矽酸鹽類非金屬材料
玻璃
科技名詞定義中文名稱：玻璃英文名稱：glass定義：熔融後冷卻至固态未析晶的無定形物質。應用學科：材料科學技術（一級學科）；無機非金屬材料（二級學科）；玻璃（二級學科）
玻璃：一種較為透明的固體物質，在熔融時形成連續網絡結構，冷卻過程中粘度逐漸增大并硬化而不結晶的矽酸鹽類非金屬材料。普通玻璃化學氧化物的組成(Na2O·CaO·6SiO2),主要成份是二氧化矽。廣泛應用于建築物，用來隔風透光，屬于混合物。
中文名：玻璃
外文名：glass
屬性：非金屬，透明的固體物質
發現：歐洲腓尼基人
主要成份：二氧化矽
應用學科：材料科學技術；無機非金屬材料
通性
玻璃是一種無規則結構的非晶态固體（從微觀上看，玻璃也是一種液體），其分子不像晶體那樣在空間具有長程有序的排列，而近似于液體那樣具有短程有序。玻璃像固體一樣保持特定的外形，不像液體那樣随重力作用而流動。
各向同性
玻璃的分子排列是無規則的，其分子在空間中具有統計上的均勻性。在理想狀态下，均質玻璃的物理、化學性質（如折射率、硬度、彈性模量、熱膨脹系數、導熱率、電導率等）在各方向都是相同的。
無固定熔點
玻璃由固體轉變為液體是一定溫度區域（即軟化溫度範圍）内進行的，它與結晶物質不同，沒有固定的熔點。軟化溫度範圍Tg~T1，Tg為轉變溫度，T1為液相線溫度，對應的黏度分别為10dPa·s、10dPa·s。
介穩性
玻璃态物質一般是由熔融體快速冷卻而得到，從熔融态向玻璃态轉變時，冷卻過程中黏度急劇增大，質點來不及做有規則排列而形成晶體，沒有釋出結晶潛熱，因此，玻璃态物質比結晶态物質含有較高的内能，其能量介于熔融态和結晶态之間，屬于亞穩狀态。從力學觀點看，玻璃是一種不穩定的高能狀态，比如存在低能量狀态轉化的趨勢，即有析晶傾向，所以，玻璃是一種亞穩态固體材料。
漸變性可逆性
玻璃态物質從熔融态到固體狀态的過程是漸變的，其物理、化學性質的變化也是連續的和漸變的。這與熔體的結晶過程明顯不同，結晶過程必然出現新相，在結晶溫度點附近，許多性質會發生突變。而玻璃态物質從熔融狀态到固體狀态是在較寬溫度範圍内完成的，随着溫度逐漸降低，玻璃熔體黏度逐漸增大，最後形成固态玻璃，但是過程中沒有新相形成。相反玻璃加熱變為熔體的過程也是漸變的。
分類
按工藝
熱熔玻璃：浮雕玻璃、鍛打玻璃、晶彩玻璃、琉璃玻璃、夾絲玻璃、聚晶玻璃、玻璃馬賽克、鋼化玻璃、夾層玻璃、中空玻璃、調光玻璃、發光玻璃。
陳設工藝品這一塊越來越多人關注，其中有很大一部分的工藝品造型由玻璃制造。
按生産
玻璃簡單分類主要分為平闆玻璃和深加工玻璃。平闆玻璃主要分為三種：即引上法平闆玻璃（分有槽/無槽兩種）、平拉法平闆玻璃和浮法玻璃。由于浮法玻璃具有厚度均勻、上下表面平整平行，再加上勞動生産率高及利于管理等方面的因素影響，浮法玻璃正成為玻璃制造方式的主流。而特種玻璃則品種衆多，下面按裝修中常見的品種一一說明：
一、普通平闆玻璃
1、3--4厘玻璃，在日常中也稱為厘或者個。我們所說的3厘（個）玻璃，就是指厚度3mm的玻璃。這種規格的玻璃主要用于畫框表面。
2、5--6厘玻璃，主要用于外牆窗戶、門扇等小面積透光造型等等。
3、7--9厘玻璃，主要用于室内屏風等較大面積但又有框架保護的造型之中。
4、9--10厘玻璃，可用于室内大面積隔斷、欄杆等裝修項目。
5、11--12厘玻璃，可用于地彈簧玻璃門和一些活動人流較大的隔斷。
6、15厘以上玻璃，一般市面上銷售較少，往往需要訂貨，主要用于較大面積的地彈簧玻璃門和外牆整塊玻璃牆面。
二、深加工玻璃
為達到生産生活中的各種需求，人們對普通平闆玻璃進行深加工處理，主要分類：
1、鋼化玻璃。它是普通平闆玻璃經過再加工處理而成一種預應力玻璃。鋼化玻璃相對于普通平闆玻璃來說，具有兩大特征：
（1）前者強度是後者的數倍，抗拉度是後者的3倍以上，抗沖擊是後者5倍以上。
（2）鋼化玻璃不容易破碎，即使破碎也會以無銳角的顆粒形式碎裂，對人體傷害大大降低。
2、磨砂玻璃。它也是在普通平闆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、噴砂玻璃。性能上基本上與磨砂玻璃相似，不同的改磨砂為噴砂。由于兩者視覺上類同，很多業主，甚至裝修專業人員都把它們混為一談。
4、壓花玻璃。是采用壓延方法制造的一種平闆玻璃。其最大的特點是透光不透明，多使用于洗手間等裝修區域。
5、夾絲玻璃。是采用壓延方法，将金屬絲或金屬網嵌于玻璃闆内制成的一種具有抗沖擊平闆玻璃，受撞擊時隻會形成輻射狀裂紋而不至于堕下傷人。故多采用于高層樓宇和震蕩性強的廠房。
6、中空玻璃。多采用膠接法将兩塊玻璃保持一定間隔，間隔中是幹燥的空氣，周邊再用密封材料密封而成，主要用于有隔音隔熱要求的裝修工程之中。
7、夾層玻璃。夾層玻璃一般由兩片普通平闆玻璃（也可以是鋼化玻璃或其他特殊玻璃）和玻璃之間的有機膠合層構成。當受到破壞時，碎片仍粘附在膠層上，避免了碎片飛濺對人體的傷害。多用于有安全要求的裝修項目。
8、防彈玻璃。實際上就是夾層玻璃的一種，隻是構成的玻璃多采用強度較高的鋼化玻璃，而且夾層的數量也相對較多。多采用于銀行或者豪宅等對安全要求非常高的裝修工程之中。
9、熱彎玻璃。由優質平闆玻璃加熱軟化在模具中成型，再經退火制成的曲面玻璃。樣式美觀，線條流暢，在一些高級裝修中出現的頻率越來越高。
10、玻璃磚。玻璃磚的制作工藝基本和平闆玻璃一樣，不同的是成型方法。
其中間為幹燥的空氣。多用于裝飾性項目或者有保溫要求的透光造型之中。
11、玻璃紙。也稱玻璃膜，具有多種顔色和花色。根據紙膜的性能不同，具有不同的性能。絕大部分起隔熱、防紅外線、防紫外線、防爆等作用。
12、LED光電玻璃。光電玻璃是一種新型環保節能産品，是LED和玻璃的結合體，既有玻璃的通透性，又有LED的亮度，主要用于室内外裝飾和廣告。
13、調光玻璃：通電呈現玻璃本質透明狀，斷電時呈現白色磨砂狀不透明，不透明狀态下，可以做為背投幕。
14、節能玻璃：中空玻璃、真空玻璃、低輻射玻璃、Coating low-e玻璃，納米塗膜玻璃，隔熱玻璃等。
成分
玻璃通常按主要成分分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃。非氧化物玻璃品種和數量很少，主要有硫系玻璃和鹵化物玻璃。硫系玻璃的陰離子多為硫、硒、碲等，可截止短波長光線而通過黃、紅光，以及近、遠紅外光，其電阻低，具有開關與記憶特性。鹵化物玻璃的折射率低，色散低，多用作光學玻璃。
氧化物玻璃又分為矽酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃等。矽酸鹽玻璃指基本成分為SiO的玻璃，其品種多，用途廣。通常按玻璃中SiO以及堿金屬、堿土金屬氧化物的不同含量，又分為：
①石英玻璃。SiO含量大于99.5%，熱膨脹系數低，耐高溫，化學穩定性好，透紫外光和紅外光，熔制溫度高、粘度大，成型較難。多用于半導體、電光源、光導通信、激光等技術和光學儀器中。
②高矽氧玻璃。也稱vycor玻璃，主要成分為SiO含量約95%~98%，含少量BO和NaO，其性質與石英玻璃相似。
③鈉鈣玻璃。以SiO含量為主，還含有15%的NaO和16%的CaO，其成本低廉，易成型，适宜大規模生産，其産量占實用玻璃的90%。可生産玻璃瓶罐、平闆玻璃、器皿、燈泡等。
④鉛矽酸鹽玻璃。主要成分有SiO和PbO，具有獨特的高折射率和高體積電阻，與金屬有良好的浸潤性，可用于制造燈泡、真空管芯柱、晶質玻璃器皿、火石光學玻璃等。含有大量PbO的鉛玻璃能阻擋X射線和γ射線。
⑤鋁矽酸鹽玻璃。以SiO和AlO為主要成分，軟化變形溫度高，用于制作放電燈泡、高溫玻璃溫度計、化學燃燒管和玻璃纖維等。
⑥硼矽酸鹽玻璃。以SiO和BO為主要成分，具有良好的耐熱性和化學穩定性，用以制造烹饪器具、實驗室儀器、金屬焊封玻璃等。硼酸鹽玻璃以BO為主要成分，熔融溫度低，可抵抗鈉蒸氣腐蝕。含稀土元素的硼酸鹽玻璃折射率高、色散低，是一種新型光學玻璃。磷酸鹽玻璃以PO為主要成分，折射率低、色散低，用于光學儀器中。
（1）普通玻璃（NaSiO、CaSiO、SiO或NaO·CaO·6SiO）。
（2）石英玻璃（以純淨的石英為主要原料制成的玻璃，成分僅為SiO）。
（3）鋼化玻璃（與普通玻璃成分相同）。
（4）鉀玻璃（KO、CaO、SiO）。
（5）硼酸鹽玻璃（SiO、BO）。
（6）有色玻璃在（普通玻璃制造過程中加入一些金屬氧化物。CuO——紅色；CuO——藍綠色；CdO——淺黃色；CoO——藍色；NiO——墨綠色；——藍紫色；膠體Au——紅色；膠體Ag——黃色）。
（7）變色玻璃（用稀土元素的氧化物作為着色劑的高級有色玻璃）。
（8）光學玻璃（在普通的硼矽酸鹽玻璃原料中加入少量對光敏感的物質，如AgCl、AgBr等，再加入極少量的敏化劑，如CuO等，使玻璃對光線變得更加敏感）。
（9）彩虹玻璃（在普通玻璃原料中加入大量氟化物、少量的敏化劑和溴化物制成）。
（10）防護玻璃（在普通玻璃制造過程加入适當輔助料，使其具有防止強光、強熱或輻射線透過而保護人身安全的功能。如灰色——重鉻酸鹽，氧化鐵吸收紫外線和部分可見光；藍綠色——氧化鎳、氧化亞鐵吸收紅外線和部分可見光；鉛玻璃——氧化鉛吸收X射線和r射線；暗藍色——重鉻酸鹽、氧化亞鐵、氧化鐵吸收紫外線、紅外線和大部分可見光；加入氧化镉和氧化硼吸收中子流。
（11）微晶玻璃（又叫結晶玻璃或玻璃陶瓷，是在普通玻璃中加入金、銀、銅等晶核制成，代替不鏽鋼和寶石，作雷達罩和導彈頭等）。
（12）玻璃纖維（由熔融玻璃拉成或吹成的直徑為幾微米至幾千微米的纖維，成分與玻璃相同）
（13）玻璃絲（即長玻璃纖維）。
（14）玻璃鋼（由環氧樹脂與玻璃纖維複合而得到的強度類似鋼材的增強塑料）。
（15）玻璃紙（用粘膠溶液制成的透明的纖維素薄膜）。
（16）水玻璃（NaSiO）的水溶液，因與普通玻璃中部分成分相同而得名）。
（17）金屬玻璃（玻璃态金屬，一般由熔融的金屬迅速冷卻而制得）。
（18）螢石（氟石）（無色透明的CaF，用作光學儀器中的棱鏡和透光鏡）。
玻璃的物态
玻璃的物态玻璃并不完全是固體
任何一種物質是什麼形态，決定于其原子或分子的排列方式和相互作用方式。原子間相互作用力強，位置固定，就是固體；原子間相互作用力弱，可自由移動，就是液體；原子間作用力極小，可自由擴散，就是氣體。
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。理論名稱叫玻璃态。玻璃态在常溫下的特點是：短程有序，即在數個或數十個原子範圍内，原子有序排列，呈現晶體特征；長程無序，即再增加原子數量後，便成為一種無序的排列狀态，其混亂程度類似于液體。在宏觀上，玻璃又是一種固态的物質。
玻璃就是這樣一種物質。造成玻璃這種結構的原因是：玻璃的粘度随溫度的變化速度太快，而結晶速度又太慢。當溫度下降，結晶剛剛開始的時候，粘度就已經變得非常大，原子的移動被限制住，造成了這種結果。所以，玻璃态類似于固态的液體，物質中的原子永遠都是處于結晶的過程中。
因此，玻璃中的原子位置看似固定，但是原子間依然有作用力促使它具備重新排列的趨勢。并不是一個穩定的狀态，這和石蠟中的原子狀态不同。所以，同樣不是晶體，常溫下，石蠟完全是固體，而玻璃卻可以被看作是粘度極大的液體。
揭示玻璃非固體之謎
玻璃表面看上去是固體，實際上并不是。50多年來，科學家一直在嘗試弄清玻璃的本質。近日，英國、澳大利亞及日本的科學家聯合研究發現，玻璃無法成為固體的原因在于玻璃冷卻時所形成的特殊的原子結構。相關論文6月22日在線發表于《自然—材料學》（Nature Materials）上。
主要研究人員、英國布裡斯托爾大學的Paddy Royall說：“一些材料在冷卻時會形成結晶，其原子會以高度規則的模式進行排列，稱為“晶格”（lattice）。不過玻璃在冷卻時，原子擁堵在一起，幾乎随機排列，妨礙了規則晶格的形成。”
在實驗中，為了觀察微觀原子的真實運動情況，研究人員利用較大的膠體微粒模拟原子，并用高倍顯微鏡進行觀察。結果發現，這些粒子形成的凝膠因為構成了二十面體結構而無法形成結晶——這與20世紀50年代布裡斯托爾大學的Charles Frank作出的預測相一緻。這種結構解釋了為什麼玻璃是“玻璃”而不是液體或固體。
