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玻璃的制备

/glass preparation/
条目作者卢安贤

卢安贤

最后更新 2022-01-20
浏览 357
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制备玻璃的工艺通常有两种:一是将液体或气体原料的无序状态在环境温度下保存下来;二是破坏原料晶体的有序结构,使之非晶化。因此,可以认为几乎所有物质都能借助特定的条件形成玻璃或非晶态材料。

英文名称
glass preparation
所属学科
材料科学与工程

根据前驱体物质状态,可将玻璃的制备方法分为液态制备玻璃、气态制备玻璃和固态制备玻璃3大类。

主要包括以下4种方法:①常规熔体冷却法。是工业生产和科学研究中普遍采用的方法。将玻璃配合料加热至熔化温度,使之熔化、澄清、均化而成无可见气泡的均质玻璃熔体,并在大气中冷却而固化成玻璃。②极端骤冷法。金属及强离子键物质,其熔体的黏度极小,在冷却过程中,质点极易移动而排列成晶格结构,因此采用常规冷却速度难以制得玻璃,须采用快速冷却(如早期金属玻璃的冷却速度达105~109℃/秒),使熔体的无定形状结构被快速地冷冻,或使质点因黏度增大而难以调整为晶格结构,从而制得玻璃。用该方法通常只能获得带、丝或直径为厘米级的棒状玻璃材料。③溶胶-凝胶法。以金属醇盐为前驱体,由水解反应获得溶胶,再通过缩聚反应形成凝胶,最后经高温烧结排除水分和有机物而转变成玻璃。④电解阳极氧化法。以金属或合金为阳极,采用电解方法使其表面形成非晶质氧化物薄膜。形成的薄膜可改变金属表面状态与性能,如颜色、耐蚀性、耐磨性及硬度等,进而保护金属。

主要包括以下两种方法。①物理气相沉积法(PVD)。将固体或液体材料的表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子,在基体表面沉积具有某种特殊功能的玻璃质薄膜的方法,包括真空蒸镀、阴极溅射、等离子体镀、离子镀及分子束外延等方法。②化学气相沉积法(CVD)。将金属卤化物、金属有机化合物和其他气体混合,经高温加热发生化学反应,形成固体产物沉积而成玻璃。例如,将SiCl4与O2反应,形成比表面积很大(约20米2/克)的“烟灰”,将这种“烟灰”沉积在加热至足够高温度的靶上便可烧结成无气泡的高纯SiO2玻璃。将SiH4、PH3和O2,或SiCl4、POCl3和O2混合气体以一定速率流过温度在1000℃以下的Si表面,可在Si表面生成SiO2-P2O5玻璃薄膜。

主要包括以下4种方法:①研磨。晶态固体颗粒表面层质点在剪切应力作用下,其有序排列结构被逐渐破坏,从而实现非晶化。②冲击波法。对石英、长石等结晶体用爆破法施加60吉帕冲击波可实现其非晶化,石英晶体变成密度为2.22克/厘米3、折射率为1.46的玻璃。③放射线照射法。用一定强度的中子射线照射石英晶体,可使之非晶化。④热分解法。将固态酚醛树脂和糠醇加热、炭化可制得玻璃炭。     



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