Thuỷ tinh là một trong những vật liệu cổ xưa nhất của tất cả các tài liệu được biết và được sử dụng của nhân loại. Những địa chất thuỷ tinh, obsidian lần đầu tiên được sử dụng của con người cách đây hàng ngàn năm để hình thành dao, mũi tên mẹo, đồ trang sức vv Manmade kính đối tượng xuất hiện lần đầu tiên sẽ được báo cáo trong các khu vực càng sớm Mesopotamian như 4500 BC. Dụng cụ thủy tinh như là các đối tượng hẹn hò cũ như 3000 BC cũng đã được tìm thấy tại Ai Cập.
Đáng ngạc nhiên những ly compositions có rất giống với những người hiện đại, soda lime silicate kính. Không có sự nghi ngờ có sẵn soda, từ cháy, đá vôi, từ seashells silica và cát, từ các bãi biển là những nguyên nhân dẫn đến thỏa thuận này. Trước đó kính coated đã được các đối tượng đến ngày càng sớm như 12000 BC và được thực hiện dưới hình thức glazes và enamels trên gốm gốm, được sử dụng để cải thiện presumably nước tightness của nhiều jugs, chai và and vase.
Đây là một thời gian ngắn dòng mô tả sự phát triển của thủy tinh sớm nhất từ các nguyên liệu thô cho ngày hiện đại, công nghệ cao thủy tinh được sử dụng trong nhiều ứng dụng.
Thủy tinh, tại Việt Nam còn được gọi là kính (hay kiếng), là một chất rắn vô định hình đồng nhất, có gốc silicát, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn.
Trong vật lý học, các chất rắn vô định hình thông thường được sản xuất khi một chất lỏng đủ độ nhớt bị làm lạnh rất nhanh, vì thế không có đủ thời gian để các mắt lưới tinh thể thông thường có thể tạo thành. Thủy tinh cũng được sản xuất như vậy từ gốc silicát.
Silicát là điôxít silic (SiO2) có trong dạng đa tinh thể như cát và cũng là thành phần hóa học của thạch anh. Silicát có điểm nóng chảy khoảng 2.000 °C (3.632 °F), vì thế có hai hợp chất thông thường hay được bổ sung vào cát trong công nghệ nấu thủy tinh nhằm giảm nhiệt độ nóng chảy của nó xuống khoảng 1.000 °C. Một trong số đó là sô đa (cacbonat natri Na2CO3), hay bồ tạt (tức cacbonat kali K2CO3). Tuy nhiên, sô đa làm cho thủy tinh bị hòa tan trong nước - là điều người ta không mong muốn, vì thế người ta cho thêm vôi sống (ôxít canxi, CaO) là hợp chất bổ sung để phục hồi tính không hòa tan.
Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện bình thường, thủy tinh là một chất trong suốt, tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ hóa học và không hoạt động xét về phương diện sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn. Tuy nhiên, thủy tinh rất dễ gãy hay vỡ thành các mảnh nhọn và sắc dưới tác dụng của lực hay nhiệt một cách đột ngột. Tính chất này có thể giảm nhẹ hay thay đổi bằng cách thêm một số chất bổ sung vào thành phần khi nấu thủy tinh hay xử lý nhiệt.
Thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong xây đựng, làm đồ chứa (chai, lọ, cốc, chén, ly, tách v.v) hay vật liệu trang trí.
Tính chất
Thủy tinh có thể thay đổi tính chất, tùy theo việc lựa chọn tạp chất và hàm lượng pha thêm khi nấu thủy tinh.
Truyền sáng
Một trong những đặc trưng rõ nét nhất của thủy tinh thông thường là nó trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy, mặc dù không phải mọi vật liệu thủy tinh đều có tính chất như vậy do phụ thuộc vào tạp chất. Độ truyền sáng của thủy tinh trong vùng bức xạ tử ngoại và hồng ngoại thay đổi tùy theo việc lựa chọn tạp chất.
Ánh sáng nhìn thấy
Tính trong suốt của thủy tinh trong ánh sáng nhìn thấy là do sự vắng mặt của trạng thái chuyển tiếp của các điện tử trong khoảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy, và trạng thái này là thuần nhất trong mọi bước sóng hơn là chỉ trong khoảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy (sự không thuần nhất làm cho ánh sáng bị tán xạ, làm tán xạ hình ảnh được truyền qua).
Các kim loại và ôxít kim loại được bổ sung thêm vào thủy tinh trong quá trình sản xuất nó để thay đổi màu sắc của nó. Mangan có thể thêm vào với một lượng nhỏ để loại bỏ màu xanh lá cây tạo ra bởi sắt hay trong một lượng lớn hơn để cho thủy tinh có màu tím amêtít. Giống như mangan, selen có thể sử dụng với một lượng nhỏ để làm bay màu của kính, hay trong một lượng lớn hơn để tạo ra màu hơi đỏ. Một lượng nhỏ côban (0,025 đến 0,1%) sinh ra thủy tinh màu xanh da trời. Ôxít thiếc với antimoan và ôxít asen sinh ra thủy tinh màu trắng đục, lần đầu tiên đã được sử dụng ở Venezia để sản xuất đồ giả sứ. 2 đến 3% của ôxít đồng sinh ra màu xanh lam. Đồng kim loại nguyên chất sinh ra thủy tinh mờ có màu đỏ thẫm, nó đôi khi được sử dụng thay thế cho thủy tinh màu hồng ngọc của vàng. Niken, phụ thuộc vào nồng độ, sinh ra thủy tinh có màu xanh da trời hay màu tím hoặc thậm chí là màu đen. Sự bổ sung titan sinh ra thủy tinh có màu nâu vàng. Vàng kim loại trong một lượng rất nhỏ (khoảng 0,001%), sinh ra thủy tinh có màu hồng ngọc thẫm, trong khi một lượng thấp hơn sinh ra màu đỏ nhạt hơn, thông thường gọi là màu "nam việt quất". Nguyên tố urani (0,1 đến 2%) có thể thêm vào để thủy tinh có màu vàng phản quang hay màu xanh lá cây. Thủy tinh urani nói chung là không nguy hiểm về phóng xạ, tuy vậy nếu nó ở dạng bột, chẳng hạn như đánh bóng bằng giấy nhám, và dạng bụi thì nó là tác nhân gây ung thư. Hợp chất của bạc (thông thường là nitrat bạc) có thể sinh ra một khoảng màu từ đỏ da cam đến vàng. Phương thức đốt nóng và làm lạnh thủy tinh có thể có ảnh hưởng đáng kể tới màu sinh ra bởi các chất này. Các chất này tham gia vào cấu trúc thủy tinh như thế nào hiện nay vẫn chưa được nghiên cứu kỹ. Các loại thủy tinh màu khác vẫn thường xuyên được tìm ra.
Tử ngoại
Thủy tinh thông thường không cho ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 400 nm, hay tia cực tím (UV) đi qua. Có điều này vì sự bổ sung của các hợp chất như tro sô đa (cacbonat natri). Thủy tinh thuần SiO2 (còn gọi là thủy tinh thạch anh) không hấp thụ tia UV và nó được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ trong suốt trong khoảng bước sóng này, mặc dù nó đắt hơn thủy tinh thường. Có thể pha thêm xêri vào thủy tinh để tăng việc hấp thụ tia cực tím (các bức xạ ion hóa nguy hiểm về mặt sinh học).
Hồng ngoại
Thủy tinh có thể sản xuất đến mức độ tinh khiết mà hàng trăm kilômét thủy tinh vẫn là trong suốt ở bước sóng hồng ngoại trong các sợi cáp quang. Một lượng lớn sắt được sử dụng trong thủy tinh có khả năng hấp thụ nhiệt, chẳng hạn như các tấm lọc hấp thụ nhiệt cho các máy chiếu phim.
Chiết suất
Chiết suất của thủy tinh có thể thay đổi khi có các thành phần khác thêm. Thủy tinh có chứa chì, chẳng hạn như chì tinh thể hay thủy tinh đá lửa, là 'rực rỡ' hơn vì nó làm tăng chiết suất và sinh ra sự 'lấp lánh' có thể nhận thấy rõ hơn. Xem thêm pha lê. Việc bổ sung bari cũng làm tăng chiết suất. Ôxít thori cho thủy tinh có hệ số chiết suất rất cao và nó được sử dụng để sản xuất các lăng kính chất lượng cao.
Nhiệt độ nóng chảy
Như mọi chất rắn vô định hình, thủy tinh không có điểm nóng chảy nhất định. Natri nói chung được thêm vào để hạ nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh. Sự bổ sung sô đa hay bồ tạt đôi khi còn hạ nhiệt độ nóng chảy xuống thấp hơn.
Độ dẫn điện
Độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của thủy tinh có thể thay đổi khi thêm bo, chẳng hạn như ở Pyrex.
Ứng dụng
Vì thủy tinh là một vật liệu cứng và không hoạt hóa nên nó là một vật liệu rất có ích. Rất nhiều đồ dùng trong gia đình làm từ thủy tinh. Cốc, chén, bát, đĩa, chai, lọ v.v có thể được làm từ thủy tinh, cũng như bóng đèn, gương, ống thu hình của màn hình máy tính và ti vi, cửa sổ. Trong phòng thí nghiệm để làm các thí nghiệm trong hóa học, sinh học, vật lý và nhiều lĩnh vực khác, người ta sử dụng bình thót cổ, ống thử, lăng kính và nhiều dụng cụ thiết bị khác được làm từ thủy tinh. Đối với các ứng dụng này, thủy tinh silicat bo (như Pyrex) thường được sử dụng vì sức bền và hệ số giãn nở nhiệt thấp, tạo cho nó sự chống lại tốt hơn đối với các sốc nhiệt và cho phép đo đạc chính xác hơn khi làm nóng và làm nguội các thiết bị. Đối với phần lớn các ứng dụng có yêu cầu cao, thủy tinh thạch anh được sử dụng, mặc dù rất khó làm việc với nó. Phần lớn thủy tinh như thế này được sản xuất hàng loạt bằng các công nghệ khác nhau, nhưng đa phần các phòng thí nghiệm lớn cần rất nhiều các loại đồ thủy tinh khác nhau vì thế họ vẫn giữ ống thổi thủy tinh trong văn phòng. Thủy tinh từ núi lửa, như đá vỏ chai, đã được sử dụng từ lâu để tạo ra các công cụ bằng đá và kỹ thuật đập đá lửa có thể dễ dàng tạo ra với sự phù hợp với thủy tinh sản xuất hàng loạt ngày nay.
Tái chế
Thuỷ tinh được tạo hình khi nó đang nóng chảy hoặc biến mềm, do đó những phế liệu có tính chất gần giống tính chất sản phẩm cần tạo đều có thể tái chế (nấu chảy và tạo hình lại). Ở những nhà máy lớn sản xuất thuỷ tinh, đa số đều dùng lò bể, là một loại lò có thể nấu liên tục. Người ta hạn chế tối đa việc dừng lò bởi mỗi lần như thế, lượng thuỷ tinh còn thừa (chiếm khoảng 20-30% thể tích lò) sẽ đông cứng, co lại và phá huỷ lớp gạch chịu lửa xây lò và ảnh hưởng đến kết cấu thành lò. Chi phí xây gạch mới và nhiên liệu cung cấp cho quá trình nâng nhiệt của lò đến nhiệt độ nấu thuỷ tinh sẽ rất lớn. Chính điều đó dẫn đến việc có một số thuỷ tinh thành phẩm nhưng cũng được đưa vào tái chế (nấu lại). Điều này xảy ra tại các nhà máy thuỷ tinh lớn chẳng may hàng bán không chạy, mà hàng tồn đọng lại trong kho quá nhiều; nếu tiếp tục sản xuất mới sẽ không có chỗ chứa. Biện pháp xử lý là đập vỡ thành phẩm, đem qua lò nấu lại, mục đích là để duy trì sự hoạt động của lò.
Lịch sử
1500 BC - Containers, Touthmosis III, cát khuôn với cát lõi và loại bỏ của scraping.
900 TCN - Trong Xi-ri & Rhodes, Hy Lạp, bắt đầu sản xuất thủy tinh, thuỷ tinh công thức nấu ăn bắt đầu được xây dựng
650 TCN - Trước tiên Glassmaking Cẩm nang, Assyrian Assurbanipal của Thư viện
500 TCN - Venetian kính nghệ sĩ bắt đầu để tạo ra and vase và mảnh kính thủy tinh cuộn
50 TCN - Phoenician glassblowing khởi sắc để tạo ra kính nghệ thuật
25 TCN - 400 AD - Roman đế quốc gây ra nhanh chóng phát triển và mở rộng sản xuất thuỷ tinh tan, làm việc và tạo thành công nghệ trong các khu vực Trung Âu
100 AD - Thủy tinh chi phí nhanh chóng từ chối và cho lần đầu tiên trở nên sẵn có cho ít hơn aristocracy
1000 AD - Venice kính trung tâm chi phối trong sản xuất thủy tinh, Murano là hòn đảo được thành lập như là một trung tâm lớn kính. Venice di chuyển của nó kính ovens đến đảo Murano để loại bỏ những nguy cơ hỏa hoạn. Thành phố thiết lập draconian hình phạt đối với bất kỳ kính hiện caught jeopardizing các Venetian độc quyền rõ ràng trong sản xuất thủy tinh bằng việc bí mật ở nước ngoài.
1590 - Thuỷ tinh Telescope microscope và ống kính được phát triển ở Hà Lan và được sử dụng cho lần đầu tiên
1600 - Pháp thành lập chính là sức mạnh trong các ngành công nghiệp thủy tinh, Henry IV confers độc quyền đối với một số Italians để sản xuất thủy tinh trong lựa chọn các thành phố ở Pháp
1665 - Jean Baptiste Colbert kính tập trung thực hiện tại Pháp và thành lập dominance kính phẳng và được sử dụng trong cung Of Versailles lâu dài như là một biểu tượng của nghệ thuật và công nghệ của họ.
1693 - Pháp là một thống trị sản xuất các sản phẩm căn hộ cho các gương kính và cửa sổ, Saint-Gobain nhà máy sẽ trở thành những "Sản xuất Royle des Glaces của Pháp"
1765 - "pha lê thuỷ tinh" bắt đầu sản xuất
1800 - cuộc cách mạng công nghiệp dawns một kỷ nguyên mới trong sản xuất thủy tinh. "Synthetic" hóa chất làm cho thủy tinh có sẵn sàng cho lần đầu tiên. Tổng hợp với nâng cao chất lượng ly trở thành tài sản hiện có.
1863 - sovay quá trình làm giảm đáng kể chi phí của một chất chính trong thủy tinh, natri oxide.
1867 - Siemens anh em, Freiderich, Karl, Hans, Wilhelm Werner và bằng sáng chế và phát triển đầu tiên regenerative kính trong lò Dresden, Đức
1875 - Kỹ thuật kính được phát triển ở Đức, Abbe, Schott, và Carl Zeiss. Trường Đại học Jena, Jena, Đức trở thành một ngành khoa học và kỹ thuật thủy tinh trung tâm. Dụng cụ thủy tinh hóa học của nó là trong infancy.
1876 - Bausch & Lomb Quang Công ty được thành lập ở Rochester, NY. Thực của ống kính và các thành phần quang.
1900 - Mechanized bắt đầu quá trình hình thành
1915 - Trường Đại học Sheffield thành lập Cục Công nghệ sản xuất thủy tinh, bây giờ gọi là Trung tâm Nghiên cứu Thủy tinh
1920 - Griggith lý thuyết về thế mạnh của brittle vật liệu đầu tiên áp dụng cho kính bulbs cố weakened của scratches, sự hiểu biết về cải thiện đáng kể và làm thế nào để cải thiện sức mạnh của thủy tinh
1923 - Gob Feeder giới thiệu rộng khắp thế giới
1925 - Cá nhân Phần (IS) chai máy invented của Henry Ingle được sử dụng với các gov feeder để tăng đáng kể và giảm chi phí sản xuất thủy tinh chứa.
1926 - Arthur Gỗ và David xám của Corning Glass Works phát triển "399" máy tính sau này gọi là "Ribbon" máy để làm cho ánh sáng bulbs. Bulbs có thể thực hiện tại tốc độ của 1000 cho mỗi phút.
1932 - William Zachariasen xuất bản là "ngẫu nhiên Mạng Giả thuyết" của thủy tinh và các quy tắc cấu trúc của thủy tinh hình thành trong J. Amer.
1950 -1960 - Ford Motor Co thiết lập các trung tâm nghiên cứu kính, kính sẽ trở thành một ngành khoa học nghiên cứu về kỷ luật
1959 - Pilkington Brothers sáng chế độc quyền các phao thủy tinh, xử lý và được giới thiệu tại Anh và sẽ revolutionized cuối cùng là căn hộ sản xuất thủy tinh.
1970 - 1. Silica quang sợi sản xuất tại công Corning kính bằng cách sử dụng hóa chất hơi deposition attenuation kỹ thuật để làm giảm và cải thiện tín hiệu truyền.
1970-1980 - mở rộng của nhiều trường đại học thủy tinh trên các chương trình nghiên cứu tại Hoa Kỳ Catholic University, Penn State, Rutgers vv
1984 - Marcel & Michel Poulain và Jacques Lucas khám phá đầu tiên trong fluoride kính Rennes, Pháp
Ngày hôm nay - Dụng cụ thủy tinh đang được nghiên cứu di chuyển ngoài oxide kính chemistries tan truyền thống và chế biến. Hoàn toàn mới chẳng hạn như các quy trình sol-gel chế biến, hóa chất hơi deposition đang được phát triển. Kính chemistries mới đang được phát triển tất cả các thời gian, đặc biệt là không oxide chemistries như là ảnh nhũ tương kính, chalcogenide ly và chalcohalide ly.
Xem thêm :
