玻璃到底是什麼物質?原來這麼多年我都理解錯了

2021-01-21 製造原理

正月十五元宵節臨近

你的家鄉有沒有熱鬧的廟會呢

今天去趕廟會,一個小攤前熱鬧非凡

大人小孩都在挑挑揀揀,

究竟是什麼如此吸引人呢

擠進去一看,原來是玩玻璃球的

玻璃大家都很常見

玻璃水杯,玻璃幕牆,大落地窗等等

大家有沒有想過玻璃到底是什麼

今天就帶大家了解一下這個偉大的發明

提到玻璃,那種特殊的質感非常能夠代表現代風格,其實不然,玻璃算是人類最早得到的人造材料,早在四千多年前的兩河流域就發現了人造的璃顆粒,中國在2500年前的商代也有對玻璃的記載

玻璃的發現還是一個偶然的機會,人們發現在石灰石和石英砂上點起火堆,燃燒過火堆的灰燼裡有一些堅硬質地的結晶,利用這些結晶就製造出了第一件玻璃製品,現在的玻璃價格並不貴,也非常容易獲得,也許大多數人覺得玻璃向來都是廉價之物,而然玻璃在歷史上算是最昂貴的材料了,直到第二次工業革命,玻璃才逐步成為日常用品,在此之前,玻璃實打實的算作奢侈品。

現代玻璃製造業原料是石英砂、石灰石、長石、純鹼、硼酸等,將他們按照規定的比例倒入熔煉爐中高溫加熱到熔融狀態,直至到無氣泡的玻璃漿。

這時候玻璃還是滾燙的流體,要想讓玻璃漿變成日常使用的有形狀的固體,就要進入成型工序,將玻璃漿冷卻到一定溫度,使其具有一定的粘性和可塑性,工業上成型的方法主要是壓制和吹制,將一定量的玻璃注入到模具裡,用壓力設備進行成型,主要應用於玻璃杯和玻璃碗,玻璃瓶則是吹製成型的。

成型之後還有一道退火工序必不可少,玻璃製品在成型過程中經過了溫度和形狀的變化,在內部產生了不均勻的應力,如果不加退火直接冷卻,就會造成冷暴的現象,所謂的退火就是將成型的物品在一定溫度下保存一定時間,或者緩慢冷卻,這樣的玻璃製品才可以有一部分對外力的抗性。

大家有沒有發現一個有趣的現象,似乎很少有一種材料能像玻璃這樣,可以加熱到粘稠狀態進行塑性,而其只要保持這一溫度下,並不會變成液態,或者固態,玻璃的這一種自帶屬性,便稱作玻璃態,也顛覆了傳統的固液氣三態成為了第四態。那要解釋這一狀態的產生,就要深入到另一個層次,了解晶體與非晶體的奧秘了。

放眼看去,自然界中很多礦物都是固體,而人類現代工業下的新材料半數以上也是固體,比如金屬合金,玻璃,陶瓷,水泥,橡膠,木材等。而絕大多數的固體是晶體,只有玻璃之類的物質是非晶體。晶體與非晶體的本質差別就是非晶體不能不能自發的呈現多面體外形,微觀結構上原子排列相對無序。

另一個直觀的現象就是晶體都有自己明確的熔點溫度,比如白銀是一種金屬晶體,它的熔點是961.36攝氏度,溫度超過這個節點,白銀內部分子結構發生變化,就會化作液體狀態,而低於這個溫度則變成固態。

而玻璃只要溫度升高,就開始變得向粘稠方向發展,其內部的分子結構不發生變化,也就是說,玻璃並沒有固定熔點,只有一個狀態改變的溫度範圍。而這個範圍就賦予了玻璃在工匠手中變成一種藝術品。

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