玻璃的化学组成及其调整方法

玻璃的化学组成，是指该玻璃是由何种氧化物和其他辅助原料所组成。玻璃的组成是决定玻璃物理化学性质和生产工艺的主要因素，所以经常借助调整玻璃的组成，来改变玻璃的性质，使之适应生产工艺条件和满足制品的使用要求。玻璃的组成以各种元素的氧化物表示，由于氧化物性质不同，工业玻璃分为硅酸盐玻璃（以SiO₂为结构氧化物）、硼酸盐玻璃（以B₂O₃为结构氧化物）、硼硅酸盐玻璃（以SiO₂、B₂O₃为结构氧化物）等。工业上大规模生产的是硅酸盐玻璃。

按玻璃组成氧化物在玻璃结构中的作用，可分为玻璃形成氧化物、中间体氧化物和网络外体氧化物三类。

（1）玻璃形成氧化物 为二氧化硅（SiO₂）和氧化硼（B₂O₃）。单独的二氧化硅可以制成石英玻璃。在一般玻璃中，二氧化硅以硅氧四面体［SiO₄］结构单元形成结构网络。二氧化硅能降低玻璃的热胀系数、密度，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、粘度、机械强度等，但含量高，需要较高的熔融温度。一般玻璃二氧化硅含量为73％左右。

氧化硼也可以单独形成玻璃，它以硼氧三角体［BO₃］和硼氧四面体［BO₄］为结构单元。在硼硅酸盐玻璃中与硅氧四面体共同组成结构网络。氧化硼能降低玻璃的热胀系数，提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，改善玻璃的光泽，提高玻璃的机械强度。氧化硼在高温时，降低玻璃的粘度；在低温时则增加玻璃的粘度。少量的氧化硼有助熔作用，加速玻璃的澄清，降低玻璃的结晶能力。当氧化硼引入量高时，由于结构中［BO₃］量增多，玻璃的热胀系数反而增大，发生反常现象。

（2）中间体氧化物 自身不能形成玻璃，但可以连接SiO₂（玻璃）链使其保持玻璃态。例如加入大量的氧化铅（最高达60％）能产生一种灿烂发光的装饰玻璃。中间体氧化物不但能变为玻璃网络结构中的一部分，而且可改进结构内部的位置。中间体氧化物主要有氧化铝（Al₂O₃）、氧化铅（PbO）、氧化锌（ZnO）等。

当玻璃中游离氧多时，氧化铝和氧化锌分别形成铝氧四面体［AlO₄］和锌氧四面体［ZnO₄］，与硅氧四面体组成连续的网络结构。当玻璃中游离氧少时，它们又分别形成铝氧八面体［AlO₈］和锌氧八面体［ZnO₈］居于网络之外。它们都能降低玻璃的热胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、机械强度和粘度，但用量不宜过多。(www.xing528.com)

（3）网络外体氧化物—改性剂 这种氧化物不参加玻璃的结构网络，居于网络之外，但能促使玻璃网络破裂而改变玻璃的性质。因此有时也称网络外体氧化物为玻璃改性剂。其主要氧化物有：氧化锂（Li₂O）、氧化钠（Na₂O）、氧化钾（K₂O）、氧化镁（MgO）、氧化钡（BaO）等。但网络外体氧化物只能加入适当的量，这样可以降低熔点和简化工艺。

表6-1列出了几种常用玻璃的化学组成。

表6-1 几种常用玻璃的化学组成（％）