玻璃是一種非常熟悉的陶瓷材料,包括各式容器、窗戶、鏡片和玻璃纖維等均是典型的代表性應用。如已提到過的,它們是非晶質矽酸鹽包含其他的氧化物所構成,這些氧化物包括CaO,Na2O,K2OAl2O3等,它們的含量與組成種類會影響玻璃的性質。典型的鈉灰石玻璃是由大約70wt%SiO­2及其他Na2OCaO氧化物等所組成。這些材料的兩種主要特徵是它們的光學透明度和相當容易的製造性。


(一)玻璃性質


    玻璃化或非晶形材料的固化並不同於結晶結構材料。冷卻時,玻璃會隨著溫度的降低以連續的方式變得愈來愈黏稠,且液體變態成固體時,並不像結晶材料一樣具有一個固定的溫度。事實上,對玻璃化材料而言,體積會隨溫度下降而連續地變小。


    在曲線斜率稍為降低時稱之為玻璃轉換溫度(glass transition temperature)。低於此溫度,材料可視為玻璃;高於此溫度,開始時是過冷液相最後會成為液體。


 


(二)玻璃成形


    玻璃是藉由加熱原料到超過熔點的高溫而製成,多數商業化玻璃是矽酸鹽//灰石組成的變化。矽酸鹽通常是用常見的石英砂(SiO2),而Na2OCaO用來當做鈉灰(Na2CO3)及來姆石(CaCO3)添加。


常用四種不同的成形方法包括


(1)壓製;


(2)吹製;


(3)抽絲及


(4)纖維成形。


 


(1)壓製是用於製作具厚壁的物件,如板及盤等。玻璃物件的成形是靠壓力施加於一個具有所要形狀且鍍上石墨的鑄鐵模具而產生的;模具經常須經加熱以確保均熱的表面。


(2)吹製是將玻璃原始材料靠機械壓縮在一個模子中成形的,此材料埋入吹製模具中並以吹入的空氣迫使模具確實受壓力而使之成形。


(3)抽絲是用於具有相同截面的長條形玻璃物品,如薄板、棒、管和纖維的成形。連續的玻璃纖維是以相當複雜的抽絲過程來成形。熔融玻璃預先裝在一個白金加熱室內並藉由通過裝置室內的許多小孔抽絲而成形,其中玻璃的黏度是靠裝置室及小孔的溫度來控制。


 


(三)玻璃熱處理


Ⅰ、退火(Annealing


    當玻璃材料從高溫冷卻下來,由於表面和內部區域的冷卻速率及熱收縮不同玻璃會產生內應力,又稱為熱應力。這些熱應力會弱化材料,並可能在不預期的情況下會導致破裂,此現象稱為熱震(thermal shock)。正常之下,應避免熱應力產生,可藉由足夠緩慢速率冷卻玻璃材料而達成,此稱為退火處理。


 


Ⅱ、玻璃回火(Glass Tempering


    玻璃材料的強度可藉由壓縮殘留表面應力而強化,這可藉由熱回火(thermal tempering)的熱處理程序完成之。使用此種技術時,玻璃材料須加熱到溫度高於玻璃轉換區域但低於軟化點的溫度。


 


(四)玻璃陶瓷


    大多數的無機玻璃可藉適當的高溫熱處理使非晶質狀態轉換成結晶狀態。此過程叫做去玻璃質化(devitrification),其產物為一種細晶粒的多晶材料經常稱為玻璃陶瓷(glass-ceramic),可應用於半導體材料精煉坩堝表層之製造。

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