【工业设计】材料篇（五）最常用的玻璃硅酸盐-资讯-笔间设计

【工业设计】材料篇（五）最常用的玻璃硅酸盐

发布时间：2021-12-01 15:59:50 浏览次数：0次

“笔间设计团队多年从事于产品开发流程，为各类品牌开发了数百件产品，了解运用到的各种材料和工艺涵盖日常所见的几乎所有产品。本专题基于笔间多年经验，梳理出常见材料的各项实用特性，以及常见的相关问题，以供参考。”

玻璃是用多种无机矿物（如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等）为主要原料，经混和、高温熔融、匀化后，加工成形，再经退火而得的非晶无机非金属材料。常温下的玻璃并不完全是固体，其物态是一种介于固态和液态之间的玻璃态。玻璃并没有固定的熔点，常见的普通钠玻璃在600℃左右开始软化，在1200℃左右呈现为熔融液态。

熔融玻璃滴入冷水中形成“鲁伯特之泪”

玻璃种类繁多，按生产工艺的不同可分为普通平板玻璃和钢化玻璃、磨砂玻璃、夹层玻璃、防弹玻璃等数十种不同种类的深加工玻璃；按化学成分的不同又可分为非氧化物玻璃和氧化物玻璃两大类，氧化物玻璃下又可分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等不同类别，其中硅酸盐玻璃作为最常用的玻璃门类，按玻璃中SiO_{2以及碱金属、碱土金属氧化物的含量不同，还可分为钠玻璃、钾玻璃、石英玻璃等数十种不同种类的玻璃……}

玻璃家族真可谓是“璃丁兴旺”了。

玻璃作为产品设计和工业设计中常用的材料，其强大的可塑性使其在外观设计中具备很大的发挥空间，在设计工作中占据着重要的地位。本文主要介绍设计和生产活动中最为常用的几种硅酸盐玻璃：钠钙玻璃、钾钙玻璃、石英玻璃、高硅氧玻璃、铅硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃等。

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钠钙玻璃

【学名】钠钙玻璃

【主要成分】Na_{2SiO_{3、CaSiO_3、SiO₂}}

【软化温度】600℃左右

【简述】钠钙玻璃俗称钠玻璃，即通常所指的普通玻璃。主要由70%左右的SiO_{2，15%左右的Na_{2O和15%左右的CaO组成。其产量占实用玻璃总量的90%，用途极为广泛。}}

【特性】成本低廉，易成型，适宜大规模生产。普通钠玻璃常含有杂质成分，如铁杂质等，故常带有浅绿色。未经深加工处理（如钢化、热处理等）的钠钙玻璃强度不高，易碎、易裂，不耐冲击，但硬度很高。目前市面上的玻璃制品出厂前基本都经过热处理，使其具备一定的强度以满足日常使用需求。

建筑玻璃

各类玻璃器皿

【应用】建筑玻璃（如玻璃门玻璃窗等）、玻璃平板、玻璃器皿、灯泡等

【参考价格】1800元/吨

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钾钙玻璃

【学名】钾钙玻璃

【主要成分】K_{2O、CaO、SiO₂}

【软化温度】700℃左右

【简述】钾钙玻璃俗称钾玻璃、硬玻璃，是以K_{2O代替普通玻璃中的Na_{2Ｏ制作成的玻璃，其余成分并无区别。其组成大致为K_{2O 12%~18%；CaO 5%~12%；SiO_260%~75%。}}}

【特性】与普通玻璃相比，钾玻璃的更耐高温，韧性更好，强度更高，因此又被称之为硬玻璃。可以满足一些要求不高但是普通玻璃无法适用的场合，但是其强度弱于硼硅玻璃等高强度玻璃。

玻璃硬质试管

【应用】实验室用硬质试管、各种日用品、装饰品等

【参考价格】2000元/吨

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石英玻璃

【学名】石英玻璃

【主要成分】SiO₂

【软化温度】1400℃左右

【简述】石英玻璃是一种只含二氧化硅单一成份的特种玻璃，其SiO_{2纯度可达99.5%以上，通常是由各种纯净的天然石英（如石英砂、水晶等）熔化制成。按透明度可分为透明和不透明两大类。}

【特性】硬度大、耐高温，经常使用温度可达1100—1200℃，短期使用温度可达1400℃；膨胀系数低，耐热震性、化学稳定性和电绝缘性能良好，并能透过紫外线和红外线，不会因辐射线损伤（其他玻璃受辐射线照射后会发暗）。除氢氟酸、热磷酸外，对一般酸有较好的耐酸性。纯度对石英玻璃各项性能的影响极大，高纯度石英玻璃的制造对工艺流程的要求非常苛刻。

石英玻璃制成的表面

【应用】实验室设备和特殊高纯产品的提炼设备、宇宙飞船、风洞窗和分光光度计光学系统、高端奢侈品等

【参考价格】6000元/吨

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高硅氧玻璃

【学名】高硅氧玻璃

【主要成分】Na_{2O、B_{2O_3、SiO₂}}

【软化温度】1200℃左右

【简述】高硅氧玻璃是含二氧化硅（SiO_{2）高达96%以上的玻璃，又称96玻璃。由钠硼硅酸盐玻璃经分相、酸处理、干燥和烧结制得。性能和组成接近石英玻璃。}

【特性】耐高温，经常使用温度为900℃，短时间最高使用温度可达1200℃；化学稳定性好、热膨胀系数低，仅稍大于石英玻璃。能透过紫外线，其抗化学侵蚀性、机械强度等性能也与石英玻璃相似。但其大量生产时，价格比石英玻璃低。

高硅氧玻璃制成的高压水银灯管

【应用】代替石英玻璃制作耐热器皿、复杂形状的仪器、冶炼铀的器皿、高压水银灯管和溴钨灯管等。

【参考价格】4000元/吨

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铅硅酸盐玻璃

【学名】铅硅酸盐玻璃

【主要成分】PbO、SiO₂

【软化温度】600℃左右

【简述】铅硅酸盐玻璃的主要成分为氧化铅（PbO）和二氧化硅(SiO_{2)，具有独特的高折射率和高体积电阻，与金属有良好的浸润性。}

【特点】折射率高、绝缘性良好、含有大量PbO的铅玻璃能阻挡X射线和γ射线，即防辐射。

铅玻璃作为医院CT室观察窗

【应用】真空管芯柱、晶质玻璃器皿、火石光学玻璃、CT室玻璃窗等

【参考价格】10500元/吨

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硼硅酸盐玻璃

【学名】硼硅酸盐玻璃

【主要成分】B_{2O_{3、Na_2O、SiO₂}}

【软化温度】820℃左右

【简述】硼硅酸盐玻璃，是指基本成分为SiO2、B2O3、Na2O的玻璃，其各基本组分组成范围是：ω(SiO2)=70%~80%、ω(B2O3)=6%~15%、ω(Na2O)=4%~10%。其良好的耐热性和化学稳定性令其成为制造玻璃烹饪器皿的不二选择。

【特性】热稳定性好，耐高温；化学稳定性良好，机械性能佳，工艺性能和光学性能良好。

高硼硅玻璃杯

【应用】防火玻璃、实验室仪器、烹饪器皿、微波炉用玻璃转盘、日用玻璃器皿等

【参考价格】8000元/吨

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铝硅酸盐玻璃

【学名】铝硅酸盐玻璃

【主要成分】Al_{2O_{3、Na_2O、SiO₂}}

【软化温度】900℃左右

【简述】铝硅酸盐玻璃是指以二氧化硅和氧化铝为主要成分的玻璃，其中氧化铝含量可达20%以上。相比其他玻璃，其软化温度很高，可用于制作放电灯泡。

【特性】软化温度高，耐高温，具有较好的化学稳定性、电绝缘性、机械强度，较低的热膨胀系数，但高温黏度大，相应地熔制温度也高。

使用铝硅玻璃制成的气体放电灯

【应用】放电灯泡、高温玻璃温度计、化学燃烧管和玻璃纤维等

【参考价格】9000元/吨

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