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玻璃
来源:中华百科图书 类别: ( 字号:   )

一队远行的商人在野外露宿,他们用几块石头垒成灶,生火做饭.在烈焰的烧烤下石头熔化了,锅里的水倒下来浇灭了火,人们只好重新生火做饭.第二天早晨,有人在浇灭的火堆里发现了透明的小球,这就是第一颗玻璃球.原来那些石头的主要成分是硅酸钠和硅酸钙,在高温下熔化后又被迅速冷却,原子还来不及结晶处于液体状态就凝固,形成了一种新的材料——玻璃.人类认识玻璃、制造玻璃已有5000 多年的历史,但要生产精美的玻璃制品很困难,因此几千年来,它一直是一种奢侈品,供少数人作为炫耀的资本.玻璃真正成为大众化的材料是从本世纪初开始的.1908年,美国人发明了平拉法,1910年,比利时人发明了有槽垂直上拉法,才使平板玻璃的生产摆脱了手工的吹制法而迅速发展.1959年,英国的皮尔金格兄弟公司花了7年时间,耗资400 万英镑,终于研制出浮法玻璃生产工艺,大大提高了生产率并且降低了生产成本.1971年,日本人研制出对辊法,又使玻璃生产大大前进了一步。

早期生产的玻璃主要是钠钙玻璃,常用作窗玻璃.这种玻璃受热不均时易破裂,不能作化学仪器.1915年美国研制出硼玻璃,把它加热到200℃后立即投入20℃的冷水中也不会破裂.因此它很快成为一种重要的化学用玻璃.用碳酸钾代替纯碱作原料生产出来的钾玻璃,熔点高,也是一种优秀的化学玻璃。

玻璃易碎,但如果在玻璃型材制成后进行特殊的淬火处理: 即把玻璃加热到600~650℃以上,用油或其他介质使玻璃骤冷,就可使玻璃的抗弯强度提高7~8 倍,这种玻璃打碎后成为小钝角形的碎粒,没有刺伤人的危验,这就是钢化玻璃,很适合作汽车等的车窗。

在一般玻璃中加入少量的澄清剂,如硝酸钠、氧化砷等,就可使玻璃更加晶莹透明,这种玻璃又叫玻晶.用它作成的器皿精美华丽,深受人们喜爱.如果在玻璃配料中加入少量金、银、铜等金属盐类作晶核,诱使玻璃形成很小的晶胞,就可获得晶体颗粒在0.05~1 微米(1 微米=1×10-6 米)的微晶玻璃.它晶格致密,强度高,抗弯强度是普通玻璃的7~12 倍.微晶玻璃耐高温性能好,在1300℃时才会软化;耐热冲击,在900℃时投入冷水中也不会破裂;耐磨、耐腐蚀并且能透过微波用作导弹的雷达罩,也可用于生产特殊轴承。

在微晶玻璃中加入感光金属盐类,就制成光敏微晶玻璃.它具有跟照相底片一样的功能,一经加热就会显示出图像来.这种玻璃在光刻、光蚀技术以及集成电路生产中非常有用。

玻璃晶莹透明,是生产光学仪器的重要材料.13 世纪时,威尼斯人用玻璃制成了眼镜,16 世纪时,人们又发明了望远镜和显微镜,光学玻璃的高性能是这些仪器发挥作用的关键.1886年,德国科学家阿贝和肖特系统地研究了氧化钡、硼酸盐等对玻璃性能的影响,研制出高性能的光学玻璃,在生产和生活中得到了广泛应用.随着光学和化学的发展,人们又研制出性能更高,用途更广的光学玻璃.如在原子能工业中,在作为观察窗和观察镜的玻璃中就加入硼和镉的氧化物以吸收中子流,加入氧化钡、氧化铝以吸收γ射线.有色玻璃是一种常见的光学玻璃.古代人凭经验开始少量研制,到了20 世纪,光学的发展揭开了有色玻璃滤色的机理,人们据此制成了各种光色玻璃,具有选择某些特定光线的能力.例如: 为了保护珍贵书籍,应当避免紫外线的长期照射,人们采用含有氧化铬、氧化钒的玻璃作图书馆的窗玻璃,就可阻止紫外线进入书库.近年来人们根据光色互变原理制成了变色玻璃,它是在玻璃中加入卤化银并经适当热处理,使卤化银部分沉淀为微晶,当强光照射时,卤化银分解为卤素和银,使玻璃变暗,减少光线透过;当无光照时,卤素与银又结合为卤化银,形成无色晶体.这种变色玻璃作成变色眼镜和汽车前窗玻璃,对保护视力很有好处.最近人们又研制成功了单透玻璃,它只允许光线单向通过,从玻璃一侧看过去,一切清晰;而从另一侧看过来,则什么也看不见,这种玻璃作汽车车窗和办公楼窗户都很棒。

玻璃纤维是20 世纪30年代问世的新产品.用先进的技术把熔化的玻璃拉成细丝,就成为玻璃纤维.随着技术水平的提高,玻璃丝越拉越细,已超过羊毛和棉纱,从此玻璃制品告别了脆性而成为抗拉强度很高的纤维.用玻璃纤维制成的绳子、缆等比钢绳轻,在建筑、航海上有广泛用途;用玻璃纤维制成的布,既耐高温又不怕腐蚀,并且具有绝缘隔热性能,因而在电机、化工、冶金、交通、国防等部门都受到青睐。

光导纤维也是一种玻璃纤维,它用一种折射率较高的玻璃作芯子,用另一种折射率较低的玻璃作包皮,套制而成.由于玻璃的光学特性,光可以通过光导纤维向远方传递,就像电线传递电信号一样.光导纤维愈细愈纯,在传输中光能的损耗就愈少.光导纤维传递信号的能力很大,一根比头发丝还细的光导纤维能传递上千路电话;光缆根本不受电杂音干扰,可以和电线捆在一起而不失真,并且重量轻,占地少,特别适合作高效的通讯交流使用.光纤通讯技术将是通讯史上的一次重大变革,目前各国都在努力研究。

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