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玻璃的基本認識

發言人:小凱



玻璃是一種透明,不透氣,並具一定硬度的物料。玻璃在日常環境中呈化學惰性,亦不會與生物起作用。


玻璃一般不溶於酸(例外:氫氟酸與玻璃反應生成SiF4,從而導致玻璃的腐蝕);但溶於強鹼,例如氫氧化銫


玻璃是一種無定形體。熔解的玻璃迅速冷卻,各分子因沒有足夠時間形成晶體而形成玻璃。


玻璃在中國古代亦稱琉璃,日語漢字以硝子代表。



玻璃可以造成不同的形狀和顏色。這是以玻璃製成的藝術品


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成份


普通玻璃的成分主要是二氧化矽(SiO2,即石英的主要成分)。而純矽土熔點為攝氏2000度,因此製造玻璃


時一般會加入碳酸鈉(Sodium Carbonate,Na2CO3 ,即蘇打粉)與碳酸鉀(Potash,K,2CO3鉀鹼),這


樣矽土熔點將降至攝氏1000度左右。但是碳酸鈉會使玻璃溶於中,因此通常還要加入適量的氧化鈣(CaO)使玻璃不溶於水。


可見光透明是玻璃最大的特點,一般的玻璃因為製造時加進了碳酸鈉,所以對波長短於400nm紫外線並不透明。


如果要讓紫外線穿透,玻璃必須以純正的二氧化矽製造,這種玻璃成本較高,一般被稱為石英玻璃。純玻璃


紅外線亦是透明的,可以造成數公里長,作通訊用途的玻璃纖維


常見的玻璃通常亦會加入其他成份。 例如看起來十分閃爍曜眼的水晶玻璃(Lead glass,又稱鉛玻璃)是在玻璃


內加入,令玻璃的折射係數增加,產生更為眩目的折射。 至於派熱克斯玻璃(Pyrex),則是加入了,以


改變玻璃的熱及電性質。 加入亦可增加折射指數。 製造光學鏡頭的玻璃則是加入氧化物來大幅增加折射指數。


 倘若要玻璃吸收紅外線則可以加入鐵,放映機內便有這種隔熱的玻璃。 玻璃加入則會吸收紫外線。


在玻璃中加入各種金屬和金屬氧化物亦可以改變玻璃的顏色。例如少量可以改變玻璃內因鐵造成的淡綠色,


多一點錳則可以造成淡紫色的玻璃。亦有類似的效果。少量可以造成藍色的玻璃。的氧化物及氧化物


可造成不透明的白色玻璃,這種玻璃好像是白色的陶瓷。銅的氧化物會造成青綠色的玻璃。以金屬銅則會造成


深紅色、不透明的玻璃,看起來好像是紅寶石可以造成藍色、深紫色、甚至是黑色的玻璃。則可以造成棕黃色。


微量的(約0.001%)造成的玻璃是非常鮮明,像是紅寶石的顏色。(0.1%至2%)造成的玻璃是螢火黃或綠色。


化合物可以造成橙色至黃色的玻璃。改變玻璃的溫度亦會改變這些化合物造成的顏色,但當中的化學原理相當


複雜,至今仍然未被完全明解。


有時在火山溶岩中會出現天然的玻璃,稱黑曜石火山玻璃。黑曜石可以用來造成簡單的尖刀。


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玻璃種類


浮法玻璃/退火玻璃


世上大約90%的平面玻璃都是使用1950年代皮爾金頓玻璃公司(Pilkington)的阿士達·皮爾金頓爵士發明的「浮法玻璃」製成。


這種玻璃亦稱退火玻璃,方法是把玻璃溶液倒進一缸溶解的內,玻璃浮上錫面後自然形成兩邊平滑的表面,慢慢


冷卻及成長帶狀離開錫缸。之後經過火打磨便成為接近完全平的玻璃。通常玻璃會以標準的厚度生產,分為2、3、4、5、6、8、10、12、15、19和22毫米。


把普通退火玻璃用在建築上會構成潛在危險,因為當這種玻璃破裂時,會成為大塊鋒利的碎片,可以造成嚴重的人員傷亡。


多數地方的建築條例會禁止在玻璃可能被打破的地方使用普通退火玻璃。例如:浴室、玻璃門、落地式玻璃窗、走火通道等等都不可使用這種玻璃。


在浮法玻璃發明以前,退火玻璃亦會以吹、捲壓法生產。這些方法很難製成全平的玻璃,除非加以成本很高的機械打磨。



古老的平面玻璃很少是全平的


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強化玻璃


強化玻璃淬火玻璃鋼化玻璃(Tempered Glass)是由退火玻璃經熱處理而成。退火玻璃先被切割成所需的大小,


打磨好邊緣或鑽好洞,然後進行強化處理。玻璃被放在滾筒桌上,推入超過退火溫度攝氏600度的焗爐,然後以空氣迅速冷卻。


玻璃表面被冷卻至退火溫度以下,快速硬化及收縮;而玻璃內部則在短時間內仍作流動。當玻璃內部收縮,會在表面造成壓應力,玻璃外部則成張應力。


一般強化玻璃比退火玻璃強四至六倍。原因是玻璃表面的輕微裂痕都會被應力所緊壓,而內層可能出現裂痕的可能性亦較低。


但是強化玻璃亦有缺點。因為玻璃內的應力需要平衡,所以如果強化玻璃上出現任何損壞或裂痕,整塊玻璃都會碎成指甲大小,


沒有尖角的碎片。所以強化玻璃要在進行強化處理前事先切割及打磨。而且與退火玻璃相比,強化玻璃的硬度較低,較容易被刮花。


強化玻璃在建築上的用途甚多,很多無框組件如玻璃門,玻璃幕場等都經常使用強化破璃。需要負重的玻璃亦會採用強化玻璃。


強化玻璃碎裂時形成的碎片細小及呈圓型,令人受傷的機會較少。故此被視為安全玻璃之一。


但是強化玻璃在受撞擊時,會有可能出現突然爆裂,所以強化玻璃不適用於某些場合下。


強化玻璃在數百年前已被發現,但當時並不知道其原理。十七世紀時,英國魯伯特王子把熔解的玻璃液滴進水內造成玻璃珠。


這種淚滴形的玻璃非常堅硬,就算以槌敲打也不會破碎。但是只要把玻璃滴尾部弄破,它便會突然爆碎成粉末。


這種玩意還被帶到朝庭上,用來戲弄人,稱為「魯伯特水滴」(Rupert's drop)。



強化玻璃被擊碎後只會形成小顆粒,而不是尖銳的大塊碎片


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夾層玻璃(膠合玻璃)


夾層玻璃是1903年法國化學家愛德華·班尼迪克特斯(Edouard Benedictus)發明。他在做實驗的時候無意在玻璃瓶內


鋪上一層硝化纖維素(Cellulose nitrate),之後發現玻璃瓶跌在地上時裂而不破。他想把有塑膠夾層的玻璃應用在汽車的擋風玻璃上,


以減少汽車意外所造成的傷亡。最初汽車生產對他的發明不太感興趣,最先使用這種發明的反而是第一次世界大戰


所生產的防毒面具。到了1936年改良使用聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl butyral, PVB)作為夾層後,夾層玻璃才在汽車


上大行其道,之後更成為政府強制的安全標準。


現代的夾層玻璃是以兩層或更多層的普通退火玻璃造成,中間的夾層多數仍是PVB。把PVB 放在兩層玻璃之間,加熱至攝氏70度左右,


然後以滾軸把中間的空氣壓出,讓PVB把兩層玻璃緊黏在一起。一般的夾層玻璃是以兩層3毫米的玻璃,中間夾上0.38毫米的夾層。


總厚度為6.38毫米。亦可以用更多層、更厚的玻璃來增加強度。例如防彈玻璃即是用多層厚的玻璃夾成,總厚度可達50毫米。


當夾層玻璃上的玻璃被碎裂時,夾層仍然會把兩層玻璃黏著,避免整塊玻璃碎成可以傷人的碎片。夾層玻璃亦被稱為「安全玻璃」或「膠合玻璃」。


夾層玻璃中間的PVB層亦令玻璃的隔音效果增加,且可阻隔99%以上的紫外線。


汽車的擋風玻璃都是夾層玻璃。但車上大部分其他的玻璃,例如側面及後面的玻璃則是強化玻璃。如果留心看,便會發現


汽車的擋風玻璃遇碰撞後只會裂而不破。其他玻璃則會碎成小粒。


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調光玻璃


調光玻璃也叫電控液晶玻璃。當關閉電源時,玻璃里液晶分子會呈現不規則散布狀態,使光線無法射入;通電後,


裡面的液晶分子呈現整齊排列,光線可以自由穿透,此時電控液晶玻璃呈現透明狀態。由於製造成本居高不下,目前大多


應用於高檔場所及各類隱私保護領域,少部份頂級轎車,如MaybachLexus使用調光玻璃做為天窗



機場用的調光玻璃


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自潔玻璃


主要應用在建築物和汽車上。玻璃外層會塗上約50奈米厚的氧化物,在紫外光下會催化玻璃上的有機物分解。


這可以把分解的有機物沖走且不留水跡,達到自潔效果。


鐳射玻璃


也稱「全息玻璃」或「雷射玻璃」,這種玻璃是把雷射全息圖樣與玻璃相結合。這是應用於家居設計。


 夜光玻璃


夜光玻璃可在夜裡產生獨特的熒光效果。在夜晚可起到指引方向或充當光源的作用。這用於室內設計。


圖文資料/維基百科





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  • 發言人:黃文謙

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    發言人:陳雅婷

     


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    發言人:張秀迪

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    發言人:愛琳

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    發言人:林文辛

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    發言人:黃俊達

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