玻璃是如何做成的

2023-01-08

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各种“玻璃”的成分
（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——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）
（19）有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）
注：（14）——（19）为类玻璃。

制造玻璃原理----主要反应是：
Na2CO3+SiO2＝Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2＝CaSiO3+CO2↑

玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固而得。约公元前3700年前， 古埃及人已制出玻璃装饰品和简单玻璃器皿，当时只有有色玻璃，约公元前1000 年前，中国制造出无色玻璃。公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃。1873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。
种类 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。SiO2含量约96％，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。
此外 ，玻璃按性能特点 又分为 ：钢化玻璃 、多孔玻璃(即泡沫玻璃 ，孔径约 40 ，用于海水淡化 、病毒过滤等方面）、导电玻璃(用作电极和飞机风挡玻璃)、微晶玻璃、乳浊玻璃（用于照明器件和装饰物品等）和中空玻璃（用作门窗玻璃）等。
生产工艺 玻璃生产的主要原料有玻璃形成体、玻璃调整物和玻璃中间体，其余为辅助原料。主要原料指引入玻璃形成网络的氧化物、中间体氧化物和网络外氧化物；辅助原料包括澄清剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、脱色剂、氧化剂和还原剂等。
玻璃生产工艺主要包括：①原料预加工。将块状原料粉碎，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。②配合料制备。③熔制。玻璃配合料在池窑或坩埚窑内进行高温加热，使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃。④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。⑤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。

参考资料：参考资料：中国大百科全书

参考知识1 有关玻璃的资料
(1)玻璃生产时的物理、化学变化过程
在生产玻璃时，熔炉里的原料熔融后发生了比较复杂的物理、化学变化。以普通玻璃生产为例，主要反应过程是下列几个步骤：
开始加热时，粉料在100～120℃的范围内开始脱水，在600℃时，石灰石和纯碱通过下列反应生成钙钠的复盐。
CaCO3+Na2CO3=CaNa2(CO3)2
在600～680℃时，所生成的复盐与SiO2开始反应：
CaNa2(CO3)2+2SiO2=Na2SiO3+CaSiO3+2CO2↑
在740～800℃时，低熔混合物[Na2CO3—CaNa2(CO3)2]开始熔化，并不断地和SiO2作用：
Na2CO3+CaNa2(CO3)2+3SiO2
=2Na2SiO3+CaSiO3+3CO2↑
CaO熔体与SiO2的反应是在890～900℃时开始的。
CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑
在1010℃时，尚未起反应的CaO也和SiO2形成硅酸钙。
CaO+SiO2=CaSiO3
全部物质在略高于1200℃时熔化，冷却以后即形成玻璃。
(2)玻璃态
玻璃态是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态。玻璃态物质的结构特点是，它的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形体那样无规则排列，人们把玻璃态的这种结构特征称为“短程有序、远程无序”，就是说，从小范围来看，它有一定的晶型排列，从整体来看，却像无定形物质那样无晶形的排列。所以玻璃态物质没有一定熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化变为液态。
(3)钢化玻璃为什么机械强度很大？
普通玻璃内由于存在着较大的内应力而易脆，机械强度不大。为了消除这种内应力，必须在生产玻璃时用偏光仪观察玻璃内应力变化情况。当温度达到某一下限时，内应力开始减小，再加热至温度上限，内应力全部消失。生产钢化玻璃时，温度必须略为超过上限，而后急剧冷却，就好像钢淬火一样，所以叫做钢化玻璃。钢化玻璃大大改变了内应力的紧张状态，因而减小了它的脆性。1955年，我国开始生产钢化玻璃。