玻璃glass
沿革 約在公元前3700年前，古埃及人已制造出玻璃作為類似寶石的裝飾品和簡單器皿，當(dāng)時只有有色玻璃。約公元前1000年前中國制得無色玻璃。公元 1世紀(jì)羅馬人發(fā)明了用鐵管吹制玻璃瓶的技術(shù)后，使玻璃開始從裝飾品發(fā)展到日用品。中國在東周時期(公元前770～前256)開始制取和應(yīng)用玻璃珠、玻璃壁等飾物，當(dāng)時玻璃組成主要含有氧化鉛和氧化鋇。11～15世紀(jì)，意大利的威尼斯成為玻璃的制造中心。12世紀(jì)制造出商品玻璃，開始成為工業(yè)材料。18世紀(jì)因望遠(yuǎn)鏡的研究要求，制造出消色差透鏡用的光學(xué)玻璃。1867年德國的西門子兄弟發(fā)明了池窯。1873年比利時首先制出平板玻璃。1906年美國首先制造出平板玻璃引上機(jī)。19世紀(jì)呂布蘭法的大規(guī)模工業(yè)化，促進(jìn)了玻璃生產(chǎn)的迅速發(fā)展。
分類 玻璃通常按其主要化學(xué)成分來分類，分成氧化物玻璃和非氧化物玻璃兩大類（表1）。后者的品種和數(shù)量均很少，有硫化物玻璃和氟化物玻璃。氧化物玻璃又有硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽玻璃之分。產(chǎn)量最大，品種最多的是硅酸鹽玻璃（主要有鈉鈣硅玻璃、鈉鋇硅玻璃、鈉鋁硅玻璃）。由于幾乎所有的元素均可引入玻璃體，所以常常以組成玻璃的幾個主要組分作為玻璃的命名，如鈉鈣硅系統(tǒng)玻璃是以氧化鈉、氧化鈣和氧化硅為主要成分。按用途分，則有日用、建筑、化學(xué)、電真空、光學(xué)、醫(yī)療器械和食品包裝等玻璃。按性質(zhì)分又有耐熱、耐酸、無堿和防射線、隔熱和電絕緣玻璃等。它們與組成有關(guān)，如耐熱玻璃中含有較多氧化硼，防射線玻璃中有相當(dāng)數(shù)量氧化鉛，無堿玻璃中只含有少量甚至沒有堿金屬氧化物。
原料預(yù)加工 預(yù)加工通常包括塊狀原料粉碎、潮濕原料的預(yù)干燥和含鐵原料的除鐵處理等，以保證玻璃的質(zhì)量。石英砂原料粉碎前常在1000℃下預(yù)煅燒，然后快速冷卻，以提高它的易破碎性。研磨使達(dá)到0.15～0.8mm的細(xì)顆粒，其中0.25～0.5mm的顆粒一般不少于90％，0.1mm以下的不超過5％。
配合料制備 為了使精確稱量的各種原料充分混勻，常用轉(zhuǎn)鼓式和槳葉式混合機(jī)。前者混合效果好，但密封不好；后者易出現(xiàn)料團(tuán)。此外，加料順序，加水?dāng)?shù)量和方式也將影響配合料的均勻程度。衡量配合料的均勻程度的方法是取三個樣品，測定其中Na2CO3含量的平均偏差，一般不得超過0.5％。
熔制 普通玻璃的配合料在池窯、坩堝窯等玻璃窯內(nèi)進(jìn)行高溫加熱形成均勻無氣泡并符合成型要求的玻璃。此過程包括下列物理和化學(xué)變化階段：①硅酸鹽形成。配合料加熱到800～900℃，組分間相互反應(yīng)生成硅酸鹽和氧化硅為主的燒結(jié)物。②玻璃形成。當(dāng)加熱至1200℃時，開始出現(xiàn)液相，硅酸鹽與氧化硅互溶，直至變?yōu)橥该黧w，但仍存在較多氣泡。③玻璃澄清。繼續(xù)加熱到1400～1500℃時，氣泡全部排除。④玻璃均化。在高溫排除氣泡的同時，使玻璃液的化學(xué)組成也趨向于均一，其中的條紋也已基本消除。⑤冷卻。玻璃液溫度降至1200～1300℃時，玻璃液達(dá)到成型所具有的粘度。
成型 把玻璃液加工成不同形狀的制品，如平板、各種器皿等。常用的成型方法有吹制、拉制、澆注、壓制和燒結(jié)等，吹制和拉制法采用較多。
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②拉制法 主要生產(chǎn)平板、管狀、棒狀和纖維狀玻璃。有水平引拉和垂直引上兩類，前者又有平拉和浮法拉制。浮法或稱皮爾津頓法，當(dāng)玻璃液在1100℃左右從窯內(nèi)流出后，就漂浮在通有保護(hù)氣體（氮和氫）的金屬錫表面上形成玻璃液帶，再由窯尾轉(zhuǎn)輥拉引出窯。浮法生產(chǎn)出的玻璃表面平整、厚度均勻，可以拉制寬達(dá)5.6m的不同厚度(1.7～30mm)的平板玻璃。目前，世界上三分之一的平板玻璃用此法生產(chǎn)。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，還要規(guī)定必要的成型制度，主要涉及玻璃液的粘度、冷卻介質(zhì)的溫度和成型持續(xù)的時間，三者間的關(guān)系要適當(dāng)配合。
熱處理 玻璃在轉(zhuǎn)變溫度和軟化溫度（相當(dāng)于玻璃液粘度在4×107Pa·s時的溫度）之間所進(jìn)行的熱過程，目的在于消除或產(chǎn)生玻璃內(nèi)部的應(yīng)力、分相或晶化以及改變玻璃的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。同樣組成的玻璃經(jīng)不同熱過程會有截然不同的性質(zhì)。運(yùn)用這樣熱處理能進(jìn)一步了解玻璃內(nèi)在結(jié)構(gòu)變化，并提供更多性能優(yōu)良和特殊用途的玻璃。一般玻璃的熱處理有兩類過程：
?、偻嘶稹∧康脑谟谙Ａ?nèi)部有害張應(yīng)力和防止新應(yīng)力產(chǎn)生，以避免制品的炸裂，這是玻璃生產(chǎn)中的重要工序。退火的上限溫度指制品在該溫度 15min內(nèi)能消除全部應(yīng)力或3min內(nèi)消除95％應(yīng)力的溫度；退火下限溫度則指在16h內(nèi)消除全部應(yīng)力或3min內(nèi)消除5％應(yīng)力的溫度。普通玻璃退火上限溫度在400～600℃，下限溫度低于上限50～150℃左右。
?、诖慊稹∮址Q鋼化，將玻璃加熱到一定溫度，然后迅速冷卻，使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生較大的永久壓應(yīng)力，淬火后的玻璃稱鋼化玻璃。產(chǎn)生的壓應(yīng)力分布均勻，其抗折強(qiáng)度比退火玻璃高4～5倍，厚度5～6mm的淬火玻璃，抗彎強(qiáng)度達(dá)167MPa，并可經(jīng)受250～320℃范圍的溫度突變。
有些玻璃經(jīng)過晶化熱處理會產(chǎn)生很多微小晶體并失去透明性，即微晶玻璃，它兼有玻璃和陶瓷的性能。
展望 現(xiàn)代的玻璃不僅是人類生活上不可缺少的用品，而且還將與其他材料相競爭，成為工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展中極為重要的材料，在用途和性能上超過如金屬、塑料等大多數(shù)材料。玻璃可制成高效、廉價而耐用的太陽能收集器。石英玻璃用于制作坩堝（見彩圖）。微晶玻璃能兼有金屬、高分子材料的可切削性。多孔玻璃可作為生物活性材料的載體，如將固相酶保存在多孔玻璃中可長期保持活性。光導(dǎo)纖維的發(fā)現(xiàn)和在通信中的應(yīng)用，將從多方面改變?nèi)祟惖挠嘘P(guān)活動。
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