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全面专业讲解玻璃分类与用途
2020-04-07 09:30作者: 来源:矿材网 1491
前言
 
对石英、钾钠石、白云石和石灰石等玻璃原材料矿山和加工厂来说,玻璃是最主要下游客户,但玻璃分类和用途却并不是十分清楚,或是了解粗浅,不全面,不专业,对提高原材料附加值不利。中国建材国际工程有限公司蚌埠玻璃工业设计研究院徐美君文章全面专业对玻璃分类和用途做了阐述,值得学习收藏。

玻璃
 
玻璃不仅是一种透明材料,且具有独特的透明性,在我们生活中各种不同领域发挥着重要的作用。它功能丰富,无论是用于居室或建筑设计,还是用于工业、军事、国防科研、能源生产、生态环境、现代通讯技术,其他材料都不能像玻璃这样用途广泛。目前在国际上,对玻璃与玻璃制品改变了过去的分类方法,基本上可分为传统玻璃和新玻璃两大类。

一、传统玻璃
 
传统玻璃是指与传统产业相对应的玻璃材料和产品,主要包括平板和日用玻璃2大类。

1.平板玻璃
 
平板玻璃是指其厚度远远小于其长度和宽度、上下表面平行的板状玻璃制品,其产量和用途在各种玻璃制品中占有很重要的地位。国际上,人们对平板玻璃一般按其厚度、成形、加工方法、功能及用途等5种方式进行分类。
 
(1)按成形分类
 
浮法玻璃、大平拉法(也称格法)玻、小平拉法玻璃、垂直有槽引上法玻璃、垂直无槽引上法玻璃、旭法有槽引上玻璃、压延法玻璃。
 
(2)按厚度分类
 
普通平板玻璃 (4-8mm)、薄玻璃 (1.5-3mm)、超薄玻璃( 1.5-0.lmm )、极超薄玻璃(0.1 mm)、厚玻璃 (8-12mm)、超厚玻璃 (12-19mm)、特厚玻璃 (19-30mm)。
 
(3)按加工分类
 
原片玻璃,也称一次直接成形的平板玻璃;深加工玻璃,也称二次加工玻璃。
 
(4)按色泽分类
 
无色平板玻璃 、彩色平板玻璃、乳白平板玻璃、彩色乳浊平板玻璃。
 
(5)按功能分类
 
普通平板玻璃(采光、挡风和保温)、高强玻璃、吸热玻璃、隔热玻璃、热反射玻璃、低辐射 (Low-E) 玻璃、吸红外或透红外玻璃、可见光选择吸收玻璃、吸收微波玻璃       、吸收
 
X射线或吸收Y射线玻璃、隔音玻璃、防火玻璃、防盗玻璃、导电玻璃、电磁辐射屏蔽玻璃、自洁玻璃、光致变色玻璃、热敏变色玻璃、发光玻璃、智能玻璃等。
 
(6)按用途分类
 
建筑门窗玻璃、玻璃幕墙、玻璃镜、安全玻璃(钢化、夹层、夹丝玻璃)、防火玻璃、防盗玻璃、风挡玻璃(汽车、飞机、舰艇上用于风挡)、舷窗玻璃(交通运输工具、航天航空飞行器上的舷窗)、显示基片玻璃(液晶显示器LCD、等离子体显示器、PDP、电致发光显示器ELD、 场致发光显示器FED ) 制版用玻璃( 照相制版、精密刻度、全息摄影 、光谱显微照相 、空间精密技术)、集成电路基片玻璃 、磁盘与光盘基片玻璃、太阳能电池基片与盖板、仪表与钟表的表蒙玻璃、灯饰玻璃、滤光玻璃以及各种装饰玻璃。

平板玻璃

2.日用玻璃
 
主要包含有瓶罐玻璃、器皿玻璃、仪器玻璃、光学玻璃、电子玻璃与电真空玻璃、玻璃纤维与玻璃棉、玻璃复合材料等。
 
2.1瓶罐玻璃

瓶罐玻璃

作为定量包装和盛装各种液体及固体状物品所用的玻璃容器统称为玻璃瓶罐。玻璃瓶罐被广泛地用于食品、酒类、饮料和医药等方面,它们大都是用钠钙玻璃制成的。瓶罐玻璃品种繁多,一般可按形状、成形方法和功能等进行分类 。
 
⑴按形状分类
 
圆形、椭圆形、方形、异形瓶(其他形状) 。其中按瓶口分类:小口瓶瓶口内 径小 于30mm,用来盛装流体产品,大口瓶(广口瓶)瓶口内径大于30mm, 用来盛装半流体和固体产品。
 
⑵按成形方法分类
 
吹制、压一吹、压制和管制瓶(先将玻璃拉成玻璃管,再加工成瓶,如容量小的青霉素瓶、药片瓶等)。
 
2.2器皿玻璃

器皿玻璃
 
器皿玻璃与容器玻璃相似,也有广义与狭义两种定义,广义的器皿玻璃为日用器皿、装饰品和艺术品等玻璃的总称;狭义的器皿玻璃指盛装食品和饮料的玻璃用具, 如杯、碟.、盘、碗等 。国外有些文献中将器皿玻璃归纳在容器玻璃范围内。
 
器皿玻璃品种繁多,各种不同用途的器皿,对玻璃性能的要求也不同。按玻璃化学组成可分为普通器皿玻璃、晶质玻璃、颜色玻璃和乳浊玻璃等;按成形工艺分为吹制、压制和窑玻璃等。器皿玻璃品种一般按用途来分类,也可按功能与制造方法分类。按用途分类:
 
⑴玻璃酒具(各种高脚酒杯、无脚酒杯、甜酒杯、长颈带塞酒杯、威士忌酒杯);
 
⑵玻璃水具( 水杯 、细颈带塞水瓶、带柄、带嘴大水罐、冰桶、饮料杯等);
 
⑶玻璃餐具(碟、缸、盘 、 高脚盘、色拉盘、碗、调味品瓶与器皿等);
 
⑷玻璃炊具(可以用明火、电热和微波加热的器皿、如平底煎锅、蒸锅(蒸煮深锅)、烧锅、烤盘、烤碟、咖啡壶、咖啡杯与碟、各种类型炒锅和蒸煮锅、电磁炉面板 、煤气灶和液化气灶面板、厨房料理台面板);
 
⑸玻璃杂件(烟灰缸、化妆品用器皿、储物器皿等)。
 
2.3仪器玻璃
 
仪器玻璃指用于制造化学、生物和实验室器皿、管材和装置的玻璃,仪器玻璃早已广泛应用于科研、文化教育、化工、医药卫生及其他工业生产方面。此外在宇航、光电子、激光、半导体、超导体、生物工程、核工程等高新技术领域, 各种仪器玻璃也得到普遍应用。仪器玻璃之所以能得到广泛应用,是由于其能耐化学试剂的侵蚀,还能做加热容器,而且是透明的,便于观察化学反应的进行情况和控制反应条件。
 
目前,仪器玻璃已由实验室的小型仪器玻璃发展到大规模工业装置,如各种反应塔、吸收塔、分熘塔、浓缩塔、热交换器、反应槽、蒸煮锅、耐酸泵等,也可用仪器玻璃作深水潜水球窥视窗、水柱计、太阳能发电装置、太阳能热水器、微电子和光电子器件基板、绝缘材料以及防火玻璃等。玻璃仪器的种类很多,通常按照玻璃性质、仪器用途、工艺条件来分类。国外一些仪器玻璃标准中,通常按性能分为几种类型,性能分类的标准主要考虑热膨胀系数、热稳定性和化学稳定性。
 
2.4光学玻璃
 
光学玻璃主要用作光学系统中的透镜和棱镜,用于像的传递。光学系统存在着色差、球面像差、像面弯曲、畸变等像差。为了使这些像差降低到一定范围,人们可使用具有不同折射率和色散的光学玻璃。
 
2.5电子玻璃

电子玻璃

用于各类通信、计算机、数字电视、新型显示器件、新型元器件、新型电光源等电子信息的电子玻璃是电子信息产品的极其重要的基础材料之一,电子玻璃的分类范围主要包括如下:
 
⑴黑白显像管(含黑白显示管)玻壳、彩色显像管(含彩色显示管)玻壳;
 
⑵显像管用电子玻璃组件(玻壳用管颈管、芯、柱用玻管、排气管、彩管用低玻粉及支架玻焊);
 
⑶显示器件用玻璃 ( LCD用超薄玻璃、ITO导电玻璃、PDP用玻璃屏 、VFD用玻盖、 排气管等);
 
⑷电光源用玻璃(新型电光源用拉管、太阳能 集热管式玻管;
 
⑸真空电器件用玻璃(真空开关管用玻壳 等);
 
⑹背投式投影管用玻壳。
 
2.6玻璃纤维

玻璃纤维

玻璃脆性很大,但是将融熔态玻璃以极快的速度拉制成纤维,就具有一定的柔韧性,可纺织成纱或各种形式的玻璃布。
 
玻璃纤维的性能特点有:一是抗拉强度很高。纤维越细, 强度越高;二是耐热性低。250 ℃以上开始软化,不宜用来增强金属基复合材料;三是化学稳定性高。除氢氛酸和浓碱等少数介质外,对绝大多数化学介质都有较好的稳定性;四是脆性较大。伸长率只有3%左右, 表面光滑, 不易与基体结合, 需经表面处理来提高与基体的结合力。玻璃纤维是第一代纤维增强塑料。这种材料耐火、耐腐蚀、易于清洗,不易变形。制造方法是把玻璃放入炉内加热熔化,从炉底的微孔中流出,拉成长丝,然后捻为较粗的股线。第二次世界大战以后,玻璃纤维得到广泛应用。玻璃纤维可用于制造防火织物和工业用的过滤器 , 还可制成粗衬 , 用来加固做船壳及汽车车身用的塑料。这种加固的塑料材料称为玻璃纤维增强塑料 , 又称玻璃钢 。
 
2.7玻璃棉

玻璃棉

玻璃纤维还可以制造松软的玻璃棉,玻璃从熔炉流出时,用空气或其他气体把短玻璃丝吹松,就制成玻璃棉 ,可用作隔热材料。玻璃纤维材料主要有无 碱玻 璃 (E- 玻璃 )、中碱玻 璃 (C-玻)、高碱玻璃 (A- 玻璃)、高强度玻璃 (S-玻璃)及高模措玻璃 ( M -玻璃)等。E -玻璃纤维是一种铝硐硅酸盐玻璃,纤维纺成直径为0.0005 ~ 0.003 cm的单股玻璃丝, 合股后可做成许多形式的增强材料。E-玻璃纤维的抗拉强度高,吸水性较好,是树脂基体的理想增强材料,它也是优异的电绝缘材料。S-玻璃纤维是一种特制的抗拉强度极高的硅酸铝-镁玻璃纤维 , 弹性模量比 E -玻璃高。主要用来增强高性能复合材料,在航天工业上,制作火箭发动机的壳体,在航空工业中制作飞机螺旋桨叶、起落架和雷达罩,还可制作火箭筒壳体和各种高压容器等。
 
2.8玻璃纤维复合材料
 
复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求,需要由两种或两种以上的材料复合在一起 , 组成另一种能满足人们要求的材料 , 即复合材料。例如, 单一种玻璃纤维,虽然强度很高,但纤维间是松散的, 只能承受拉力,不能承受弯曲、剪切和压应力,也不易做成固定的几何形状,是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起,可以做成各种具有固定形状的坚硬制品,既能承受拉应力,又可承受弯曲、 压缩和剪切应力 。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材, 又含有玻璃组分, 也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀 、电绝缘、隔热等性能,像玻璃那样,历史上形成了这个通俗易懂的名称"玻璃钢",这个名词由建材系统扩至全国,现在仍被普遍采用。

二、新玻璃
 
新玻璃是指与新经济相对应的玻璃材料与产品,新玻璃包括:
 
1.光电子信息玻璃材料( 如非线性光学玻璃、发光玻璃、红外光纤、激光玻璃、光电功能玻璃、声光功能玻璃、磁光玻璃、玻璃磁盘、光记录基片玻璃、光掩模用玻璃等);
 
2.生物与医用玻璃材料( 微生物载体—微孔玻璃、硬组织相容材料—人造骨与种植牙、药物传递材料等);
 
3.能源玻璃材料( 太阳能光电池复合玻璃板、玻璃薄膜电池)、智能玻璃材料(智能玻璃窗);
 
4.生态环境材料(光催化降解自洁玻璃、环境净化用玻璃材料、抗菌玻璃材料、森林功能玻璃材料、吸收噪音玻璃);
 
5.纳米相玻璃材料( 零维的原子团簇和纳米微粒、一维调制纳米多层膜、二维调制的纳米颗粒膜涂层和三维调制的纳米相玻璃材料)等。
 
另外,新玻璃材料中不少采用与传统玻璃不同的非氧化物成分系统,如氮氧化物、硫系化合物、卤化物、硫系化合物一卤化物系统、过渡元素与稀土元素等,以满足其特殊性质的要求。
 
国际文献中所指新玻璃,又称为特种玻璃(或新型功能玻璃和特种功能玻璃)。它是指通过选择化学组成、热处理、制造方法而制得的具有多种功能的玻璃。也就是指通过光、电、磁、热、化学、生化等作用后具有特定功能的玻璃。新玻璃是高技术密集型、知识密集型的材料,其形态除了无定形固体外,还有超薄形、特厚形、粒状形、圆球形、异形、鳞片形、螺旋形及多结晶体等展现在人类面前。其应用领域正在日趋扩大。从制造方法看,以往只是采用在普通大气中熔融,而当今的新玻璃采用了浮法化学气相沉积法(CVD)、气氛熔融溶凝法、锡液漂浮法、蒸气法、气垫漂浮法、真空蒸镀法及磁控溅射法等新的制造方法。
 
从功能方面来看,除了化学功能玻璃外,还有电磁功能玻璃、机械功能玻璃、化学及生物化学功能玻璃、生物功能玻璃和种类繁多应用领域的新玻璃。新玻璃按照其成分、性质、功能和制备与传统玻璃工艺上有很大区别。
 
国际新玻璃范畴包括光—电子信息玻璃材料(如非线性光学玻璃、发光玻璃、红外光纤、激光玻璃、光电功能玻璃、声光功能玻璃、磁光玻璃、玻璃磁盘、光记录基片玻璃、光掩模用玻璃等)、生物与医用玻璃材料(微生物载体—微孔玻璃、硬组织相容材料—人造骨与种植牙、药物传递材料等)、能源玻璃材料(太阳能光电池复合玻璃板、玻璃薄膜电池)、智能玻璃材料(智能玻璃窗)、生态环境材料(光催化降解自洁玻璃、环境净化用玻璃材料、抗菌玻璃材料、森林功能玻璃材料、吸收噪音玻璃)以及纳米相玻璃材料(零维的原子团簇和纳米微粒、一维调制纳米多层膜、二维调制的纳米颗粒膜涂层和三维调制的纳米相玻璃等)。
 
2.1光电子信息玻璃材料
 
光电子信息玻璃材料在当今国际新玻璃范畴包括面十分广泛,它是用于信息技术的材料和元件。主要有如下品种:
 
(1)信息处理用玻璃如掺杂半导体量子阱、量子线和量子点玻璃材料等。
 
(2)信息传递用玻璃如石英玻璃光纤、氟化物玻璃光纤、硫化物玻璃光纤、掺杂稀土元素玻璃光纤放大器等。
 
(3)信息存储用玻璃如掺锗与非掺锗玻璃光纤栅、硫系玻璃储存薄膜、磁盘和光盘玻璃基板。
 
(4)信息显示用玻璃如等离子显示器(PDP)用基板个低熔点玻璃、液晶显示器(LCD)用玻璃基板、阴极射线管(CRT)用玻璃屏和锥等。
 
(5)信息传感器用玻璃如声光玻璃、磁光玻璃、电光玻璃等。
 
(6)非线性光学玻璃如半导体掺杂与金属微粒掺杂非线性光学玻璃等。
 
(7)激光玻璃如固体激光器玻璃、纤维激光器和放大器玻璃。
 
另外还包括有CD玻 璃 ( 玻 璃 光 盘 )、HDMD(PC用玻璃磁盘)、STN(超扭曲向列型)液晶显示器玻璃、TFT薄膜液晶显示器玻璃、PDP等离子显示板、ELD场致发光显示板、VFD真空荧光显示板、TCD热致变色调光玻璃、DPS微粒子分极配向玻璃、BM彩色滤光玻璃。
 
2.2 生物与医用玻璃
 
生物玻璃为能代替人的牙齿、骨头等直接人体骨的“生物用玻璃”及酶、微生物等的载体和组织培养等仿生工艺用的“生物工程用玻璃”。生物用玻璃中有无视生物存在的“生物不活性”材料和生物自然适应的“生物活性”材料。前者为碳素、氧化铝、氮化硅等,这些多为精密陶瓷。后者有钙,含磷酸的玻璃或结晶化玻璃,氢氧化磷灰石等。其中氢氧化磷灰石是和生物的自然骨同样成分(无机物)的精密陶瓷。因此在将陶瓷与玻璃分离时,作为生物玻璃主要是后者。另外,用于生物时,除要求化学稳定性外,还要求含有磷酸和钙、生物活性及相当高的强度。结晶玻璃正适合于这些要求。生物用结晶玻璃的原料构成是磷酸钙,为了玻璃化要熔融高纯度的硅石,制成玻璃后要在一定条件下再加热,使之结晶。另外,为了增强韧性,结晶形状要向单方向发展。现在已开发了“单向结晶玻璃”。但是这些生物玻璃的开发与生物陶瓷存在竞争。以上述单向性结晶玻璃的开发作为一个开端,今后将以成形和加工为重点,进一步加快增加强度和韧性方面实用化的研究。可以认为,天然骨是在骨胶原纤维上不溶性磷酸钙的沉淀物,但作为与此类似的人工骨、人工牙用材料有含氧化钙和氧化磷的生物玻璃。
 
生物玻璃(指生物工程和生物医用材料):
 
(1)生物载体玻璃如酶载体微孔玻璃、生物芯片玻璃。
 
(2)基因传感器载片玻璃如DNA传感器用玻璃光纤。
 
(3)疾病治疗玻璃如耙向释放药物玻璃、耙向放射线玻璃、磁控加温玻璃、均可治疗不同癌症。
 
(4)硬组织修复与骨组织工程玻璃如含羟基磷灰石主晶相的微晶玻璃、以磷灰石和云母为主晶相的可切削微晶玻璃,用于人造骨和人工关节。羟基磷灰石玻璃涂层用于改善金属人工器官与人体组织的生物相容性。
 
(5)口腔玻璃如铸造微晶玻璃、玻璃浸渗氧化铝烤瓷用于牙科烤瓷材料,玻璃离子水泥和树脂改性玻璃离子水泥用于牙科填充材料,可切割微晶玻璃用作口腔植入材料。
 
(6)缓释降解玻璃如玻璃缓释肥料、玻璃缓释饲料。
 
2.3 能源玻璃
 
能源和新能源用玻璃,是指将传统的能源转变为新能源材料,以合理利用资源,提高储能和能源转化效率,降低成本,减少环境污染。
 
(1)固体燃料电池,如玻璃体快离子导体等。
 
(2)太阳能电池,如非晶态硅太阳能电池的玻璃基板,太阳能光电池复合玻璃幕墙等。
 
(3)太阳能集热器,如集热器中所用各种规格耐热玻璃管等。
 
2.4 生态环境玻璃材料
 
(1)抗菌玻璃
 
抗菌玻璃的特点是在平板玻璃的表面镀制一层抗菌功能膜。因此,凡是能够和应该使用玻璃的地方,都可以使用抗菌玻璃,如医疗业、医药业、食品业、家电业、学校、车船等地方及行业。
 
(2)自洁玻璃
 
在玻璃表面镀一层TiO2纳米膜,在紫外线照射下可把污物分解,不用擦洗玻璃也能长期洁净。这种玻璃的制作方式主要有以下几种:一是在常温常压下涂镀一层有机钛膜;二是采用工艺较成熟的凝胶—溶胶镀膜工艺;三是浮法在线化学气相沉积法(CVD)。目前国内前两种工艺已基本成熟,并有部分产品面世,从国外发展趋势来看,采用在线CVD法生产自洁净玻璃,很有发展前景。这种不用擦洗的自洁玻璃属生态环保型“绿色玻璃”。当这种被称之为“光触媒”的二氧化钛(TiO2)光催化剂膜遇到太阳光或荧光灯、紫外线照射后,在外界光的激发状态下会使附着在表面的有机物、污染物变为氧化碳和水,且自动消除。目前它已被广泛用于盖板玻璃、汽车玻璃、高档玻璃镜以及高级建筑物的玻璃幕墙装饰玻璃。
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