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1．玻璃的一般共性

玻璃的外部特征是堅(jiān)硬，具有較大的脆性；對(duì)一定波長(zhǎng)范圍的光波透明；破裂時(shí)斷面呈殼狀。其共同的物理性質(zhì)如下。

?各向同性，即玻璃在各個(gè)方向上的物理化學(xué)性質(zhì)都是相同的。

?玻璃無(wú)固定的熔點(diǎn)，從熔融狀態(tài)到固體狀態(tài)，其性質(zhì)的變化是連續(xù)和可塑的。

?玻璃的內(nèi)能比晶體高，因而處于不穩(wěn)狀態(tài)，在一定溫度下可能自動(dòng)析出結(jié)晶，但在常溫下，由于其黏度極高，原子不能重新排列，是不可能析晶的。

2．玻璃的主要物理化學(xué)性質(zhì)

玻璃的物理化學(xué)性質(zhì)包括熔融玻璃的性質(zhì)、玻璃的結(jié)晶作用、玻璃的機(jī)械性質(zhì)、玻璃的熱學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性等。本節(jié)僅簡(jiǎn)要地介紹與包裝玻璃制造和使用要求關(guān)系密切的幾種物理化學(xué)性質(zhì)。

(1)玻璃的黏度。黏度是液體內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的特性，是玻璃重要性質(zhì)之一。熔體冷卻過(guò)程是形成玻璃的必要條件，黏度決定著玻璃的熔制、形成、加工與退火等制造工藝規(guī)程。

在熔制過(guò)程中，玻璃的形成速度，取決于反應(yīng)組分的擴(kuò)散速度，而擴(kuò)散速度是與黏度成反比的。玻璃液的澄清溫度是由黏度來(lái)決定的，氣泡上升速度與黏度成反比，低的黏度值有利于石英顆粒的溶解和氣泡的排除，高黏玻璃要求高的熔制溫度。

不同的成形方法，要求不同的黏度和料性。黏度隨溫度降低而增加很快時(shí)，玻璃的料性“短”，適應(yīng)于機(jī)械化快速成形。手工成形則相反，要求玻璃液的硬化速度較慢，即料性要“長(zhǎng)”。如果玻璃液突然硬化，即黏度隨溫度的變化很快，玻璃的料性短，則只能采用澆鑄的成形方法。

黏度對(duì)玻璃的熱處理和熱加工有重要影響，對(duì)退火溫度的控制和玻璃中熱應(yīng)力的消除速度也有很大的影響。高黏度的玻璃需要較高的退火溫度，而料性短的玻璃一般退火溫度范圍較窄。

由以上可知，黏度是貫穿整個(gè)玻璃工藝過(guò)程具有重要影響的因素。

(2)玻璃的結(jié)晶。玻璃的結(jié)晶與玻璃的形成相反，一般稱(chēng)為反玻璃化，也稱(chēng)失透，是指玻璃產(chǎn)生微小區(qū)域的不均勻而析出晶體物質(zhì)，失去透明性的現(xiàn)象。除乳濁玻璃和微晶玻璃外，玻璃的結(jié)晶不但破壞玻璃的外觀和透明性，還會(huì)損害玻璃的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，是必須克服的玻璃缺陷之一。

失透的另一個(gè)原因是，玻璃的分相，即在一定的溫度范圍內(nèi)均勻的玻璃液分為互不溶解的液相，由于它們的折射率不同，使光線發(fā)生散射而失去透明性能。這種失透方式在一般玻璃中比較少見(jiàn)。

對(duì)于普通商品玻璃，結(jié)晶是必須消除的主要缺陷。一般采取改變玻璃組成的辦法來(lái)加以解決。加快玻璃的冷卻速度也可以防止結(jié)晶，但是會(huì)出現(xiàn)其他問(wèn)題，在生產(chǎn)中是不可取的。在工藝上還應(yīng)當(dāng)考慮玻璃配合料的均勻度、原料顆粒大小、熔制溫度等各種影響因素。

液線溫度，是指液相在熱力學(xué)上不再穩(wěn)定，即開(kāi)始產(chǎn)生結(jié)晶的溫度，反過(guò)來(lái)說(shuō)也是初晶相消失的溫度。在液線溫度以上，結(jié)晶液化，而在常溫時(shí)固態(tài)玻璃的黏度又極大，所以在液線溫度以上和退火溫度以下，玻璃都不會(huì)結(jié)晶。玻璃的結(jié)晶恰恰是在液線溫度下產(chǎn)生，所以可把液線溫度作為結(jié)晶的上限溫度。為了防止結(jié)晶，玻璃的液線溫度應(yīng)當(dāng)盡可能地低于玻璃的成形溫度。如在鈉一鈣一硅玻璃中，以少量的MgO取代CaO，可以稍微降低玻璃液的液線溫度，以減少其結(jié)晶傾向。

玻璃成分越簡(jiǎn)單，在熔體冷卻時(shí)排列成一定晶格的概率越大，越易結(jié)晶，相應(yīng)于相圖中一定化合物的玻璃也容易結(jié)晶。為了防止結(jié)晶，玻璃的組成應(yīng)選擇在相圖的共熔點(diǎn)或相的分界線附近，或者加入相圖中該組成區(qū)所不包含的新成分。例如在鈉一鈣一硅玻璃中加入A1203等。

(3)玻璃的密度。密度是單位體積的質(zhì)量，國(guó)際單位制為kg/m3。玻璃的密度主要與組成和玻璃中原子的質(zhì)量、堆積密度及配位數(shù)有關(guān)系，是表征玻璃結(jié)構(gòu)的一個(gè)標(biāo)志。在進(jìn)行玻璃制品的質(zhì)量和熱工計(jì)算時(shí)，需要密度數(shù)據(jù)。利用測(cè)定密度可控制玻璃組成的恒定性，借以控制生產(chǎn)工藝。根據(jù)密度分布，可以求得玻璃的均勻性。

單純氧化物玻璃的密度是比較小的，同一種氧化物的配位狀態(tài)改變時(shí)，玻璃的密度也發(fā)生變化。

玻璃的密度總是隨溫度的升高而減小，溫度由20℃升高到1300℃時(shí)，大多數(shù)商品玻璃的密度減小6%~12%，其變化取決于玻璃的膨脹系數(shù)。

退火時(shí)，玻璃的密度增加。而淬火玻璃由于保持了高溫時(shí)較疏松的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，密度較退火玻璃小。在生產(chǎn)上可以根據(jù)密度的數(shù)值來(lái)評(píng)定退火的質(zhì)量。

(4)玻璃的機(jī)械強(qiáng)度、硬度與脆性。

?玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。玻璃抵抗機(jī)械破壞的阻力，統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)械強(qiáng)度。玻璃的機(jī)械強(qiáng)度，一般是指拉伸強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等。

在實(shí)際使用中，玻璃的斷裂強(qiáng)度是十分重要的。玻璃的斷裂發(fā)生在彈性極限內(nèi)，出現(xiàn)的塑性變形很小，因而形成斷裂面所需的力，比金屬材料和高分子材料要小很多。這也是玻璃包裝的主要缺點(diǎn)之一。玻璃的斷裂強(qiáng)度，一般以作用于斷裂點(diǎn)的張應(yīng)力值來(lái)表示。?玻璃強(qiáng)度與組成關(guān)系。玻璃的強(qiáng)度，在大多數(shù)情況下，隨玻璃結(jié)構(gòu)鍵的強(qiáng)度增大而增大。網(wǎng)絡(luò)形成氧化物比例增多時(shí)，強(qiáng)度提高。但玻璃強(qiáng)度對(duì)組成的依從性，相對(duì)于其他因素來(lái)說(shuō)是比較小的。?影響玻璃強(qiáng)度的主要因素。除上述玻璃組成對(duì)其強(qiáng)度有影響外，主要影響因素如下。

一是，試樣尺寸和表面狀態(tài)。試樣大小、厚度和表面狀態(tài)對(duì)玻璃強(qiáng)度的測(cè)定有顯著的影響。隨著試樣尺寸的減小，表面裂紋和內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的概率減少，玻璃的強(qiáng)度增加。

表面裂紋和缺陷愈多，玻璃的強(qiáng)度愈小。

二是，溫度和周?chē)橘|(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，玻璃的強(qiáng)度隨溫度的升高而減小，其原因是隨著溫度的升高，出現(xiàn)了一些表面損傷和熱起伏現(xiàn)象，使應(yīng)力在缺陷處易于集中，增加了破裂的概率。

在濕空氣中、水中，會(huì)降低玻璃的強(qiáng)度，這取決于水與玻璃的反應(yīng)速度。在SO2、CO2等氣體的作用下，可使玻璃表面的堿含量降低，減弱了水對(duì)玻璃的作用，從而也可使玻璃的強(qiáng)度提高。

三是，負(fù)荷的增加速度和荷重時(shí)間。玻璃負(fù)荷增加的速度（即從開(kāi)始加上負(fù)荷到玻璃被破壞負(fù)荷增加的速度）與負(fù)荷作用的時(shí)間，都對(duì)強(qiáng)度有相當(dāng)大的影響。負(fù)荷增加速度快．荷重時(shí)間較短的，玻璃的強(qiáng)度較大；而荷重時(shí)間較長(zhǎng)，玻璃的強(qiáng)度較小。這種在靜態(tài)條件下出現(xiàn)的強(qiáng)度與時(shí)間的依存關(guān)系，稱(chēng)為靜態(tài)疲勞。在真空中或經(jīng)過(guò)加熱脫水的玻璃，幾乎看不出靜態(tài)疲勞?？梢哉J(rèn)為疲勞與水的作用有關(guān)系。水分進(jìn)入裂紋中，使裂紋延長(zhǎng)，而當(dāng)裂紋達(dá)到臨界長(zhǎng)度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)斷裂。

玻璃的疲勞度，決定于周?chē)橘|(zhì)的影響。溫度低時(shí)，因?yàn)榉磻?yīng)速度過(guò)小，不出現(xiàn)疲勞；溫度升高，疲勞度增大。

周期性的負(fù)荷與靜態(tài)疲勞相似，會(huì)降低玻璃的強(qiáng)度。玻璃包裝容器，長(zhǎng)時(shí)間使用后，強(qiáng)度逐漸降低，就是由于這種原因。?玻璃強(qiáng)度的提高。如上所述，玻璃表面的裂紋和缺陷，是造成玻璃強(qiáng)度降低的主要原因。因此，消除表面裂紋或者減少表面缺陷，便可以達(dá)到提高強(qiáng)度的效果。長(zhǎng)期的實(shí)踐是用火焰拋光或氫氟酸腐蝕。對(duì)于石英玻璃，采用堿腐蝕比酸腐蝕效果要好。

另外的辦法，是減少玻璃表面的壓應(yīng)力，即預(yù)先在玻璃表面上形成壓應(yīng)力。這樣，當(dāng)外力作用于玻璃時(shí)，首先要抵消表面的壓應(yīng)力，才能形成張應(yīng)力，所以能使強(qiáng)度提高。?玻璃的硬度與脆性。硬度可理解為材料抵抗其他物體侵入的能力。按照侵入的方法，可表示為壓入硬度、劃痕硬度和研磨硬度等。玻璃的硬度與其加工和使用過(guò)程中表面的損傷有關(guān)。

玻璃硬度的測(cè)定，常用顯微硬度法。

一般地，玻璃的硬度隨一價(jià)金屬或二價(jià)金屬氧化物含量的增加而降低。就一價(jià)金屬和二價(jià)金屬氧化物本身來(lái)說(shuō)，玻璃的硬度則隨其離子半徑減小和原子價(jià)的上升而增加。玻璃的硬度隨溫度上升而降低。

脆性是很難確切表示的材料屬性，簡(jiǎn)而言之，玻璃受外力作用時(shí)，不發(fā)生塑性變形而遭到破壞的性質(zhì)稱(chēng)為玻璃的脆性。脆性的大小由對(duì)動(dòng)負(fù)荷沖擊的阻抗性來(lái)表示。

玻璃的脆性是玻璃易破碎性。顯微脆性越小引起裂紋的負(fù)荷愈大。玻璃的脆性隨加入的一價(jià)金屬和二價(jià)金屬離子的半徑增大而增加。

(5)玻璃的熱性質(zhì)。玻璃的熱性質(zhì)包括比熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)和熱穩(wěn)定性。玻璃的熱性質(zhì)對(duì)于玻璃的生產(chǎn)與玻璃包裝制品的作用具有密切關(guān)系。

?玻璃的比熱容。加熱lg物質(zhì)使其溫度升高l℃，所需要的熱量稱(chēng)為比熱容。比熱容隨溫度而變化。在某特定溫度的比熱容稱(chēng)為真正比熱容，在一定溫度范圍的比熱容稱(chēng)為平均比熱容。比熱容與玻璃結(jié)構(gòu)有關(guān)，在進(jìn)行熱工計(jì)算、玻璃制品成形和冷卻及玻璃熱傳導(dǎo)計(jì)算時(shí)，都需要比熱容的數(shù)值，比熱容的工程單位為cal/(g*℃)，國(guó)際制中，比熱容單位為J/(g*K)。

玻璃的比熱容取決于溫度和化學(xué)組成。在加熱到軟化溫度之前，玻璃的比熱容隨溫度升高而增大，至轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟萒g后，比熱容迅速增大，在熔融狀態(tài)下，比熱容也隨溫度不斷增大。?玻璃的熱膨脹。玻璃的熱膨脹是玻璃的重要性質(zhì)之一。它對(duì)于玻璃的成形、熱加工、封接與熱穩(wěn)定性，都具有重要作用。也可以用玻璃的熱膨脹系數(shù)作為控制生產(chǎn)工藝的指標(biāo)。

物質(zhì)中總有熱能存在，每個(gè)粒子都在振動(dòng)。溫度升高時(shí)，熱能增大，粒子振動(dòng)的振幅也隨之增大，由鍵力相互結(jié)合的兩個(gè)原子之間的距離也隨之增大，顯示出膨脹現(xiàn)象。冷卻時(shí)與之相反，產(chǎn)生收縮。?玻璃的導(dǎo)熱性。物體把熱能傳遞給溫度較低方向的能力，稱(chēng)為導(dǎo)熱性，以導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)表示。玻璃的導(dǎo)熱性與成形冷卻過(guò)程中的散熱、退火與鋼化等熱處理及熱工計(jì)算都有關(guān)系。玻璃熱穩(wěn)定性的計(jì)算，也需要導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)據(jù)。

在高溫時(shí)，玻璃主要是輻射傳熱，低溫時(shí)則以導(dǎo)熱為主。

由于玻璃的無(wú)序性結(jié)構(gòu)，因此玻璃的導(dǎo)熱性較低。玻璃是熱的不良導(dǎo)體。?玻璃的熱穩(wěn)定性。玻璃經(jīng)受激烈的溫度變化而不被破壞的性能稱(chēng)為玻璃的熱穩(wěn)定性。玻璃的熱穩(wěn)定性是一系列物理性質(zhì)的綜合，對(duì)于玻璃包裝制品的使用有重要影響。

(6)玻璃的光學(xué)性質(zhì)。作為透明材料，玻璃的光學(xué)性質(zhì)是十分重要的。玻璃的用途不同，所要求的主要光學(xué)性質(zhì)也不一樣。對(duì)于五色光學(xué)玻璃來(lái)說(shuō)，折射率和色散是廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)，而對(duì)于玻璃器皿、包裝容器來(lái)說(shuō)，光吸收（顏色）和折射率、反射（光澤）、散射（半透明性）在其美學(xué)價(jià)值和使用上是重要的。

下面對(duì)包裝玻璃的折射率、色散、反射和吸收等分別介紹。

?折射率與色散。當(dāng)光從真空或空氣進(jìn)入玻璃時(shí)，由于玻璃中各種離子對(duì)光的作用，使其速度降低。如果是斜射，光的方向也發(fā)生改變。光在真空和在玻璃兩種介質(zhì)中速度之比，即是玻璃的折射率，折射率是對(duì)光線進(jìn)行方向控制的基礎(chǔ)。折射率是隨光的波長(zhǎng)而變化的，在紫外區(qū)最短波長(zhǎng)處折射率最大，然后經(jīng)可見(jiàn)光區(qū)逐漸減小，在紅外區(qū)達(dá)到最低值。

折射率隨波長(zhǎng)的變化率稱(chēng)為色散。棱鏡將白光分解為各色光譜的現(xiàn)象，即是色散。

白光通過(guò)透鏡時(shí)，成像的邊緣不清晰就是色散的原因，稱(chēng)為色差。玻璃的折射率和色散，都是以固定的波長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行測(cè)定的。

玻璃的折射率取決于分子折射的本領(lǐng)（分子折射度）和分子的體積，分子折射度和極化率有關(guān)系。玻璃的組成對(duì)于折射率的影響，可以看作是分子體積和極化率兩者影口^的總和。玻璃的折射率一般隨溫度上升而增加，精密退火的玻璃比快冷玻璃的折射率大。?玻璃的反射、吸收與透過(guò)。當(dāng)光線射到玻璃表面上時(shí)，一小部分光被反射，一部分被吸收，一部分透過(guò)玻璃。透過(guò)光的強(qiáng)度比入射光的強(qiáng)度弱。

光的反射率隨折射率的增加而增加。而且玻璃的折射率越高，反射損失越大。在一個(gè)光學(xué)儀器中，如配有若干個(gè)光學(xué)部件，總的表面反射損失就相當(dāng)可觀，因而需要使反射損失減小。為此，常在光學(xué)玻璃部件的表面上，用化學(xué)沉積、真空涂膜或其他表面處理的方法，在玻璃表面上形成一層厚度為1“波長(zhǎng)的透明薄膜，這樣可使一次反射波剛好與二次反射波相抵消，從而使玻璃的反射損失減小。

藝術(shù)玻璃、器皿玻璃及高質(zhì)量的瓶罐玻璃要具有良好的光澤，它們的反射率應(yīng)當(dāng)較高。常在玻璃中引入Pb0或Ba0來(lái)達(dá)到這一目的。

玻璃對(duì)光的吸收，取決于光的波長(zhǎng)、玻璃的厚度與組成及溫度和玻璃的熱歷史等。?玻璃的顏色?？梢?jiàn)光中含有與紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫各種顏色相應(yīng)的波長(zhǎng)和光譜色。如果入射的可見(jiàn)光被玻璃均勻地吸收，玻璃幾乎是無(wú)色的。如果被完全吸收，則變?yōu)楹谏?。玻璃中如含有能夠選擇性吸收某些波長(zhǎng)的著色劑，玻璃就呈現(xiàn)出與被吸收的波長(zhǎng)光互補(bǔ)的顏色。

(7)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。玻璃抵抗水、酸堿溶液、濕空氣和其他侵蝕破壞介質(zhì)的能力，稱(chēng)為玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，也稱(chēng)為化學(xué)耐久性。

化學(xué)穩(wěn)定性，是玻璃的主要性質(zhì)之一。一般來(lái)說(shuō)，玻璃比其他包裝材料具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性，這是玻璃包裝得以廣泛使用的一個(gè)重要原因。但是玻璃仍會(huì)受到各種介質(zhì)的侵蝕，在常用的化學(xué)試劑中，氫氟酸能在很短時(shí)間內(nèi)對(duì)玻璃產(chǎn)生明顯的侵蝕作用。

除氫氟酸外，玻璃的抗水和抗酸能力比其抗堿能力要強(qiáng)得多。水、酸、濕空氣主要侵蝕玻璃網(wǎng)絡(luò)孔隙的金屬離子，而堿則破壞玻璃的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。由于包裝容器的化學(xué)穩(wěn)定性不良，致使盛裝物變質(zhì)和損壞的事例屢見(jiàn)不鮮。特別是藥用玻璃，假若其化學(xué)穩(wěn)定性差，玻璃就會(huì)被藥液溶解，嚴(yán)重時(shí)將影響人的健康。所以各種玻璃容器都必須達(dá)到規(guī)定的化學(xué)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。