基础化学：玻璃种类及特点

我们现在使用的玻璃通常指硅酸盐玻璃，在建筑、日用、医疗、化学、电子、仪表等诸多领域使用广泛。

玻璃是一种透明、不透气，但有一定硬度的物料，在日常环境中玻璃的化学性质稳定，一般不易与酸、碱等大多数物质发生化学反应。但玻璃中的二氧化硅（SiO2）能与氢氟酸（HF）反应生成SiF4，从而使玻璃受到腐蚀，利用此性质可制成雕花玻璃；玻璃也可轻微溶于强碱，例如玻璃中的二氧化硅可与氢氧化钠反应生成具有黏性硅酸钠（Na2SiO3）。鉴于此，存放氢氧化钠的试剂瓶应该用橡胶塞。

我们现在使用的玻璃通常指硅酸盐玻璃，在建筑、日用、医疗、化学、电子、仪表在诸多领域广泛应用。

1.成分

普通玻璃的成分主要是二氧化硅（SiO2，即石英，砂的主要成分）、硅酸钠（Na2SiO3）、硅酸钙（CaSiO3）等，此外还有用于着色、改性等各种其他成分。生产时，把石英砂（SiO2）、纯碱（Na2CO3）、石灰石（CaCO3）及长石（含钙、钠和钾的铝硅酸盐类造岩矿物）等原料按适当的比率混合后粉碎，经过加热熔融、澄清、成型和缓冷等工序制成的。制造玻璃时发生了复杂的物理变化和化学变化。其中主要化学反应为：

图2-2-1　常见的玻璃

在玻璃制造过程中，还可以加入其他的不同成分制得多种性能和用途的玻璃。例如，含有钾和铅的原料用来制造光学玻璃；加入B2O3制成耐化学腐蚀、耐温度急剧变化的玻璃，化学试验室使用的一些玻璃仪器就是用这种玻璃制成的；加入一些金属氧化物或盐可以得到颜色不同的玻璃，成为玻璃装饰艺术的常用材料。水晶玻璃又称铅玻璃，在玻璃内加入铅后会使玻璃的折射系数增加，产生更为炫目的折射，看起来十分闪烁耀眼。加入钡可以增加玻璃的折射指数。玻璃中加入硼，则会改变玻璃的热及电性质。倘若加入钍的氧化物则会大幅度增加折射指数，常用来制造光学镜头的玻璃。倘若加入铁，制成的玻璃会吸收红外线，放映机内便有这种隔热的玻璃。倘若加入铈则制成会吸收紫外线的玻璃。

2.特点

玻璃具有透明、隔音、隔热等良好的物理化学性能，有较高的机械强度和硬度，化学稳定性好，但长期遭受侵蚀性介质的作用，也能导致变质和破坏。热稳定性差，高温下会发生软化并产生较大的变形。透光性好，内部几乎无空隙，属于致密材料。玻璃最大的缺点是性脆，现在可以生产出弯曲强度很高、不易破碎、高耐磨、高强度的玻璃，从而打破了传统的概念。

表2-1几种玻璃的特性和用途

3.种类

玻璃是现代室内装饰的主要材料之一。随着现代建筑发展的需要和玻璃制作工艺技术的飞速发展，玻璃制品由过去单纯作为采光和装饰功能逐渐向多品种多功能方面发展。建筑业中只有用于外墙玻璃、室内装饰之用；汽车上主要用于车窗玻璃、挡风玻璃等，使用量约占轿车总质量的3%。常用的玻璃主要有普通平板玻璃、钢化玻璃和夹层玻璃等。按玻璃的化学组成可以分为以下几类：

（1）钠玻璃

又称钙钠玻璃，熔点低，易于熔制，含杂质较多，因含铁而常显绿色。其力学性能、热学性能、光学性能和化学稳定性均差，多用于普通建筑玻璃和日用玻璃制品，故又称为普通玻璃。透光率在82%～90%之间。主要用于门窗玻璃，起着透光、挡风和保温作用，还可用于瓶、罐、灯泡等。

根据玻璃的厚度不同，其用途不同。3cm厚度的玻璃主要用于画框的表面；5～6cm厚度的玻璃，主要用于外墙窗户、门扇等小面积透光造型等；7～9cm厚度的玻璃，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；9～10cm厚度的玻璃，主要用于室内大面积隔断、栏杆等装修项目；11～12cm厚度的玻璃，主要用于弹簧玻璃门和一些活动人流较大的隔断之中。

钠玻璃可用于钢化玻璃、磨砂玻璃、压花玻璃、中空玻璃、夹丝玻璃等生产的原料。

磨砂玻璃又叫毛玻璃，是用物理或化学方法将平板玻璃表面进行处理，以得到均匀的毛面。由于磨砂玻璃表面粗糙，只能透光不能透视，多用于卫生间、浴室等处，还可用于制作黑板的板面、水杯、酒瓶、盛装化妆品的容器等。

压花玻璃又称花纹玻璃或滚花玻璃，是采用压延方法制造的一种平板玻璃。压花玻璃表面有花纹图案，透光而不透视，即具有透光不透明的特点，可使光线柔和，透视性因距离、花纹不同而不同，并具有隐私的屏护作用和一定的装饰效果。安装时可将其花纹面朝向室内，以增强装饰感；作为浴室中的浴厕门窗、门窗、屋内间隔玻璃时，则应注意将其花纹面朝外，以防表面浸水而透视。

图2-2-2　磨砂玻璃

图2-2-3　压花玻璃

中空玻璃是由两层或多层普通平板玻璃之间封入干燥空气后，四周用高强度、高气密性复合黏结剂黏结而成。具有良好的保温、隔热、隔音等性能。主要用于采暖、空调、消声设施的外层玻璃装饰，改善居室内环境。

图2-2-4　中空玻璃

夹丝玻璃又称防碎玻璃。它是将普通平板玻璃加热到软化状态时，再将预热处理过的铁丝或铁丝网压入玻璃中间而制成。夹丝玻璃比普通玻璃强度高，有优越的防火性能，高温燃烧时不炸裂，破碎时能防止碎片飞散伤人。另外还有防盗性能，玻璃割破还有铁丝网阻挡。主要常用于屋顶天窗、阳台窗。(www.xing528.com)

图2-2-5　夹丝玻璃

图2-2-6　破损后的夹丝玻璃

图2-2-7　钢化玻璃

钢化玻璃又称强化玻璃，它是普通玻璃经加热到一定温度后迅速冷却的方法，或是化学方法进行特殊处理后形成的一种高强度、不易破碎的特殊玻璃。钢化玻璃的安全性能好、抗弯曲强度和耐冲击强度比普通平板玻璃高3～5倍。同时钢化玻璃还耐酸碱。均匀的内应力，破碎后呈网状裂纹，无锐角颗粒，大大降低了对人体伤害。钢化玻璃一般厚度为2～5mm，主要用于门窗、隔断和橱柜门等。钢化玻璃的缺点是钢化后不能再进行切割和加工，在温差变化大时有自爆（自己破裂）的可能性。

（2）钾玻璃

钾玻璃又称钾钙玻璃，是以氧化钾代替钠玻璃中的部分氧化钠，并适当提高玻璃中氧化硅含量制成。是K2SiO3、CaSiO3和SiO2的固熔体。与钠玻璃相比，钾玻璃的热膨胀系数较小，较难熔化，较难受化学药品的侵蚀，可用于制作一般的化学仪器等。它硬度较大，光泽好，又称作硬玻璃。钾玻璃多用于制造化学仪器、用具和高级玻璃制品。

图2-2-8　钾玻璃

（3）铅玻璃

被称为“钻石的仿制品”铅玻璃又称重玻璃、铅晶质玻璃或水晶玻璃。除二氧化硅、三氧化二硼等玻璃形成物外，在普通玻璃中加入24%左右的氧化铅PbO便制成了铅玻璃。随PbO含量的增加，玻璃的密度、折射率等性能指标值增加；而硬度、高温黏度、软化温度、化学稳定性等指标值降低。这种玻璃比重大，光泽透明，质软而易于加工，对光的折射和反射效果好，化学稳定性高。常用来制作光学仪器、高级器皿、装饰品和工艺品。

图2-2-9　铅玻璃

（4）硼硅玻璃

即耐热玻璃。国家标准中定义硼硅玻璃（包括中性玻璃）含三氧化二硼（B2O3）大于8%（m/m）。它有较好的光泽和透度，较强的力学性能、耐热性、绝缘性和化学稳定性。用于制造高级化学仪器和绝缘材料。

图2-2-10　硼硅玻璃

图2-2-11　铝镁玻璃

（5）铝镁玻璃

铝镁玻璃是减少了钠玻璃里面的碱金属和碱土金属氧化物的含量，以氧化镁和氧化铝代替钠玻璃中的部分碱金属氧化物、碱土金属氧化物及氧化硅制成的。铝镁玻璃软化点低，力学性质、光学性质和化学稳定性与钠玻璃相比都有所改善，其优良的性能逐步成为主要的玻璃品种，常用于制造高级建筑玻璃。

（6）石英玻璃

图2-2-12　石英玻璃

石英玻璃是用天然结晶石英（水晶或纯的硅石），或合成硅烷经高温熔制而成。熔融后的产品具有极好的加工性能，可制成各种形状复杂的仪器和特种制品。石英玻璃的性能主要取决于它的纯度，其次是工艺过程或热工制度。微量杂质的存在将给石英玻璃的使用性能带来重大的影响；同时由于工艺过程或热工制度的稍有疏忽，将给外观质量带来多种多样的缺陷，产生大量的废次产品。石英玻璃热膨胀系数极低，耐温性高，化学稳定性和电绝缘性好，最佳的透紫外光谱性能以及透可见光及近红外光谱性能，比普通玻璃的机械性能高。它是近代尖端技术中空间技术、原子能工业、国防装备、自动化系统，以及半导体、冶金、化工、电光源、通讯、轻工、建材等工业中不可缺少的优良材料之一。