玻璃

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：材料科学技术（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

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。

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。

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。

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。

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。

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、钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃、调光玻璃、发光玻璃。

陈设工艺品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。

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。这种规格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 。

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，可用于地弹簧玻璃门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模具中成型，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。玻璃砖的制作工艺基本和平板玻璃一样，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、玻璃纸。也称玻璃膜，具有多种颜色和花色。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、LED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

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、灯泡等。

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的铅玻璃能阻挡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、化学燃烧管和玻璃纤维等。

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 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（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）。

任何一种物质是什么形态，决定于其原子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。

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，并用高倍显微镜进行观察。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）

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.