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硅酸盐类非金属材料

玻璃

科技名词定义中文名称:玻璃英文名称:glass定义:熔融后冷却至固态未析晶的无定形物质。应用学科:技术(一级学科);无机非金属材料(二级学科);玻璃(二级学科)

玻璃:一种较为透明的固体物质,在熔融时形成连续网络结构,冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学氧化物的组成(na2o·cao·6sio2),主要成份是二氧化硅。广泛应用于建筑物,用来隔风透光,属于混合物。

中文名: 玻璃

外文名: glass

属性: 非金属,透明的固体物质

发现欧洲腓尼基人

主要成份: 二氧化硅

应用学科: 材料科学技术;无机非金属材料

通性

玻璃是一种无规则结构的非晶态固体(从微观上看,玻璃也是一种液体),其分子不像晶体那样在空间具有长程有序的排列,而近似于液体那样具有短程有序。玻璃像固体一样保持特定的外形,不像液体那样随重力作用而流动。

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。

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10dpa·s、10dpa·s。

介稳性

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。

渐变性可逆性

玻璃

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。

分类

按工艺

热熔玻璃:浮雕玻璃、锻打玻璃、晶彩玻璃、琉璃玻璃、夹丝玻璃、聚晶玻璃、玻璃马赛克、、、、调光玻璃、发光玻璃。

遭受火灾的建筑物表面熔化的玻璃

陈设这一块越来越多人关注,其中有很大一部分的工艺品造型由玻璃制造。

按生产

玻璃简单分类主要分为平板玻璃和深加工玻璃。平板玻璃主要分为三种:即引上法平板玻璃(分有槽/无槽两种)、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。由于浮法玻璃具有厚度均匀、上下表面平整平行,再加上劳动生产率高及利于管理等方面的因素影响,浮法玻璃正成为玻璃制造方式的主流。而特种玻璃则品种众多,下面按装修中常见的品种一一说明:

一、 普通平板玻璃

1、 3--4厘玻璃, mm在日常中也称为厘或者个。我们所说的3厘(个)玻璃,就是指厚度3mm的玻璃。这种的玻璃主要用于画框表面。

2、 5--6厘玻璃,主要用于外墙窗户、门扇等小面积透光造型等等 。

平板玻璃图

3、 7--9厘玻璃,主要用于室内屏风等较大面积但又有框架保护的造型之中。

4、 9--10厘玻璃,可用于室内大面积隔断、栏杆等装修项目

5、 11--12厘玻璃,可用于地弹簧和一些活动人流较大的隔断。

6、 15厘以上玻璃,一般市面上销售较少,往往需要订货,主要用于较大面积的地弹簧玻璃门和外墙整块玻璃墙面。

二、深加工玻璃

为达到生产生活中的各种需求,人们对普通平板玻璃进行深加工处理,主要分类:

1、钢化玻璃。它是普通平板玻璃经过再加工处理而成一种预应力玻璃。钢化玻璃相对于普通平板玻璃来说,具有两大特征

(1)前者强度是后者的数倍,抗拉度是后者的3倍以上,抗冲击是后者5 倍以上。

(2)钢化玻璃不容易破碎,即使破碎也会以无锐角的颗粒形式碎裂,对人体伤害xxx降低。

2、磨砂玻璃。它也是在普通平板玻璃上面再磨砂加工而成。一般厚度多在9厘以下,以5、6厘厚度居多。

3、喷砂玻璃。性能上基本上与磨砂玻璃相似,不同的改磨砂为喷砂。由于两者视觉上类同,很多业主,甚至装修专业人员都把它们混为一谈。

4、 压花玻璃。是采用压延方法制造的一种平板玻璃。其xxx的特点是透光不透明,多使用于洗手间等装修区域。

5、 夹丝玻璃。是采用压延方法,将金属丝或金属网嵌于玻璃板内制成的一种具有抗冲击平板玻璃,受撞击时只会形成辐射状裂纹而不至于堕下伤人。故多采用于高层楼宇和震荡性强的厂房。

6、 中空玻璃。多采用胶接法将两块玻璃保持一定间隔,间隔中是干燥的空气,周边再用密封材料密封而成,主要用于有隔音隔热要求的装修工程之中。

7、 夹层玻璃。夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃(也可以是钢化玻璃或其他特殊玻璃)和玻璃之间的有机胶合层构成。当受到破坏时,碎片仍粘附在胶层上,避免了碎片飞溅对人体的伤害。多用于有安全要求的装修项目。

8、防弹玻璃。实际上就是夹层玻璃的一种,只是构成的玻璃多采用强度较高的钢化玻璃,而且夹层的数量也相对较多。多采用于银行或者豪宅等对安全要求非常高的装修工程之中。

9、热弯玻璃。由优质平板玻璃加热软化在中成型,再经退火制成的曲面玻璃。样式美观,线条流畅,在一些高级装修中出现的频率越来越高。

10、。玻璃砖的制作工艺基本板玻璃一样,不同的是成型方法。

其中间为干燥的空气。多用于装饰性项目或者有保温要求的透光造型之 中。

11、。也称玻璃膜,具有多种和花色。根据纸膜的性能不同,具有不同的性能。绝大部分起隔热、防红外线、防紫外线、防爆等作用。

12、光电玻璃。光电玻璃是一种新型环保节能产品,是led和玻璃的结合体,既有玻璃的通透性,又有led的亮度,主要用于室内外装饰和广告

13、调光玻璃:通电呈现玻璃本质透明状,断电时呈现白色磨砂状不透明,不透明状态下,可以做为背投幕。

14、节能玻璃:中空玻璃、真空玻璃、低辐射玻璃、coating low-e玻璃,纳米涂膜玻璃,隔热玻璃等

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。

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sio的玻璃,其品种多 ,用途广。通常按玻璃中sio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。sio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sio含量约95%~98%,含少量bo和nao,其性质与石英玻璃相似。

③钠钙玻璃。以sio含量为主,还含有15%的nao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、泡等。

④铅硅酸盐玻璃。主要成分有 sio 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的能阻挡x射线和γ射线。

⑤铝硅酸盐玻璃。以 sio和alo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、化学燃烧管和等。

⑥硼硅酸盐玻璃。以 sio和bo 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 bo为主要成分,熔融温度低,可抵抗钠蒸气腐蚀。含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 po为主要成分,折射率低、色散低,用于光学仪器中。

(1)普通玻璃(nasio、casio、sio或nao·cao·6sio)。

(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sio)。

(3)钢化玻璃(与普通玻璃成分相同)。

(4)钾玻璃(ko、cao、sio)。

(5)硼酸盐玻璃(sio、bo)。

(6)有色玻璃在(普通玻璃制造过程中加入一些金属氧化物。cuo——红色;cuo——蓝绿色;cdo——浅黄色;coo——蓝色;nio——墨绿色;——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,是在普通玻璃中加入金、银、铜等晶核制成,代替和,作雷达罩和导弹头等)。

(12)玻璃(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薄膜)。

(16)水玻璃(nasio)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caf,用作光学仪器中的棱镜和透光镜)。

玻璃的物态

玻璃的物态玻璃并不完全是固体

任何一种物质是什么形态,决定于其或分子的排列方式和相互作用方式。原子间相互作用力强,位置固定,就是固体;原子间相互作用力弱,可自由移动,就是液体;原子间作用力极小,可自由扩散,就是气体。

玻璃既不是晶态,也不是非晶态,也不是多晶态,也不是混合态。理论名称叫玻璃态。玻璃态在常温下的特点是:短程有序,即在数个或数十个原子范围内,原子有序排列,呈现晶体特征;长程无序,即再增加原子数量后,便成为一种无序的排列状态,其混乱程度类似于液体。在宏观上,玻璃又是一种固态的物质。

玻璃就是这样一种物质。造成玻璃这种结构的原因是:玻璃的粘度随温度的变化速度太快,而结晶速度又太慢。当温度下降,结晶刚刚开始的时候,粘度就已经变得非常大,原子的移动被限制住,造成了这种结果。所以,玻璃态类似于固态的液体,物质中的原子永远都是处于结晶的过程中。

因此,玻璃中的原子位置看似固定,但是原子间依然有作用力促使它具备重新排列的趋势。并不是一个稳定的状态,这和石蜡中的原子状态不同。所以,同样不是晶体,常温下,石蜡完全是固体,而玻璃却可以被看作是粘度极大的液体。

揭示玻璃非固体之谜

玻璃表面看上去是固体,实际上并不是。50多年来,科学家一直在尝试弄清玻璃的本质。近日,英国、澳大利亚及日本的科学家联合研究发现,玻璃无法成为固体的原因在于玻璃冷却时所形成的特殊的原子结构。相关论文6月22日在线发表于《自然—材料学》(nature materials)上。

主要研究人员、英国布里斯托尔大学的paddy royall说:“一些材料在冷却时会形成结晶,其原子会以高度规则的模式进行排列,称为“晶格”(lattice)。不过玻璃在冷却时,原子拥堵在一起,几乎随机排列,妨碍了规则晶格的形成。”

在实验中,为了观察微观原子的真实运动情况,研究人员利用较大的胶体微粒模拟原子,并用高倍进行观察。结果发现,这些粒子形成的凝胶因为构成了二十面体结构而无法形成结晶——这与20世纪50年代布里斯托尔大学的charles frank作出的预测相一致。这种结构解释了为什么玻璃是“玻璃”而不是液体或固体。

此次研究对于理解亚稳态材料来说是个重大的突破,它将使进一步开发金属玻璃等新材料成为可能。另外,如果能够通过操作使金属在冷却时形成玻璃一样的内部结构,将有可能xxx减少金属缺陷。(科学网 梅进/编译)

(《自然—材料学》(nature materials),doi:10.1038/nmat2219,c. patrick royall,hajime tanaka)

玻璃抗弯强度计算公式

抗弯强度的计算公式如下:

p=8f1l/d——棒材

p=3f1l/ab——片材

式中

p——抗弯强度,mpa;

f1——极限荷载力,n;

l——支点间的距离,m;

d——棒材的直径,m;

a——片材的宽度,m;

b——片材的厚度,m.

新兴科技

木质玻璃

美国马里兰大学研究人员已成功的将一块中的颜色和化学物质分离出来,让这块木头变得透明,这种透明的木质材料比玻璃更坚固并且更加绝缘,比塑料更容易被降解。[1]

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词条目录
  1. 硅酸盐类非金属材料
  2. 通性
  3. 各向同性
  4. 无固定熔点
  5. 介稳性
  6. 渐变性可逆性
  7. 分类
  8. 按工艺
  9. 按生产
  10. 成分
  11. 玻璃的物态
  12. 玻璃的物态玻璃并不完全是固体
  13. 揭示玻璃非固体之谜
  14. 玻璃抗弯强度计算公式
  15. 新兴科技
  16. 木质玻璃

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