧化硅(SiO2,即石英,砂的主要成分)。而纯硅土熔点为摄氏2000度,因此制造玻璃时一般会加入碳酸钠(Na2CO3 ,即苏打)与碳酸钾(Potash,K2CO3,钾碱),这样硅土熔点将降至摄氏1000度左右。但是碳酸钠会使玻璃溶于水中,因此通常还要加入适量的氧化钙(CaO)使玻璃不溶于水[2]。

  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400nm的紫外线并不透明。如果要让紫外线穿透,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。纯玻璃对红外线亦是透明的,可以造成数公里长,作通讯用途的玻璃纤维[3]。

  如同其他非晶形体一样,玻璃的结构没有任何大范围的平移对称性,不过因为化学键的特性,玻璃会有小范围的有序性,局部的原子会形成多面体。

  在物理学中,玻璃(或玻璃态固体)的标准定义是由快速熔淬形成的固体。不过玻璃一词一般是指有玻璃转化温度Tg的无定形体。若冷却速度比其结晶速度要快,原子不会形成结晶,过冷液体的不规则原子组态也就成为低于玻璃转化温度Tg后的原子组态。材料在淬火时变成玻璃态的倾向称为玻璃形成能力,可以用刚度理论(预测。一般而言,玻璃态结构相较于晶体结构,只是一个介稳状态,虽然有些情形下(例如Atactic聚合物),不存在类似无定形体的晶体结构。

  因为在液体变为玻璃态的过程中,没有出现使体积、熵及焓等热力学状态不连续变化的一阶相变,因此有些研究者认为玻璃可视为是一种液体,结晶学通称为非晶质。不过玻璃转化可以视为是二相相变,像热膨胀系数及热容量等内含热力学变数出现不连续变化。此外,描述相变化的平衡理论在玻璃态无法完全适用,因此玻璃转化无法归类为传统固体平衡相变中的任何一种[4]。

  引上法也称为弗克法,是在玻璃熔解后直接往上拉引,使玻璃在垂直方向冷却凝固。

  平拉法也称为科尔伯恩法,是在玻璃熔解后先往上拉引,再经过转向辊使玻璃由垂直方向转换为水平方向,使玻璃在水平方向冷却凝固,其好处是可以稳定生产3mm以下的薄玻璃,例如显示器玻璃等。

  浮法玻璃也称为退火玻璃,是将玻璃熔液倒进一缸高温融化的锡内,玻璃浮上锡面后自然形成两边平滑的表面,慢慢冷却及成长带状后离开锡缸[5]。

  浮法玻璃厚度均匀、上下表面平整平行,同时具有劳动生产率高及利于管理等优势,因此成为玻璃制造方式的主流。不过其缺点是破裂时,会成为大块锋利的碎片,在窗户上被禁止使用。

  强化玻璃亦被称为“钢化玻璃”,是由浮法玻璃经过快速冷却热处理而制成,强度较浮法玻璃高4至6倍,且破裂时只会形成小的碎片,不会有大块锋利的碎片。但在强化后,强化玻璃上有任何损坏或裂痕,都会造成整片玻璃的碎裂。

  夹层玻璃亦被称为“安全玻璃”、“夹胶玻璃”或“胶合玻璃”,是在二片或多片浮法玻璃中,加入聚乙烯醇缩丁醛或乙烯/醋酸乙烯酯共聚物等胶合材质。早期夹层玻璃亦有使用液体状态的日光胶用作胶合材料;近年以来,美国杜邦公司推出的SGP材料在市场上逐渐崭露头角,具有比PVB更好的抗冲击性能。

  夹层玻璃广泛应用于建筑玻璃幕墙、玻璃隔断、玻璃栏杆、汽车的挡风玻璃或防弹玻璃等场合。银行柜台所使用的夹层玻璃,在浮法玻璃之间,还增加了有机玻璃,以增强抗暴性能。

  调光玻璃在市场上也被称为“智能玻璃”、“智慧玻璃”。根据起调光效果的功能材料分类,可分为聚合物分散液晶型、电致变色型和分散粒子型,其中聚合物分散液晶型调光玻璃是目前应用最多的一种调光玻璃,也常被称为“电控液晶玻璃”。

  聚合物分散液晶型调光玻璃中包含有一层10~20微米厚度的聚合物分散液晶材料层,并通过交流电对其驱动。一般来说,两种状态之间的切换非常迅速,并且在额定工作电压以内,玻璃的雾度/透明度可以通过改变电压幅值进行调节。早年由于制造成本居高不下,导致聚合物分散液晶型调光玻璃大多仅能面向高端市场,用作隐私保护。如在高档休闲及公务场所,用于隐私保护领域;部分婴儿室或月子中心也使用调光玻璃,探婴时将电源打开,玻璃即由乳白色雾化状态转变为透明状态。

  电致变色型调光玻璃中包含有一层电致变色材料。所使用的电致变色材料,多为基于氧化钨的无机材料类型,目前亦有公司正在开发有机材料类型的电致变色材料。其变色原理,是通过输入电流来改变材料中离子的价态或分子的氧化态,从而改变材料的颜色。因此该型玻璃使用直流电驱动,颜色变深或变浅,直流电流向相反。该型玻璃在颜色变化前后,透明状态并不随之改变,即使颜色非常深,玻璃仍然是透明的。另外,该型玻璃改变颜色需要持续通电几秒至几分钟时间,但维持任何一个状态,均不需要通电来维持,因此具有多稳态特性。SAGE公司 最早将其商业化,并成功实施包括拉罗谢尔大学图书馆顶棚、基梅尔表演艺术中心顶棚及外立面等诸多成功案例。由于电致变色材料不能长时间接触水汽和氧气,因此该型玻璃必须在无水无氧条件下裁切并完成边缘隔绝处理,因此目前电致变色型调光玻璃的市场售价仍然较高,市场推广较慢。

  分散粒子型调光玻璃中包含有一层分散粒子功能层。该层材料中,具有电荷极性的棒状微粒悬浮分散在微胶囊内的液体材料中。未施加驱动电压时,无规分散的棒状粒子可充分吸收射入玻璃的可见光,因此玻璃呈深色;而当施加交流电压时,微粒被取向至垂直于玻璃表面的方向,较少吸收透过光线,因此玻璃呈浅色至接近无色状态。该型调光玻璃的核心技术最早由Research Frontiers Inc.开发并持有,该公司通过产品销售许可证的方式,向包括日立化成、板硝子、皮尔金顿等公司提供经营授权。由于其对电压的响应速度快、可变色、耐候性能较好、成本适中等特点,该型调光膜被汽车厂商应用于高端汽车的天窗,如迈巴赫、雷克萨斯、梅赛德斯-奔驰等品牌,使用该型调光玻璃做为天窗。由于技术专利高度集中于一家公司,而且技术开发难度较高,因此该型调光玻璃目前的价格仍然较高[6]。

  自洁玻璃主要应用在建筑物和汽车上。玻璃外层会涂上约50纳米厚的钛氧化物,在紫外光下会催化玻璃上的有机物分解。这可以把分解的有机物冲走且不留水迹,达到自洁效果。

  也称“全息玻璃”或“激光玻璃”,这种玻璃是把激光全息图样与玻璃相结合。这是应用于家居设计。

  一面平滑,一面用机械压铸的花型玻璃,常用在室内设计的造型玻璃墙或隔屏造型。

  铅玻璃,用于防止X光室或其他处理、储存放射性物质场所之放射线外泄,而采用的特殊玻璃。

  夜光玻璃可在夜里产生独特的荧光效果。在夜晚可起到指引方向或充当光源的作用。这用于室内设计。

  分成压花或磨平铁丝网玻璃两种,铁丝网多用直径0.4mm以上的龟甲形状或方格、斜方格形状,一般可用于防火门窗,因为在玻璃中嵌入铁丝网,遇上火灾时虽然玻璃破裂,但铁丝网仍可留在原来位置,保护建筑物内部不受火灾侵害。

  制造过程跟双层玻璃相似,以两片后约5mm-6mm的平板压花玻璃组合成中空的玻璃砖,特性与双层玻璃相似,也可当成砌叠的材料,一般应用在建筑物的墙壁采光、隔屏或隔间墙。分成普通玻璃砖跟棱镜玻璃砖两种。普通玻璃砖多用于墙壁开口处的砌叠,有防热隔音的效果,但不能承担载重。而棱镜玻璃砖常安装于地板作为下层楼采光的天井之用,常见的形状有圆形跟方形两种,光线的分布有扩散型跟分光型两种。

  玻璃砖的施工方式分成干式跟湿式两种,干式施工法是由木工先将木作边框建起,将玻璃砖依序叠砌,并于上下周边空隙塞入夹板来固定玻璃砖,待调整好平整度后将上下左右的边缝填入硅利康并修饰平顺。而湿式施工法则是水泥、砂跟石灰加入防水剂搅拌,用类似空心砖的叠砌方式,再以白水泥砂浆做勾缝整修,中间以铁丝网补强。

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