玻璃是一个非结晶的,无定形固体,其通常是透明的并且在窗玻璃,餐具和光电子学中具有广泛的实用、技术和装饰用途。最熟悉且历史上最古老的人造玻璃是基于化合物二氧化硅的“硅酸盐玻璃”,主要成分为沙。在流行的用法中,术语玻璃通常仅用于指代这种类型的材料,其在用作窗玻璃和玻璃瓶中是常见的。在现有的许多硅基玻璃中,普通玻璃和容器玻璃是由一种称为钠钙玻璃的特定类型组成,含约占75%二氧化硅(SiO2)、来自碳酸钠(Na2CO3)中的氧化钠(Na2O)、氧化钙(CaO),也称为石灰,和几种微量添加剂。
硅酸盐玻璃的许多应用源于它们的光学透明性,使其主要用作窗玻璃。玻璃透射,反射和折射光线;通过切割和抛光可以增强这些特质,从而制造光学透镜,棱镜,精细玻璃器皿和光纤,用于通过光进行高速数据传输。玻璃可以通过添加金属盐来着色,也可以用玻璃质瓷漆进行涂漆和印刷。这些特质导致玻璃在艺术品的制造中有着广泛的应用,特别是彩色玻璃窗。硅酸盐玻璃虽然易碎,但非常耐用,早期玻璃制造文化中就有许多玻璃碎片的例子。由于玻璃可以形成或模制成任何形状,因此传统上用于容器:碗,花瓶,瓶子,罐子和水杯。在其最坚固的形状,它也被用于纸镇,大理石和珠子。当挤出成玻璃纤维并以捕获空气的方式铺成玻璃棉时,它变成绝热材料,当这些玻璃纤维嵌入有机聚合物塑料中时,它们是复合材料玻璃纤维的关键结构增强部分。历史上一些物体通常由硅酸盐玻璃制成,它们简单地通过材料的名称来称呼,例如水杯和眼镜。
从科学上讲,“玻璃”一词的定义往往更为宽泛,包括在原子尺度上具有非结晶(即无定形晶态)结构的每一种固体,当加热到液态时,它们都表现出玻璃化转变。日常使用中常见的陶瓷和许多聚合物热塑性塑料是玻璃。这种玻璃可以由不同于硅的材料组成:金属合金、离子熔体、水溶液、分子液体和聚合物。对于许多应用,如玻璃瓶或眼镜,聚合物玻璃(丙烯酸玻璃,聚碳酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯)是比传统玻璃更轻的选择。
以下是更常见类型的硅酸盐玻璃及其成分、性能和应用:
腐蚀
力量
为了从玻璃形成倾向差的材料制造玻璃,使用新技术来提高冷却速率或减少晶体成核触发。这些技术的例子包括气动悬浮(在熔体漂浮在气流上的同时冷却熔体)、喷溅淬火(在两个金属砧之间挤压熔体)和辊淬火(通过辊浇注熔体)。
分子液体由不形成共价网络但仅通过弱范德华力或通过瞬态氢键相互作用的分子组成。许多分子液体可以过冷成玻璃;有些是通常不结晶的优质形成剂。
二十世纪初玻璃窗玻璃的大规模生产也产生了类似的效果。在玻璃工厂,将熔融玻璃倒在大型冷却台上并使其展开。得到的玻璃在浇注位置较厚,位于大玻璃板的中心。这些板材被切割成厚度不均匀的较小窗玻璃,通常浇注位置居中于其中一个窗格(称为“靶心”)以达到装饰效果。用于窗户的现代玻璃生产为浮法玻璃,厚度非常均匀。