我們知道固體材料可以分為有機材料和無機材料兩大類。有機材料有木材、塑料、有機玻璃、棉布、羊毛、尼龍等等。無機材料按照結構可以分成單晶體、多晶體和玻璃三大類。單晶體有規則的外形和嚴格規則的結構，例如紅寶石是氧化鋁單晶，水晶是二氧化硅單晶，金剛鉆則是碳的單晶。多晶體是大量小單晶的集合體，各種陶瓷、金屬都是多晶材料。玻璃是經熔融、冷卻、固化而得到的非結晶固體。它的結構在原子、分子范圍內有一定規則（近程有序），但在宏觀范圍卻又沒有規則（遠程無序）。它可以依靠模具做成各種形狀。玻璃的這種無規則結構，決定了玻璃的下列特性：

1．各向同性，玻璃的質點排列總的說來是無規則的，但又是統計均勻的，因此，它的物理、化學性質在任何方向都是相同的。而晶體則是各向異性的。例：電阻率、導熱系數、透過率、折射率等。

2．無固定熔點，玻璃由固體轉變為液體是在一定溫度范圍內逐漸變化的。而晶體是有確定的熔點的，例如，冰（水的晶體）在0゜C融化。玻璃的這一特性使它可用吹、拉、壓等多種方法成形。

3．組成和性能的可調性，玻璃的性能可隨其成分在一定范圍內發生連續和逐漸的變化。而晶體則具有固定的成分和確定的性能。這樣，我們就可以調節玻璃的成分，使它的性能滿足使用的要求。


玻璃是如何生產出來的呢？玻璃的生產工藝包括：配料、熔制、成形、退火等工序。分別介紹如下：

1． 配料，按照設計好的料方單，將各種原料稱量后在一混料機內混合均勻。玻璃的主要原料有：石英砂、石灰石、長石、純堿、硼酸等。

2． 熔制，將配好的原料經過高溫加熱，形成均勻的無氣泡的玻璃液。這是一個很復雜的物理、化學反應過程。玻璃的熔制在熔窯內進行。熔窯主要有兩種類型：一種是坩堝窯，玻璃料盛在坩堝內，在坩堝外面加熱。小的坩堝窯只放一個坩堝，大的可多到20個坩堝。坩堝窯是間隙式生產的，現在僅有光學玻璃和顏色玻璃采用坩堝窯生產。另一種是池窯，玻璃料在窯池內熔制，明火在玻璃液面上部加熱。玻璃的熔制溫度大多在1300~1600゜C。大多數用火焰加熱，也有少量用電流加熱的，稱為電熔窯。現在，池窯都是連續生產的，小的池窯可以是幾個米，大的可以大到400多米2。

3． 成形，是將熔制好的玻璃液轉變成具有固定形狀的固體制品。成形必須在一定溫度范圍內才能進行，這是一個冷卻過程，玻璃首先由粘性液態轉變為可塑態，再轉變成脆性固態。成形方法可分為人工成形和機械成形兩大類。

A． 人工成形。又有（1）吹制，用一根鎳鉻合金吹管，挑一團玻璃在模具中邊轉邊吹。主要用來成形玻璃泡、瓶、球（劃眼鏡片用）等。（2）拉制，在吹成小泡后，另一工人用頂盤粘住，二人邊吹邊拉主要用來制造玻璃管或棒。（3）壓制，挑一團玻璃，用剪刀剪下使它掉入凹模中，再用凸模一壓。主要用來成形杯、盤等。（4）自由成形，挑料后用鉗子、剪刀、鑷子等工具直接制成工藝品。

B． 機械成形。因為人工成形勞動強度大，溫度高，條件差，所以，除自由成形外，大部分已被機械成形所取代。機械成形除了壓制、吹制、拉制外，還有（1）壓延法，用來生產厚的平板玻璃、刻花玻璃、夾金屬絲玻璃等。（2）澆鑄法，生產光學玻璃。（3）離心澆鑄法，用于制造大直徑的玻璃管、器皿和大容量的反應鍋。這是將玻璃熔體注入高速旋轉的模子中，由于離心力使玻璃緊貼到模子壁上，旋轉繼續進行直到玻璃硬化為止。（4）燒結法，用于生產泡沫玻璃。它是在玻璃粉末中加入發泡劑，在有蓋的金屬模具中加熱，玻璃在加熱過程中形成很多閉口氣泡這是一種很好的絕熱、隔音材料。此外，平板玻璃的成形有垂直引上法、平拉法和浮法。浮法是讓玻璃液流漂浮在熔融金屬（錫）表面上形成平板玻璃的方法，其主要優點是玻璃質量高（平整、光潔），拉引速度快，產量大 。

4． 退火，玻璃在成形過成中經受了激烈的溫度變化和形狀變化，這種變化在玻璃中留下了熱應力。這種熱應力會降低玻璃制品的強度和熱穩定性。如果直接冷卻，很可能在冷卻過程中或以后的存放、運輸和使用過程中自行破裂（俗稱玻璃的冷爆）。為了消除冷爆現象，玻璃制品在成形后必須進行退火。退火就是在某一溫度范圍內保溫或緩慢降溫一段時間以消除或減少玻璃中熱應力到允許值。

此外，某些玻璃制品為了增加其強度，可進行剛化處理。包括：物理剛化（淬火），用于較厚的玻璃杯、桌面玻璃、汽車擋風玻璃等；和化學剛化（離子交換），用于手表表蒙玻璃、航空玻璃等。剛化的原理是在玻璃表面層產生壓應力，以增加其強度。


講玻璃必定要提一下它的一個重要新發展——微晶玻璃。由于晶體的性能優于玻璃，而玻璃則具有易于制造的優勢，于是人們自然會想到能否把兩者結合起來實現優勢互補呢？回答是肯定的，這種結合就是微晶玻璃。微晶玻璃是通過附加的熱處理，使玻璃基體中長出大量均勻分布的微小晶體（微米級），而形成的一類新材料。或者說是一類用玻璃工藝制得的具有陶瓷性能的材料。它集中了玻璃和陶瓷的優點。如果說人類制造玻璃已有五千多年歷史（最早是在古埃及），那末，微晶玻璃是20世紀50年代才出現的一類新型材料。


除了我們上面已提到的玻璃在日常生活中有著極其廣泛的應用之外，玻璃在高科技領域有極其重要的地位。下面我們僅舉一些例子：

1． 激光玻璃，玻璃是激光器的主體（工作物質），激光在其中產生。激光已廣泛用于激光定向、激光測距、激光打孔及激光手術。尤其是由于激光束可以聚焦成極小的點子，能量密度極高，可用來啟動核聚變反應。激光誘發核聚變與磁控聚變相結合，已成為產生可控熱核能的主要途徑。（我們中科院有這個項目。）

2． 光導纖維（簡稱光纖），光纖通過光在其內部全反射，實現遠距離傳光而損失及小。由于光纖可任意彎曲，從而使光線拐彎，進而，光纖、光纜的出現使光通訊得以實現。現已進入社區的寬帶網就是基于光通訊。此外，利用光纖可以彎曲已做成內窺鏡（胃鏡、腸鏡）和激光手術刀，實現了無創傷手術。

3． 導彈、飛船的雷達天線罩，天線位于導彈、飛船的頭部，因此天線罩必須有高強度、能承受高溫且有低介電損耗。它是用微晶玻璃或石英玻璃做成。（我們所有做過。） 4． 天文望遠鏡，天文望遠鏡的玻璃透鏡很大，且為保持高度精確，要求一年四季尺寸不變，它是用零膨脹微晶玻璃做成的。這種微晶玻璃是通過在玻璃中析出負膨脹的微晶體與基礎玻璃的膨脹相抵消，使微晶玻璃的膨脹系數接近于零。

此外，還有用于紅外夜視儀的透紅外玻璃；用于復印機磁鼓的硫系玻璃；在微電子技術

上用作基片的鋰系微晶玻璃；用作人造牙齒、人造骨頭的生物微晶玻璃；用作自動太陽鏡的光致變色玻璃；稱為眼鏡超薄片的高折射率玻璃；用于雙光眼鏡的梯度折射率玻璃；用在交通指示牌上的玻璃微珠；以及用作長效肥料的磷酸鹽玻璃。玻璃還是處理放射性核廢料的最好方法，即把放射性廢物轉變成化學穩定的玻璃。

標簽：原材料玻璃什么