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玻璃是目前使用較廣泛、應(yīng)用范圍較廣的無機(jī)非金屬材料,能夠應(yīng)用于建筑、日用、藝術(shù)、儀表等領(lǐng)域,種類十分豐富。本篇文章中我們將介紹玻璃有什么特點(diǎn),并著重說明玻璃是由哪些成分組成的。
1.1 各向同性
玻璃的分子排列是無規(guī)則的,其分子在空間中具有統(tǒng)計(jì)上的均勻性。在理想狀態(tài)下,均質(zhì)玻璃的物理、化學(xué)性質(zhì)(如折射率、硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率、電導(dǎo)率等)在各方向都是相同的。
1.2 無固定熔點(diǎn)
因?yàn)椴A腔旌衔,非晶體,所以無固定熔沸點(diǎn)。玻璃由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w是一定溫度區(qū)域(即軟化溫度范圍)內(nèi)進(jìn)行的,它與結(jié)晶物質(zhì)不同,沒有固定的熔點(diǎn)。軟化溫度范圍Tg~T1,Tg為轉(zhuǎn)變溫度,T1為液相線溫度,對(duì)應(yīng)的黏度分別為1013.4 dPa·s、104~6dPa·s。
1.3 亞穩(wěn)性
玻璃態(tài)物質(zhì)一般是由熔融體快速冷卻而得到,從熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí),冷卻過程中黏度急劇加大,質(zhì)點(diǎn)來不及做有規(guī)則排列而形成晶體,沒有釋出結(jié)晶潛熱,因此,玻璃態(tài)物質(zhì)比結(jié)晶態(tài)物質(zhì)含有較高的內(nèi)能,其能量介于熔融態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間,屬于亞穩(wěn)狀態(tài)。從力學(xué)觀點(diǎn)看,玻璃是一種不穩(wěn)定的高能狀態(tài),比如存在低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢,即有析晶傾向,所以,玻璃是一種亞穩(wěn)態(tài)固體材料。
1.4 漸變性可逆性
玻璃態(tài)物質(zhì)從熔融態(tài)到固體狀態(tài)的過程是漸變的,其物理、化學(xué)性質(zhì)的變化也是連續(xù)的和漸變的。這與熔體的結(jié)晶過程明顯不同,結(jié)晶過程必然出現(xiàn)新相,在結(jié)晶溫度點(diǎn)附近,許多性質(zhì)會(huì)發(fā)生突變。而玻璃態(tài)物質(zhì)從熔融狀態(tài)到固體狀態(tài)是在較寬溫度范圍內(nèi)完成的,隨著溫度逐漸降低,玻璃熔體黏度逐漸加大,然后形成固態(tài)玻璃,但是過程中沒有新相形成。相反玻璃加熱變?yōu)槿垠w的過程也是漸變的。
玻璃通常按主要成分分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃。非氧化物玻璃品種和數(shù)量很少,主要有硫系玻璃和鹵化物玻璃。硫系玻璃的陰離子多為硫、硒、碲等,可截止短波長光線而通過黃 、紅光 ,以及近、遠(yuǎn)紅外光,其電阻低,具有開關(guān)與記憶特性。鹵化物玻璃的折射率低,色散低,多用作光學(xué)玻璃。
氧化物玻璃又分為硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等。硅酸鹽玻璃指基本成分為SiO2的玻璃,其品種多,用途廣。通常按玻璃中SiO2以及堿金屬、堿土金屬氧化物的不同含量,又分為:
①石英玻璃。SiO2含量大于99.5%,熱膨脹系數(shù)低,耐高溫,化學(xué)穩(wěn)定性好,透紫外光和紅外光,熔制溫度高、粘度大,成型較難。多用于半導(dǎo)體、電光源、光導(dǎo)通信、激光等技術(shù)和光學(xué)儀器中。
②高硅氧玻璃。也稱vycor玻璃,主要成分為SiO2含量約95%~98%,含少量B2O3和Na2O,其性質(zhì)與石英玻璃相似。
③鈉鈣玻璃。以SiO2含量為主,還含有15%的Na2O和16%的 CaO,其成本低廉,易成型,適宜大規(guī)模生產(chǎn),其產(chǎn)量占實(shí)用玻璃的90%?缮a(chǎn)玻璃瓶罐、平板玻璃、器皿、燈泡等。
④鉛硅酸鹽玻璃。主要成分有 SiO2 和 PbO ,具有獨(dú)特的高折射率和高體積電阻,與金屬有良好的浸潤性,可用于制造燈泡、真空管芯柱、晶質(zhì)玻璃器皿、火石光學(xué)玻璃等。含有大量 PbO的鉛玻璃能阻擋X射線和γ射線。
⑤鋁硅酸鹽玻璃。以 SiO2和Al2O3為主要成分,軟化變形溫度高,用于制作放電燈泡、高溫玻璃溫度計(jì)、化學(xué)燃燒管和玻璃纖維等。
⑥硼硅酸鹽玻璃。以 SiO2和B2O3 為主要成分,具有良好的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性,用以制造烹飪器具、實(shí)驗(yàn)室儀器、金屬焊封玻璃等。硼酸鹽玻璃以 B2O3為主要成分,熔融溫度低,可抵抗鈉蒸氣腐蝕。含稀土元素的硼酸鹽玻璃折射率高、色散低,是一種新型光學(xué)玻璃。磷酸鹽玻璃以 P2O5為主要成分,折射率低、色散低,用于光學(xué)儀器中。
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