有机玻璃是透明的吗

中国科学院上海硅酸盐研究所 王开泰如果我问大家:“你知道玻璃吗?”大家一定会觉得很可笑,玻璃谁不知道呀!玻璃是透明的,硬而脆,容易敲碎。但如果我问大家:“玻璃是什么?它又是怎样制造出来的呢?”在座的可能很少有人能正确回答。的确,讲到玻璃大家都很熟悉。我们的住房用玻璃采光,汽车用玻璃挡风;我们每天看电视,电视机的显像管是玻璃做的;患有近视和老化眼疾朋友们戴的眼镜是玻璃;照相机、摄像机、望远镜都离不开光学玻璃透镜;喝酒的朋友用的酒瓶、酒杯都是玻璃做的;装饰用的工艺美术品,好多是用彩色玻璃做的;各种电光源都少不了玻璃外壳;指挥交通的红绿灯、航空信号灯是用彩色玻璃做的等等。总之,可以毫不夸张地说,我们的日常生活一刻也离不开玻璃。玻璃之所以有如此广泛的应用,是因为它有透明、坚硬、耐腐蚀、电绝缘等优良性能,而且制造玻璃的原料丰富、价格低廉、生产工艺相对简便,能用多种成形方法制成各种形状的制品。那么,玻璃是什么呢?我们知道固体材料可以分为有机材料和无机材料两大类。有机材料有木材、塑料、有机玻璃、棉布、羊毛、尼龙等等。无机材料按照结构可以分成单晶体、多晶体和玻璃三大类。单晶体有规则的外形和严格规则的结构,例如红宝石是氧化铝单晶,水晶是二氧化硅单晶,金刚钻则是碳的单晶。多晶体是大量小单晶的集合体,各种陶瓷、金属都是多晶材料。玻璃是经熔融、冷却、固化而得到的非结晶固体。它的结构在原子、分子范围内有一定规则(近程有序),但在宏观范围却又没有规则(远程无序)。它可以依靠模具做成各种形状。玻璃的这种无规则结构,决定了玻璃的下列特性:1.各向同性,玻璃的质点排列总的说来是无规则的,但又是统计均匀的,因此,它的物理、化学性质在任何方向都是相同的。而晶体则是各向异性的。例:电阻率、导热系数、透过率、折射率等。2.无固定熔点,玻璃由固体转变为液体是在一定温度范围内逐渐变化的。而晶体是有确定的熔点的,例如,冰(水的晶体)在0゜C融化。玻璃的这一特性使它可用吹、拉、压等多种方法成形。3.组成和性能的可调性,玻璃的性能可随其成分在一定范围内发生连续和逐渐的变化。而晶体则具有固定的成分和确定的性能。这样,我们就可以调节玻璃的成分,使它的性能满足使用的要求。玻璃是如何生产出来的呢?玻璃的生产工艺包括:配料、熔制、成形、退火等工序。分别介绍如下:1. 配料,按照设计好的料方单,将各种原料称量后在一混料机内混合均匀。玻璃的主要原料有:石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。 2. 熔制,将配好的原料经过高温加热,形成均匀的无气泡的玻璃液。这是一个很复杂的物理、化学反应过程。玻璃的熔制在熔窑内进行。熔窑主要有两种类型:一种是坩埚窑,玻璃料盛在坩埚内,在坩埚外面加热。小的坩埚窑只放一个坩埚,大的可多到20个坩埚。坩埚窑是间隙式生产的,现在仅有光学玻璃和颜色玻璃采用坩埚窑生产。另一种是池窑,玻璃料在窑池内熔制,明火在玻璃液面上部加热。玻璃的熔制温度大多在1300~1600゜C。大多数用火焰加热,也有少量用电流加热的,称为电熔窑。现在,池窑都是连续生产的,小的池窑可以是几个米,大的可以大到400多米2。3. 成形,是将熔制好的玻璃液转变成具有固定形状的固体制品。成形必须在一定温度范围内才能进行,这是一个冷却过程,玻璃首先由粘性液态转变为可塑态,再转变成脆性固态。成形方法可分为人工成形和机械成形两大类。A. 人工成形。又有(1)吹制,用一根镍铬合金吹管,挑一团玻璃在模具中边转边吹。主要用来成形玻璃泡、瓶、球(划眼镜片用)等。(2)拉制,在吹成小泡后,另一工人用顶盘粘住,二人边吹边拉主要用来制造玻璃管或棒。(3)压制,挑一团玻璃,用剪刀剪下使它掉入凹模中,再用凸模一压。主要用来成形杯、盘等。(4)自由成形,挑料后用钳子、剪刀、镊子等工具直接制成工艺品。B. 机械成形。因为人工成形劳动强度大,温度高,条件差,所以,除自由成形外,大部分已被机械成形所取代。机械成形除了压制、吹制、拉制外,还有(1)压延法,用来生产厚的平板玻璃、刻花玻璃、夹金属丝玻璃等。(2)浇铸法,生产光学玻璃。(3)离心浇铸法,用于制造大直径的玻璃管、器皿和大容量的反应锅。这是将玻璃熔体注入高速旋转的模子中,由于离心力使玻璃紧贴到模子壁上,旋转继续进行直到玻璃硬化为止。(4)烧结法,用于生产泡沫玻璃。它是在玻璃粉末中加入发泡剂,在有盖的金属模具中加热,玻璃在加热过程中形成很多闭口气泡这是一种很好的绝热、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。浮法是让玻璃液流漂浮在熔融金属(锡)表面上形成平板玻璃的方法,其主要优点是玻璃质量高(平整、光洁),拉引速度快,产量大 。4. 退火,玻璃在成形过成中经受了激烈的温度变化和形状变化,这种变化在玻璃中留下了热应力。这种热应力会降低玻璃制品的强度和热稳定性。如果直接冷却,很可能在冷却过程中或以后的存放、运输和使用过程中自行破裂(俗称玻璃的冷爆)。为了消除冷爆现象,玻璃制品在成形后必须进行退火。退火就是在某一温度范围内保温或缓慢降温一段时间以消除或减少玻璃中热应力到允许值。此外,某些玻璃制品为了增加其强度,可进行刚化处理。包括:物理刚化(淬火),用于较厚的玻璃杯、桌面玻璃、汽车挡风玻璃等;和化学刚化(离子交换),用于手表表蒙玻璃、航空玻璃等。刚化的原理是在玻璃表面层产生压应力,以增加其强度。 收起