杂说陶瓷材料（中）

硅酸盐材料的“主角”是二氧化硅，在材料中表现为硅氧四面体。石英是比较纯净的二氧化硅。

硅原子与氧原子结合，由于硅原子的外层有4个电子，难以把它们都剥夺，所以硅氧之间不形成如MgO、NaCl那样的离子化合物。硅的电负性小而原子半径比氧原子大得多，不能与氧原子形成双健，因而也不能组成像CO2那样的小分子氧化物。因此，它的氧化物二氧化硅形成三维结构的硅氧四面体构型。

由于硅氧键相当牢固，石英又是原子晶体，所有的原子都由硅氧键牵扯在一起，所以具有很高的熔点，达1700℃以上。在加热熔化的过程中，总是逐步把硅氧键扯断，部分硅氧键扯断以后，由于它难以形成小分子，就形成许多残缺的硅氧四面体离子或它们的多聚体离子。而这些残缺的四面体离子和多聚体离子相互之间有相当强烈的相互作用力，因此使石英变得非常粘稠。我们只需要看看海边防浪堤边上那些四面体的水泥块是多么不容易“翻个儿”，也可以从一个方面理解有这么多“小四面体”的“粘稠体”的流动性会这样差。要到很高的温度时，液体石英的流动性才好起来。

同样，当液体石英在温度降低时，要使得硅氧四面体很好的连接起来，成为晶体也是极为困难的事情。当这些残缺的四面体及多聚体来不及结晶便因温度下降而凝固下来，就形成无序的玻璃体。这就是石英玻璃。

所谓玻璃体就是熔融物在冷却过程中没有结晶的固态物质，或者说玻璃体是原子非周期性排列的固态物质。

把几种不同的氧化物一起熔化，再冷却时，由于是不同的氧化物，更难以在一起结晶，所以更为容易形成玻璃体。

石英玻璃的熔点很高，不易制作和加工。如今实际使用的大多数玻璃是在石英砂中加入Na2O(以纯碱Na2CO3的形式加入)、CaO（以石灰石CaCO3的形式加入）一起熔融后再冷却而成。

在加热融化的过程中，Na2CO3 分解成为 Na2O，CaCO3 分解成为CaO。Na2O和CaO都是离子键化合物，在熔融状态下以离子状态存在。由于Na+、Ca2+ 等离子的存在，硅氧四面体不容易形成大的多聚体，所以整个体系有较低的黏度和熔点，冷却后所得到的就是普通玻璃。普通玻璃没有确定的熔点，但是在800℃以下就可以很容易加工了。

由于熔融的玻璃中含有大小不等的硅氧四面体多聚体以及多种离子，如果冷却的速度太快，不容易使玻璃内部各种成分均匀分布，这样就会具有较大的内部应力，容易破碎，甚至自己就爆裂了。为了避免这种现象，一般情况下不应当过快地冷却。

有些玻璃需要在冷却的过程中再加热、再冷却，这就是退火。这样能够防止玻璃出现过大的内部应力，而且有较好的透明度和折光率。有些光学玻璃从熔融到冷却至室温，需要几个月至于更长的时间。

若玻璃中含有过渡金属离子，则可呈现不同的颜色。

如果要生产无色透明的玻璃，这些产生杂色金属离子的原料应当被仔细剔除。例如，三价铁离子Fe3+，会呈现棕色，这是最容易混入的杂物。当然，要做棕色的玻璃瓶就另当别论了。

人们有时要故意掺入某种金属氧化物或其他化合物，以使玻璃呈现某种特定的颜色或拥有特殊的性能。

例如，加入氧化铜（CuO）或氧化铬（Cr2O3）使玻璃呈现绿色，加入氧化钴（Co2O3）呈现蓝色，加入氧化亚铜（Cu2O）呈现红色，加入氧化锰（MnO2）呈现紫色，加入二氧化锡（SnO2）或氟化钙（CaF2）呈现乳白色等等。

又如，加入较多氧化铅（PbO）的玻璃称铅玻璃，这是防护X射线的重要材料。

又如，加入氧化硼（B2O3）的是硼玻璃，其热膨胀系数很小。很多光学仪器如天文望远镜等就需要硼玻璃制作。家里微波炉的炉盘、化学实验室里的烧杯等往往乍冷乍热而不能破碎，也需要用硼玻璃制作。

再如，加入氯化银AgCl或溴化银AgBr微晶的玻璃是变色玻璃。当光线比较强时，氯化银会分解产生银原子，其微晶的颜色较深。光线很弱时，银和氯原子又结合成无色的氯化银。

除了我们平常所见到的各种玻璃制品外，各种玻璃的“涂料”，自古以来便应用到许多器皿上。这些“涂料”都以二氧化硅为主，加上各式各样的金属氧化物，碾成粉末，涂在各种器皿上，然后放入窑炉内进一步烧制成为玻璃质。