各種玻璃特性詳細(xì)介紹
玻璃的制造已有五千年的歷史，一般認(rèn)為最早的制造者是古代的埃及人。我國(guó)在東周時(shí)代已能制造玻璃，玻璃組成中都含有氧化鉛和氧化鋇，與其他國(guó)家的古代玻璃有明顯的區(qū)別。我國(guó)歷史上有把玻璃稱為琉璃、頗黎、假水晶料器、硝子等名稱。
玻璃具有一系列非?？少F的特性：透明、堅(jiān)硬、良好的化學(xué)穩(wěn)定性；可通過化學(xué)組成的調(diào)整，大幅度調(diào)節(jié)玻璃的物理和化學(xué)性能，以適應(yīng)各種不同的使用要求；可以用吹、壓、拉、鑄、槽沉、離心澆注等多種成形方法，制成各種形狀的空心和實(shí)心制品；可以通過焊接和粉末燒結(jié)等加工方制成形狀復(fù)雜、尺寸嚴(yán)格的器件。而且，制造玻璃的原料豐富，價(jià)格低廉。因此，作為結(jié)構(gòu)材料和功能材料，玻璃在建材、輕工、交通、醫(yī)藥、化工、電子、航天、原子能等領(lǐng)域獲得了極其廣泛的應(yīng)用。
B270/K9
K9玻璃是用K9料制成的玻璃制品，用于光學(xué)鍍膜等領(lǐng)域，K9料屬于光學(xué)玻璃，由于它晶瑩剔透，所以衍生了很多以K9料為加工對(duì)象的工廠，他們加工出來的產(chǎn)品，在市面上稱為水晶玻璃制品。
K9的組成如下：
SiO2＝69.13％B2O3＝10.75％BaO＝3.07％Na2O＝10.40％K2O＝6.29％As2O3＝0.36％，它的光學(xué)常數(shù)為：折射率＝1.51630色散＝0.00806阿貝數(shù)＝64.06。
無色光學(xué)玻璃--B270技術(shù)要求 |
牌 號(hào) |
厚度 (mm) |
λtj (nm) |
λ0 (nm) |
Tλ0 (%) |
K |
B270 |
1-5 |
310±10 |
400 |
≥89.5 |
≥1.0 |
石英玻璃
石英玻璃以其優(yōu)良的理化性能，被大量廣泛用于半導(dǎo)體技術(shù)，新型電光源，彩電熒光粉生產(chǎn)，化工過程，超高電壓收塵、遠(yuǎn)紅外輻射加熱設(shè)備、航空航天技術(shù)、某些武器及光學(xué)儀器的光學(xué)系統(tǒng)、原子能技術(shù)、浮法玻璃及元堿玻璃窖的耐火材料，特種玻璃用坩堝，儀器玻璃成型部料碗，紫外線殺菌燈，各種有色金屬的生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域。石英玻璃SiO2含量大于99.5％，熱膨脹系數(shù)低，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)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(dǎo)體、電光源、光導(dǎo)通信、激光等技術(shù)和光學(xué)儀器中。
石英玻璃在整個(gè)波長(zhǎng)有特別好的透光性，在紅外區(qū)（特殊的紅外玻璃除外），光譜透射范圍比普通玻璃大。在可見光區(qū)透過率達(dá)93％。在紫外光譜區(qū)，特別是在短波，紫外光譜區(qū)透過率比其他玻璃好的多。石英玻璃的光學(xué)性能在很大程度上取決于它的化學(xué)性能，哪怕是0.001％的雜質(zhì)就明顯地影響產(chǎn)品質(zhì)量。過度金屬雜質(zhì)會(huì)改變波長(zhǎng)方向移動(dòng)，羥基的存在會(huì)吸收2.73μm光帶。
國(guó)產(chǎn)光學(xué)石英玻璃有三個(gè)牌號(hào)：
JGS1紫外光學(xué)石英玻璃，應(yīng)用波段185-2000nm，用合成石制造，Sicl4為原料。
JGS2紫外光學(xué)石英玻璃，應(yīng)用波段220-2500nm，用水晶做原料，氣煉法生產(chǎn)；
JGS3紅外光學(xué)石英玻璃，應(yīng)用波段260-3500nm，采用水晶或高純度石英砂為原料，真空加壓爐生產(chǎn)。
國(guó)外還有一種全波段光學(xué)石英玻璃，應(yīng)用波段180-4000nm，采用等離子（無水無H2狀態(tài)下）化學(xué)相沉積法生產(chǎn)，用特純Sicl4為原料，在石英玻璃中摻入少量Tio2，可以把220nm下的紫外線濾掉，稱無臭氧石英玻璃，因?yàn)?20nm以下的紫外線能使空氣中的氧變成臭氧，在石英玻璃中摻入少量鈦、銪等元素。可以把340nm以下的短波過濾掉。用它制電光源對(duì)人的皮膚有保健作用。這種玻璃可以做到完全無氣泡。具有優(yōu)良的透紫外線性能，特別是在短波紫外區(qū)，其透過性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過所有的其他玻璃。在185nm處的透過率可達(dá)85％。是185-2500nm波段的優(yōu)良光學(xué)材料。由于這種玻璃含OH基團(tuán)，所以紅外透過性能差，特別是在2.7μm;附近有一很大的吸收峰。
石英玻璃的光學(xué)性能
?。?）光譜特性
各種有色光學(xué)玻璃在規(guī)定的光譜區(qū)內(nèi)的透過和吸收性能稱為光譜特性。它是有色光學(xué)玻璃的。
?。?）主要特性
石英玻璃是透紫外線，可見光，近紅外線性能最好的玻璃，可以根據(jù)需要從168nm-3500nm波段范圍任意選擇所須品種。
牌號(hào)名稱應(yīng)用光譜波段（毫微米）
JGS1遠(yuǎn)紫外光學(xué)石英玻璃應(yīng)用光譜波段185-2500nm
JGS2紫外光學(xué)石英玻璃應(yīng)用光譜波段220-2500nm
JGS3紅外光學(xué)石英玻璃應(yīng)用光譜波段260-3500nm
遠(yuǎn)紫外光學(xué)石英玻璃JGS1Reflectiveglass
在紫外和可見光譜范圍內(nèi)透明；在185-2500nm波段范圍內(nèi)無吸收帶；在2600-2800nm波段范圍內(nèi)有強(qiáng)吸收帶；非發(fā)光，光輻射穩(wěn)定。
紫外光學(xué)石英玻璃JGS2
在紫外和可見光譜范圍內(nèi)透明；在220-2500nm波段范圍內(nèi)無吸收帶；在2600-2800nm波段范圍內(nèi)有強(qiáng)吸收帶；非發(fā)光，光輻射穩(wěn)定。紫外光學(xué)石英玻璃：是用氫氧焰熔化高級(jí)水晶粉料而成的光學(xué)石英玻璃，它是220-2500nm波段范圍內(nèi)良好的光學(xué)材料。其紅外透過性能同遠(yuǎn)紫外石英玻璃。
紅外光學(xué)石英玻璃JGS3
在可見和紅外光譜范圍內(nèi)透明；在2600-2800nm波段范圍內(nèi)無明顯吸收帶；
和普通硅酸鹽玻璃相比，透明石英玻璃在整個(gè)波長(zhǎng)頭優(yōu)良的透過性能。在紅外區(qū)光譜透過比普通玻璃大；在可見區(qū)，石英玻璃的透過率也是比較高的。在紫外光譜區(qū)特別是在短波紫外區(qū)，光譜透過比其他玻璃好的多。光譜透過率受三個(gè)因素影響：反射，散射和吸收。石英玻璃的反射一般為8％，紫外區(qū)大一些，紅外區(qū)小一些。所以石英玻璃的透過率一般不大于92％。石英玻璃的散射比較小，一般可以忽略。光譜吸收和石英玻璃的雜質(zhì)含量和生產(chǎn)工藝有密切的關(guān)系；在低于200鈉米波段的透過率的高低，代表金屬雜質(zhì)含量的多少；240鈉米的吸收表示缺氧結(jié)構(gòu)的多少；可見波段的吸收是由于過渡金屬離子的存在造成的，2730鈉米的吸收是羥基的吸收峰，可以用于計(jì)算羥基含量。
石英玻璃物理性能 |
表1. |
機(jī) 械 性 能 |
標(biāo) 準(zhǔn) 值 |
密度 |
2.2g/cm3 |
抗壓強(qiáng)度 |
1100Mpa |
抗彎強(qiáng)度 |
67Mpa |
抗拉強(qiáng)度 |
48Mpa |
泊松比 |
0.14～0.17 |
楊氏模量 |
72000Mpa |
剛性模量 |
31000Mpa |
莫氏硬度 |
5.5～6.5 |
表2. |
機(jī) 械 性 能 |
標(biāo) 準(zhǔn) 值 |
變形點(diǎn) |
1280℃ |
軟化點(diǎn) |
1780℃ |
退火點(diǎn) |
1250℃ |
比熱(20～350℃) |
670J/kg.℃ |
熱導(dǎo)率(20℃) |
1.4W/m.℃ |
折射率 |
1.4585 |
熱膨脹系數(shù) |
5.5×10-7cm/cm.℃ |
熱加工溫度 |
1750～2050℃ |
短期使用溫度 |
1300℃ |
長(zhǎng)期使用溫度 |
1100℃ |
表3. |
電 學(xué) 性 能 |
標(biāo) 準(zhǔn) 值 |
電阻率 |
7×107Ω.cm |
絕緣強(qiáng)度 |
250～400Kv/cm |
介電常數(shù) |
3.7～3.9 |
介電吸收系數(shù) |
<4×104 |
介電損耗系數(shù) |
<1×104 |
鋼化玻璃
鋼化玻璃它是玻璃經(jīng)過再加工處理而成一種預(yù)應(yīng)力玻璃，具有較強(qiáng)的強(qiáng)度和抗拉度，不容易破碎。隨著玻璃的繼續(xù)冷卻，表層已經(jīng)硬化停止收縮，而內(nèi)層仍在降溫收縮，直至到達(dá)室溫。這樣表層因受內(nèi)層的壓縮形成壓應(yīng)力，內(nèi)層則形成張應(yīng)力，并被永久的保留在鋼化玻璃中。由于玻璃是抗壓強(qiáng)而抗拉弱的脆性材料，當(dāng)超過抗張強(qiáng)度時(shí)玻璃即行破碎，所以內(nèi)應(yīng)力的大小及其分布形式是影響玻璃強(qiáng)度及炸裂的主要原因。
另一種情況是玻璃在可塑狀態(tài)下冷卻時(shí)，不論是加熱不均，還是冷卻不均，只要在同一塊玻璃上有溫差，就會(huì)有不同的收縮量。在降至室溫時(shí)，溫度越高的地方降溫越多，收縮量越大，玻璃也就越短。相反溫度越低的地方降溫少，收縮量也小，玻璃也就長(zhǎng)。一塊玻璃如各處長(zhǎng)短不一則勢(shì)必發(fā)生板面翹曲。這樣我們就不難理解玻璃為什么會(huì)變形以及怎樣防止變形。鋼化玻璃強(qiáng)度高，其抗壓強(qiáng)度可達(dá)125MPa以上，比普通玻璃大4～5倍；抗沖擊強(qiáng)度也很高，用鋼球法測(cè)定時(shí)，1kg的鋼球從1m高度落下，玻璃可保持完好。
浮法玻璃
浮法玻璃是用海沙、石英砂巖粉、純堿、白云石等原料，按一定比例配制，經(jīng)熔窯高溫熔融，玻璃液從池窯連續(xù)流至并浮在金屬液面上，攤成厚度均勻平整、經(jīng)火拋光的玻璃帶，冷卻硬化后脫離金屬液，再經(jīng)退火切割而成的透明五色平板玻璃。玻璃表面特別平整光滑、厚度非常均勻，光學(xué)畸變很小的特點(diǎn)。浮法玻璃按外觀質(zhì)量分為優(yōu)等品、一級(jí)品、合格品三類。按厚度分為3、4、5、6、8、10、12mm七種。
普通平板玻璃外觀質(zhì)量等級(jí)是根據(jù)波筋、氣泡、劃傷、砂粒、疙瘩、線道等缺陷多少而判定。浮法玻璃外觀質(zhì)量等級(jí)是根據(jù)光學(xué)變形、氣泡、夾雜物、劃傷、線道、霧斑等缺陷多少來判的。
浮法生產(chǎn)的成型過程是在通入保護(hù)氣體（N2及H2）的錫槽中完成的。熔融玻璃從池窯中連續(xù)流入并漂浮在相對(duì)密度大的錫液表面上，在重力和表面張力的作用下，玻璃液在錫液面上鋪開、攤平、形成上下表面平整、硬化、冷卻后被引上過渡輥臺(tái)。輥臺(tái)的輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)，把玻璃帶拉出錫槽進(jìn)入退火窯，經(jīng)退火、切裁，就得到平板玻璃產(chǎn)品。浮法與其他成型方法比較，其優(yōu)點(diǎn)是：適合于高效率制造優(yōu)質(zhì)平板玻璃，如沒有波筋、厚度均勻、上下表面平整、互相平行；生產(chǎn)線的規(guī)模不受成形方法的限制，單位產(chǎn)品的能耗低；成品利用率高；易于科學(xué)化管理和實(shí)現(xiàn)全現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，勞動(dòng)生產(chǎn)率高；連續(xù)作業(yè)周期可長(zhǎng)達(dá)幾年，有利于穩(wěn)定地生產(chǎn)；可為在線生產(chǎn)一些新品種提供適合條件，如電浮法反射玻璃、退火時(shí)噴涂膜玻璃、冷端表面處理等。
鍍膜玻璃
鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍一層或多層金屬、合金或金屬化合物薄膜，以改變玻璃的光學(xué)性能，滿足某種特定要求。
超白玻璃
超白玻璃是一種超透明低鐵玻璃，也稱低鐵玻璃、高透明玻璃。它是一種高品質(zhì)、多功能的新型高檔玻璃品種，透光率可達(dá)91.5％以上，具有晶瑩剔透、高檔典雅的特性，有玻璃家族“水晶王子”之稱。超白玻璃同時(shí)具備優(yōu)質(zhì)浮法玻璃所具有的一切可加工性能，具有優(yōu)越的物理、機(jī)械及光學(xué)性能，可像其它優(yōu)質(zhì)浮法玻璃一樣進(jìn)行各種深加工。無與倫比的優(yōu)越質(zhì)量和產(chǎn)品性能使超白玻璃擁有廣闊的應(yīng)用空間和光明的市場(chǎng)前景。
相關(guān)知識(shí)：
光學(xué)玻璃物理特性
1 :折射率（ND）
玻璃的折射率是以鈉元素的特征譜線D=589.3nm測(cè)定的，以ND表示。
2: 比重(s)
用流體靜力學(xué)稱量法測(cè)定玻璃的比重。
3: 色度值（x,y,Y）
依據(jù)國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）1931年和1964年規(guī)定的方法，測(cè)定出在A和D65標(biāo)準(zhǔn)光源照明下玻璃的色度值。
4 :熱特性
5: 當(dāng)玻璃溫度升高1℃其長(zhǎng)度相對(duì)變化率。本目錄所列膨脹系數(shù)α ，均為20℃ ~ 30℃溫度范圍內(nèi)的平均值。
6: 轉(zhuǎn)變溫度（Tg）
當(dāng)玻璃的膨賬量發(fā)生驟變時(shí)，所對(duì)應(yīng)的溫度即為試樣的轉(zhuǎn)變溫度。此溫度時(shí)玻璃的粘度近于10 13帕.秒。
7: 軟化溫度（Ts）
當(dāng)玻璃的物理性質(zhì)發(fā)生急劇變化，其膨賬量也趨近于零時(shí)的溫度，即為玻璃的軟化溫度，這時(shí)玻璃的粘度趨近于10 11帕.秒。
8:色溫變換能力（V）
色溫玻璃由升色溫和降色溫兩類玻璃玻璃組成，其變換能力以密勒德(Mired)值來表示。升色溫玻璃呈藍(lán)色，牌號(hào)為SSB，具有負(fù)密勒德值。降色溫玻璃呈琥珀色，其密勒德為正值。
色溫玻璃的序號(hào)是依據(jù)密勒德值來排列的。例如SSB130表示由3200K升至5400K,其變換能力為負(fù)130Mired值的升色溫玻璃。SJB130表示由5400K降至3200K，其變換能力為正130Mired的降色溫玻璃。
石英玻璃的折射性和色散性
石英玻璃的折射率NB=1.45845,阿貝數(shù)=67618， 特點(diǎn)是折射率低，色散率高；原料和制造方法對(duì)折射率和色散率影響不大，折射率和色散率表見下表
波長(zhǎng)（微米）/ 折射率 |
色散率 波長(zhǎng)（微米）/（DN/D波長(zhǎng)） |
0.20 1.54727 |
0.3 -2.471*10-5 |
0.25 1.50745 |
0.4 –1.102*10-5 |
0.30 1.48594 |
0.5 –0.512*10-5 |
0.34 1.47867 |
0.6 –0.350*10-5 |
0.40 1.46968 |
0.7 –0.163*10-5 |
0.48 1.46318 |
|
0.55 1.46013 |
|
0.59 1.45845 |
|
0.65 1.45640 |
|
0.70 1.45517 |
|
0.80 1.453371 |
|
0.90 1.451808 |
|
1.0 1.450473 |
|
1.30 1.446980 |
|
1.60 1.443492 |
|
2.00 1.438174 |
|
2.40 1.431730 |
|
2.80 1.423891 |
|
3.10 1.41694 |
|
3.50 1.40601 |
|
石英玻璃的膨脹系數(shù)極小，相當(dāng)于普通玻璃的1/12-1/20，透明和不透明石英玻璃分別在1200℃，1100℃作急冷急熱實(shí)驗(yàn)；不同溫度下，石英玻璃的膨脹系數(shù)見圖。在0-1000度范圍內(nèi)，石英玻璃的膨脹系數(shù)是5.4*10-7/℃；摻鈦8%的石英玻璃膨脹系數(shù)在0-200℃幾乎為零。
石英玻璃熱膨脹系數(shù)是：5.5x10-7cm/cm. ℃,是銅的1/34，是硼硅酸鹽的1/7，這一特性，使其用于光學(xué)鏡頭，高溫窗口以及要求對(duì)熱變化敏感達(dá)到最低的光學(xué)應(yīng)用。石英玻璃具有良好的抗熱沖擊性能，將1毫米厚的石英玻璃片加熱的1200度，迅速投入冷水中數(shù)次，也不會(huì)產(chǎn)生損壞。
石英玻璃的機(jī)械性能和其他玻璃相似，其強(qiáng)度取決于玻璃中的微裂紋。彈性模數(shù)，抗拉強(qiáng)度,抗折強(qiáng)度隨溫度增加而增加，1050-1200度達(dá)到最大值。推薦用戶使用的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為1.1*109Pa, 抗拉強(qiáng)度4.8*107Pa.
石英玻璃的純度
石英玻璃的純度主要取決與原料，用四氯化硅等高純?cè)仙a(chǎn)的石英玻璃純度可以達(dá)到6個(gè)九（99.9999%）,主要用于光纖的生產(chǎn)；用提純的優(yōu)質(zhì)天然石英生產(chǎn)的石英玻璃純度可以達(dá)到4個(gè)九，用于半導(dǎo)體工業(yè)；用優(yōu)質(zhì)天然石英生產(chǎn)的普通石英玻璃純度在3個(gè)九左右，用于高強(qiáng)電光源的生產(chǎn)；純度在2個(gè)九的普通石英一般用于生產(chǎn)不透明石英玻璃。
隨著對(duì)石英玻璃認(rèn)識(shí)的提高，對(duì)石英玻璃的純度有了新的理解；并不是所有的雜質(zhì)都是有害的；純度不一定是越高越好，人們有意識(shí)的加入一些雜質(zhì)，生產(chǎn)具有特殊性能的產(chǎn)品。如摻入8%左右的氧化鈦的石英玻璃具有超低膨脹的性能；摻入200PPM的氧化鈦是無嗅氧石英玻璃；鈦鈰聯(lián)合摻雜可以生產(chǎn)濾紫外石英玻璃；摻鍺，硼，磷等石英玻璃是生產(chǎn)光纖的基礎(chǔ)材料，摻鉺石英玻璃是制造光纖放大器的核心。
各種石英玻璃的純度
|
L1 |
Na |
K |
Fe |
Al |
Ca |
Mg |
Cu |
Co |
Mn |
Ni |
OH |
氣煉石英石英A |
0.55 |
1.8 |
1.5 |
0.55 |
18 |
2.6 |
0.65 |
0.25 |
0.02 |
0.05 |
0.03 |
160 |
氣煉石英玻璃B |
1.98 |
4.3 |
1.7 |
1.1 |
18 |
6.2 |
0.45 |
0.11 |
|
|
|
180 |
連熔石英玻璃A |
2.65 |
8.7 |
6.7 |
3.3 |
20 |
8.8 |
0.91 |
0.13 |
|
|
|
|
連熔石英玻璃B |
2.02 |
4.4 |
1.2 |
2.2 |
22 |
3.7 |
0.53 |
0.04 |
0.04 |
0.05 |
0.04 |
150 |
合成石英玻璃 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
﹤0.1 |
1200 |
玻璃 (glass) 玻璃是由熔融物冷卻、固化而得的非晶態(tài)固體。日常生活中應(yīng)用的玻璃大多是以SiO2為主要成分的硅酸鹽玻璃，屬Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)是硅氧四面體，通過共有頂角而互相連接，構(gòu)成不規(guī)則的三維網(wǎng)絡(luò)。除了硅酸鹽玻璃之外，還有分別以B2O3，P2O5，Al2O3，GeO2，TeO2，V2O5等為主要成分的氧化物玻璃和以硫系化合物、鹵化物為主的非氧化物玻璃，以及由某些合金快速冷卻形成的金屬玻璃。 玻 璃 (glass) 微晶玻璃(glass ceramics) 石英玻璃(silica glass) 光致變色玻璃(photochromic glass) 光學(xué)玻璃(0ptical glass) 激光玻璃(laser glass)