[科普中国]-无机玻璃

无机玻璃是由熔融物经过冷硬化而获得的非晶态固体。当熔融体冷却时，不存在其他条件下能单独生成玻璃的氧化物，称为形成玻璃的氧化物。 广义的玻璃包括单质玻璃，有机玻璃和无机玻璃，狭义的玻璃是指无机玻璃。

粘度及表面性质玻璃生产的各个阶段，从熔制、澄清、均化、成形、加工，直到退火的每一工序都与黏度密切相关。如熔制玻璃时，黏度小，熔体内气泡容易溢出，在玻璃成形和退火方面黏度起控制性作用；玻璃制品的加工范围和加工方法的选择取决于熔体黏度及其随温度变化的速率。黏度也是影响水泥、陶瓷、耐火材料烧成速率快慢的重要因素。降低黏度对促进烧结有利，但黏度过低又增加了胚体变形的能力；在瓷釉中如果熔体黏度控制不当就会形成流釉等缺陷。此外，熔渣对耐火材料的腐蚀，对高炉和锅炉的操作也和黏度有关。因此熔体的黏度是无机材料制造过程中需要控制的一个重要工艺参数。黏度是流体(液体或液体)抵抗流动的量度。当液体流动时，一层液体受到另一层液体的牵制，层内摩擦力F的大小与两层液体间的接触面积及其垂直流动方向的速度梯度成正比。1

力学性质在实际应用中玻璃制品经常受到弯曲、拉伸和冲击应力，较少受到压缩应力。玻璃的力学性质主要指标是抗拉强度和脆性指标。玻璃的理论抗拉强度极限为12000MPa，实际强度只有理论强度的1/300~1/200，一般为30~60 MPa，玻璃的抗压强度为700~1000 MPa。玻璃中的各种缺陷造成了应力集中或薄弱环节，试件尺寸越大，缺陷存在得越多。缺陷对抗拉强度的影响非常显著，对抗压强度的影响较小。工艺上造成的外来杂质和波筋(化学不均匀部分)对玻璃的强度有明显影响。脆性是玻璃的主要缺点，玻璃的脆性指标E为1300~1500(橡胶为0.4~0.6，钢为400~460，混凝土为4200~9350)。E越大，说明脆性越大。

热学性质玻璃的热学性质主要包括比热容、热膨胀、导热性、热稳定性等。玻璃的热容随温度上升而增加，在转变温度(Tg)以下，热容的增加不明显；温度升到Tg以上，热容迅速增加；熔融态玻璃的热容随着温度的上升而急剧增加。玻璃的热膨胀系数主要是由玻璃的化学组成决定的，Na2O和K2O能显著地提高热胀系数；石英玻璃的热张系数最小，增加SiO2的含量可获得低热胀系数的玻璃。玻璃是热的不良导体，玻璃的热导率约为铜的1/400。当玻璃突然遇冷时，常常因收缩差异引起的体积效应易造成局部或表面张应力，致使玻璃破裂。玻璃的热稳定性是指玻璃能经受急剧的温度变化而不破裂的性能，它主要取决于玻璃的热膨胀系数、弹性模量和强度。在温度剧烈变化时玻璃会产生碎裂，玻璃的急热稳定性比急冷稳定性要强一些。钠钙玻璃热膨胀系数大，耐急冷热能力差；硼硅酸盐玻璃热膨胀系数小，耐急冷急热能力强,，称为耐热玻璃，热膨胀系数最低的石英玻璃，热稳定性最好1。

电学与光学性质玻璃的电学性质是同现代信息技术密切相关的一项重要性质。它主要指玻璃的导电能力，用电导率衡量。玻璃电导率受温度和化学组成影响。常温下玻璃的电导率很小，是电的绝缘体。玻璃的电导率随温度的升高而急剧上升，熔融状态一般为电导体。石英玻璃的绝缘性能最好，玻璃中碱金属氧化物会使电导率显著增加。

光学性质是玻璃最重要的物理性质。光线照射到玻璃表面可以产生透射、反射和吸收三种情况。光线透过玻璃称为透射，光线被玻璃阻挡，按一定角度反射出来称为反射，光线通过玻璃后，一部分光能量损失在玻璃内部称为吸收。玻璃中光的透射随玻璃厚度增加而减少，玻璃中光的反射对光的波长没有选择性，玻璃中光的吸收对光的波长有选择性。可以在玻璃中加入少量着色剂，使其选择吸收某些波长的光，但玻璃的透光性降低。还可以改变玻璃的化学组成来对可见光、紫外线、红外线、X射线、和γ射线进行选择吸收。1

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杨晓红 - 副教授 - 西南大学