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玻璃擁有良好的透過、透光性能,化學(xué)穩(wěn)定性較高,并且可以根據(jù)不同加工方法來獲得較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度與保溫隔熱效果,甚至能夠使玻璃自主變色,隔絕過強(qiáng)的光線,因此常用于各行各業(yè),滿足不同的需求。接下來請(qǐng)看玻璃材料的著色方法與特點(diǎn),以及普通玻璃的主要原料成分,增進(jìn)了解。
向玻璃原料中添加能夠形成著色離子、化合物膠體及金屬膠體粒子的物質(zhì),使之呈現(xiàn)不同顏色的工藝,按照著色機(jī)理可分四種類型。
①離子著色。是向玻璃料中添加鈷(Co)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、銅(Cu)等過渡元素的化合物,以離子狀態(tài)存在于玻璃中,由于它們的價(jià)電子在不同能級(jí)(基態(tài)和激發(fā)態(tài))之間躍遷,引起對(duì)可見光的選擇吸收而著色,如鈷藍(lán)、錳紫、鎳綠等顏色玻璃。
②化合物膠體粒子著色。是向含鋅(ZnO)的玻璃中添加硫或硒的化合物(如CdS、CdSe等),在玻璃中形成CdO、ZnS、ZnSe等,然后在低于退火溫度下進(jìn)行兩次熱處理,形成CdS、CdSe并生長(zhǎng)成非常大的膠體粒子,因光散射而使玻璃著色,如硒紅、鎘黃等顏色玻璃。
③金屬膠體粒子著色。是向玻璃原料中添加容易分解成金屬狀態(tài)的氧化物(如金、銀、銅等氧化物),先以離子態(tài)溶解于玻璃中,經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)變成原子態(tài)并聚集、長(zhǎng)大成膠體粒子,因光散射引起對(duì)可見光的吸收而著色,如金紅、銅紅、銀黃等顏色玻璃等。
④半導(dǎo)體著色。是向玻璃料中添加CdS、CdSe、CdTe等著色劑,在可見光區(qū)不出現(xiàn)吸收峰而呈連續(xù)的吸收區(qū),透光區(qū)和吸收區(qū)間是一條坡度很陡的分界線。與前述幾種著色機(jī)理不同,其顏色隨CdS/CdSe的比例而變化,如CdS多時(shí)接近橙色,CdSe多時(shí)呈紅色,而CdTe多時(shí)則是黑色,即它們依O2-、S2-、Se2-、Te2-的次序向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。根據(jù)半導(dǎo)體能帶理論,這些陰離子的親電勢(shì)依次變小,可依次用較低的能量(可見光附近)的光,就可以將它們的價(jià)電子激發(fā)至導(dǎo)帶(激發(fā)態(tài)),使其截短波較限進(jìn)入可見光區(qū)而導(dǎo)致玻璃著色。
普通平板玻璃是用石英砂巖粉、硅砂、鉀化石、純堿、芒硝等原料,按一定比例配制,經(jīng)熔窯高溫熔融,通過垂直引上法或平拉法、壓延法生產(chǎn)出來的透明無色的平板玻璃。
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無色平板玻璃。
相關(guān)概念
玻璃是非晶無機(jī)非金屬材料,一般是用多種無機(jī)礦物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長(zhǎng)石、純堿等)為主要原料,另外加入少量輔助原料制成的。它的主要成分為二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化學(xué)組成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等,主要成分是硅酸鹽復(fù)鹽,是一種無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。廣泛應(yīng)用于建筑物,用來隔風(fēng)透光,屬于混合物。另有混入了某些金屬的氧化物或者鹽類而顯現(xiàn)出顏色的有色玻璃,和通過物理或者化學(xué)的方法制得的鋼化玻璃等。
平板玻璃也稱白片玻璃或凈片玻璃。其化學(xué)成分一般屬于鈉鈣硅酸鹽玻璃,組成范圍是:SiO270~73%(重量,下同);Al2O30~3%;CaO6~12%;MgO0~4%;Na2O+K2O12~16%。它具有透光、透明、保溫、隔聲,耐磨、耐氣候變化等性能。平板玻璃主要物理性能指標(biāo):折射率約1.52;透光度85%以上(厚2毫米的玻璃,有色和帶涂層者除外);軟化溫度650~700°C;熱導(dǎo)率0.81~0.93瓦/(米·開);膨脹系數(shù)9~10×10-6/開;比重約2.5;抗彎強(qiáng)度16~60兆帕。
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