第一节 概述1．物质的玻璃态自然界中，物质存在着三种聚集状态，即气态，液态和固态固态物质又有两种不同的形式存在，即晶体和非晶体（无定形态）玻璃态属于无定形态，其机械性质类似于固体，是具有一定透明度的脆性材料，破碎时往往有贝壳状断面但从微观结构看，玻璃态物质中的质点呈近程有序，远程无序，因而又有些象液体从状态的角度理解，玻璃是一种介于固体和液体之间的聚集状态对于“玻璃”的定义，二十世纪四十年代以来曾有过几种不同的表述1945年，美国材料试验学会将玻璃定义为“熔化后，冷却到固化状态而没有析晶的无机产物”也有将玻璃定义扩展为“物质（包括有机物，无机物）经过熔融，在降温冷却过程中因粘度增加而形成的具有固体机械性质的无定形物体”我国的技术词典中把“玻璃态”定义为；从熔体冷却，在室温下还保持熔体结构的固体物质状态其实，在上世纪八十年代，有人提出上述定义‘是多余的限制’因为，无机物可以形成玻璃，有机物也可以形成玻璃，显然早期的表述并不合适另外，经过熔融可以形成玻璃，不经过熔融也可以形成玻璃，例如，经过气相沉积，溅射可得到非晶态材料，采用溶胶-凝胶法也可以得到非晶态材料，可见后期的表述也并不妥当。
现代科学技术的发展已使玻璃的含义有了很大的扩展因此，有人把具有下述四个通性的物质不论其化学性质如何，均称为玻璃这四个通性是； （1）各相同性玻璃的物理性质，如热膨胀系数，导热系数，导电性，折射率等在各个方向都是一致的表明物质内部质点的随机分布和宏观的均匀状态 （2）介稳性熔体冷却成玻璃体时并没有处于能量最低的状态，仍然有自发转变为晶体的倾向，因而，从热力学的观点看，处于介稳状态但常温下玻璃的粘度非常大，自发转变为晶体的速度非常慢，所以，从动力学的观点看，它又是非常稳定的 （3）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性 玻璃态物质由熔体转变为固体是在一定温度区间（转化温度范围）进行的，性质变化过程是连续的和可逆的，它与结晶态物质不同，没有固定的熔点4）性质随成分变化的连续性和渐变性在玻璃形成范围内，玻璃的性质随成分发生连续的逐渐的变化例如，在R2O-SiO2系统中，玻璃的弹性模量随 Na2O或 K2O 含量的上升而下降，随Li2O含量的上升而上升2．玻璃的分类玻璃的分类方式很多，常见的有按组成分，按应用分及按性能分等2.1按组成分类 这是一种较严密的分类方法，其特点是从名称上直接反映了玻璃的主要和大概的结构，性质范围。
按组成可将玻璃分为元素玻璃，氧化物玻璃和非氧化物玻璃三大类；元素玻璃 指由单一元素构成的玻璃，如硫玻璃，硒玻璃等氧化物玻璃 指借助氧桥形成聚合结构的玻璃，如硅酸盐玻璃，硼酸盐玻璃，磷酸盐玻璃等它包含了当前已了解的大部分玻璃品种，这类玻璃在实际应用和理论研究上最为重要非氧化物玻璃 当前这类玻璃主要有两类一类是卤化物玻璃，玻璃结构中连接桥是卤族元素研究较多的是氟化物玻璃（如BeF2玻璃,NaF-BeF2玻璃）和氯化物玻璃（如ZnCl2玻璃,ThCl4-NaCl-KCl玻璃）;另一类是硫族化合物玻璃，玻璃结构中的连接桥是第六族元素中除氧以外的其它各元素例如，硫化物玻璃，硒化物玻璃等对于氧化物玻璃中的硅酸盐玻璃，可按化学组成再进一步细分； （1）钠玻璃（又名钠钙玻璃或普通玻璃）钠钙硅酸盐玻璃是生产历史最悠久的玻璃系统，也是当今产量最高，用途最广的一类玻璃我们日常生活中所见到的玻璃制品如建筑装饰用的窗玻璃，板玻璃，玻璃纤维制品乃至食品药物包装用的瓶罐和日用器皿，绝大部分都是钠钙硅酸盐玻璃它的产量估计占玻璃总产量的90%以上这类玻璃是人类在长期的生产活动中认识，创造，发展出来的早在其基本理论开始发展之前，在制造技术上已取得了辉煌的成就。
生产钠钙硅酸盐玻璃的主要原料是硅砂，石灰石，纯碱由于古代化学知识不足而且只有天然原料，单凭经验选取原料和配料，难免带入各种天然杂质，如Al2O3,Fe2O3,MgO,K2O等欧洲工业革命以后，由于化学知识的积累，曾一度追求使用高纯原料，进一步研究发现，一定量的杂质，特别是Al2O3,MgO,K2O,B2O3等不但对生产无害，反而能改善玻璃的许多生产工艺性质和实用性质在钠钙硅酸盐玻璃成分的变化上经历了由复杂到简单，又从简单到复杂的发展过程典型的钠钙硅玻璃的化学成分见下表； 钠钙硅玻璃化学成分表名 称SiO2Al2O3Fe2O3Ca OMg O(KNa)2O平板玻璃72.0-72.21.3-1.50.178.2-8.92.9-4.013.4-14.6器皿玻璃72.01.99.61.514.6瓶罐玻璃70.0-74.01.5-2.51.0-1.310.0-13.013.0-16.0 （2）钾玻璃（又名硬玻璃）以K2O代替钠玻璃中的部分Na2O，适当提高SiO2含量，玻璃质硬且有光泽，其他性能也比钠玻璃好多用于制造化学仪器，用具和一些高级玻璃制品。
（3）钙镁铝硅玻璃以MgO代替钠玻璃中的部分碱金属和碱土金属氧化物,以Al2O3代替部分SiO2而制成，组成为SiO2 60.5( wt %),Al2O3 21.4,CaO 8.7,MgO 5.8,F 1.5和Na2O 0.6的耐热玻璃，热膨胀系数为4×10¯ 7/℃，由于其优良的热稳定性，在工业上可用以制造耐热与耐侵蚀的管子，玻璃纤维，以及电气上用的制品 （4）铅玻璃（又名铅钾玻璃，重玻璃，或晶质玻璃）由PbO,K2O和少量SiO2组成，由于PbO的特殊性质，通过合理的组分调节，可以使玻璃具有折射率高，色散高，比重大，透明度好，光泽好，硬度低等特性，可大量应用于光学玻璃，电真空玻璃及铅晶质玻璃等方面燧石光学玻璃 PbO2含量达40—79wt%，是光学玻璃的重要分支之一，具有高折射率（nD为19），高色散（ 为22—36）的特性铅玻璃 PbO含量为5—30%，料性长，不易析晶，适合于各种成型方法，电绝缘性好，化学稳定性高，是一类优良的电真空玻璃铅晶质玻璃 比一般器皿玻璃含有较多的PbO，透明度高，光泽好，硬度低，易于磨，刻，适宜于制造高级艺术品和餐具等按含量不同，分为低铅晶质玻璃，中铅晶质玻璃和高铅晶质玻璃，其成分如下； 铅晶质玻璃成分表名称PbO含量wt% 玻璃成分wt%SiO2Al2O3PbOCaOK2ONa2O低铅晶质玻璃<1573.17.12.04.612.7中铅晶质玻璃15-2563.10.917.31.717.017.0高铅晶质玻璃>3052.333.813.9 （5）硼硅玻璃（又名耐热玻璃）由B2O3,SiO2及少量MgO组成，具有较好的光泽和透明度，较高的耐热性，绝缘性，化学稳定性和力学性能，可用于制造高级化学仪器和绝缘材料。
（6）石英玻璃由纯SiO2制成，具有优良的热学性能，光学性能 和化学稳定性，具有极高的力学性能，并能透过紫外线，可用于制造耐高温仪器及杀菌灯等特殊用途的仪器和设备2.2按应用分类按玻璃用途分类是日常生活中普遍采用的一种方法，通常可分为如下几类；建筑玻璃： 包括平板玻璃，磨光玻璃，夹层玻璃，中空玻璃等；日用玻璃：包括瓶罐玻璃，器皿玻璃，药用玻璃，工艺美术玻璃等仪器玻璃：包括高铝玻璃（Al2O3的质量分数为20%-35%，用于燃烧管，高压水银灯，锅炉水表等），高硅氧玻璃（SiO2质量分数大于96%，用以代替石英玻璃制作玻璃仪器），高硼硅玻璃（用于耐热玻璃仪器，化工反应器，管道，泵等距离等）光学玻璃：包括无色光学玻璃，用于显微镜，望远镜，照相机，电视机及各种光学仪器；有色光学玻璃，用于各种滤光片，信号灯，彩色摄影机及各种仪器显示器也还包括眼镜玻璃，变色玻璃等电真空玻璃：包括石英玻璃，钨组玻璃，钼组玻璃，铂组玻璃，中间玻璃，焊接玻璃等，主要用于电子工业，制造玻壳，芯柱，排气管，或作为玻璃封接材料对于建筑玻璃，按其用途可细分为以下五类；（1） 平板玻璃主要利用其透光性和透视性，用作建筑物的门窗，橱窗及屏风等。
这一类玻璃包括普通平板玻璃，磨砂玻璃，磨光玻璃，浮法平板玻璃和花纹平板玻璃2） 饰面玻璃主要利用其表面色彩图案花纹及光学效果等特性，用于建筑物的立面装饰和地坪装饰这一类玻璃有；辐射玻璃，釉面玻璃，镜面玻璃，拼花玻璃，水晶玻璃，彩色玻璃和矿渣微晶玻璃等3） 安全玻璃主要利用其高强度，抗冲击及破碎后无伤人危险等特性，用于装饰建筑物安全门窗，阳台走廓，采光天棚，玻璃幕墙等主要种类为；钢化玻璃，夹丝玻璃，夹层玻璃等4） 功能玻璃具有吸热或反射热，吸收或反射紫外线，光控或电控变色等特性，多用于高级建筑物的门窗，橱窗等，也用于玻璃幕墙主要品种有；吸热玻璃，热反射玻璃，低辐射玻璃，选择吸收玻璃，防紫外线玻璃，光致变色玻璃，中空玻璃，电致变色玻璃，等5） 玻璃砖主要用于屋面和墙面装饰，该类产品包括；特厚玻璃，玻璃空心砖，玻璃锦砖，泡沫砖等2.3按性能分类这种方法一般用于一些专门用途的玻璃，其名称反映了玻璃所具有的特性例如；按光学特性：光敏玻璃，声光玻璃，光色玻璃，高折射率玻璃，低色散玻璃，反射玻璃，半透过玻璃按热学特性：热敏玻璃，隔热玻璃，耐高温玻璃，低膨胀玻璃按电学特性：高绝缘玻璃，导电玻璃，半导体玻璃，高介电性玻璃，超导玻璃。
力学性能：高强度玻璃，耐磨玻璃化学稳定性：耐酸玻璃，耐碱玻璃3．玻璃的形成方法为了把物质转变为玻璃态，无论起始状态是气体，液体还是固体，最关键的一点是原子在低温时难以运动，从而使它没有足够的时间完成规则排列从不同聚集状态的物质向玻璃转变的角度来分类，玻璃的形成方法有；3.1熔体冷却法用熔体冷却法制作玻璃态物质其远程无序结构是用加热熔化的方法获得的至于能否保持其远程无序结构，取决于熔体达到过冷状态的倾向大小，即取决于熔点以下熔体过冷而不致引起成核和结晶的能力显然，只有那些过冷程度很大而不析晶的液体才可能成为玻璃传统熔体冷却方法是将玻璃原料加热，熔融，澄清，均化，透明均质的熔体，然后在常规条件下冷却面成固态玻璃物质，由于不需要复杂的制冷设备世界上极大部分玻璃产品都是通过这种方法生产的某些金属，合金及一些离子化合物，虽在高温下能形成熔体，但用常规方法冷却时，很容易析晶而不能制成玻璃但随着熔体冷却技术的进步，已有可能使它们在快速冷却过程中因来不及析晶而成为玻璃体例如，利用离心力将熔融金属液喷射到冷却的金属板面上，其冷却速度为传统熔体冷却速度的20-30倍；如将金属液滴放入快速运动的活塞与铜垫之间，被压制成几十微米厚的薄片因铜的快速传热而成为玻璃体，其冷却速度为传统熔体冷却速度的2到3个数量级倍；如将金属液滴甩到两个转鼓之间，冷却速度可达105-107℃/秒，可轧制成厚度为20-1微米的非晶态金属带，这种方法称之为非晶态合金薄膜离心急冷法。
玻璃态金属具有很高的强度，硬度，电阻，磁性和比热其性能指标比现有的优质牌号钢要高得多这些材料在仪器仪表制造，无线电工程及其他领域得到了应用3.2气相沉积法无机玻璃和金属玻璃主要是通过熔冷却来制取的，但无机玻璃也可以通过气相来制造例如，可以应用内部气相。