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ITO導電玻璃
ITO導電玻璃係在原本無法導電的母玻璃(motherglass)基板上,鍍上一層可以導電的氧化銦錫(indiumtinoxide,ITO),從而可以扮演電極。
ITO導電玻璃是液晶顯示器的上游原料之一。
液晶本身不會發光,必須在液晶顯示面板後方加上背光源,光線穿透玻璃基板、液晶、彩色濾光片、偏光板,進入人眼中才能看到影像。
因為所有材料必須能透光,所以液晶顯示器面板的基板要使用玻璃。
但是,由於玻璃無法導電,必須在其上鍍上一層薄薄的二氧化矽與氧化銦錫,讓玻璃產生電極。
因ITO導電玻璃的品質,嚴重影響LCD面板的生產良率,LCD面板製造商對其品質都不敢掉以輕心。
ITO導電玻璃主要供應商多為美、日、韓廠商,國內則有默克百成、勝華科技等廠商進行生產。
微晶玻璃裝飾材料的制備原理
微晶玻璃裝飾材料的制備原理,從鎔化、核化及晶化等方面進行較詳細論述。
微晶玻璃是在控制條件下進行熱處理使用其析出晶體,並使此晶體均勻生長而形成的多晶固體。
微晶玻璃製造過程中的晶化與普通生產中的析晶缺陷(或稱失透)是不同的,在微晶玻璃中,晶相是全部從一個均勻玻璃相中通過晶體生長而生產的,祇有極少一部分為賸餘玻璃相。
微晶玻璃的制備包括熔制、核化、晶化等主要過程。
1原始玻璃的熔制
和普通玻璃製品一樣,微晶玻璃裝飾材料基礎玻璃的制備也是通過一定組成的配合料,在足夠高的溫度下(一般在1500℃左右),加熱鎔化、澄清、消除氣泡,然後使之冷卻到可以適合盛開的溫度及粘度,而採用適當的成形方法成形。
2原始玻璃的核化
發反一個均勻的粘滯性液體冷至液體中某一最難熔組分的平衡溶解時,則此時該液體已成為一亞穩態,在此情況下,成核速度是難以覺察的,但若此狀態下一旦成核,則晶體很容易生長,在此溫度區以下,晶核可能會自發和均勻形成,但隨著繼續冷卻,該液體會變得粘性太大,從而阻礙了晶核的形成和生長。
圖1為均相成核與生長與溫度的關係,牠們遵循有關物理化學及動力學方面的定律。
根據簡單的均相成核定律,大多數玻璃液過冷時不會析出晶體,一般須借助核化成核。
成核通常出現在與空氣接觸的或與其他異物接觸的玻璃表面。
因為在這此寺方實際上已經存在著大量的晶核,當玻璃內部產生晶化現象時,幾乎都是由于一些很難熔的粒子所形成的異相晶核所導致的。
這些難熔物質通常為金屬粒子、鹵化物、硫化物和某些氧化物。
這種由異相物質誘發而生產的成核,受玻璃結構中的紊亂及玻璃內或表面上的異物粒子所控制,故而稱之異相成核。
實際上,玻璃中晶體的均相成核是極為罕見的。
祇有部分二元統玻璃如BaO-SiO2系統才是均相成核。
這種玻璃在不加入成核劑的情況下,就能在熱處理時自發地在玻璃內部析出晶體。
大多數玻璃如果長時間保持在其液線溫度以下至高於退火點的溫度範圍內,都會通過異相核化而從表面開始產生析晶。
在玻璃的表面,某些離子的配位數不足,與母體玻璃內之結構的差別在此局部是很大的,這樣就生產了一個高能量狀態,在此狀態下,是很容易析出晶體的。
大量的異物晶核毫無疑問會提高這種方式的析晶現象,在些情況下晶化通常以定向樹技狀朝向玻璃內部。
由這種方式的異相成核和析晶而成的產物,其強度是很弱的,晶粒很粗糙,且內部伴有凹坑和空穴。
最早發現的實用異相核化是某些金屬粒子的成核。
實際上,在此之前,某些金屬離子如金、銅和銀一直用於裝飾用彩色玻璃的生產。
這些物質先是以離子的形式熔於玻璃液中,然後,隨著玻璃液的冷卻,離子被還原成金屬單質,這些金屬單質以極其細的粒度分散在玻璃之中。
金屬核化劑道德發現可以用於鋰硅酸鹽玻璃晶化之中作為成核劑。
但硅酸鹽玻璃以此類核化劑進行晶化時用途不大。
這是因為在有效的核化時,在成核粒子與晶化相之間必須存在相似結構。
試驗証明,在過冷液體中核化劑轉載入後,其結構不匹配程度不能大於15%,這樣才能進行有用的核化。
例如上述的鋰硅古巴鹽玻璃中,金或銀作為核化劑時,其與玻璃結構的不匹配性祇有0.5%,故是有效的核化劑,但這樣的金屬核化劑很少見的。
後來,人們發現某些很接近硅酸鹽玻璃結構的締合氧化物晶體可以從玻璃內部析出,從而使硅酸鹽和鋁硅酸鹽微晶玻璃得以核化和晶化,這是一個很有意義的技術突破。
大量的硅酸鹽玻璃系統尤其是二元系統在高於其液相線溫度之上作為兩種不容混性液體是很穩定的。
最近幾年,電子顯微鏡及X射線衍射技術發現,許多玻璃以前認為是均勻的,實際上在冷卻時,會自發地、亞穩地分離成兩種無定形相,另外一些玻璃即使在冷卻時是均勻的,也含在退火點溫度附近重新處理時,在顯微鏡下觀察到分相作用。
某些玻璃的亞穩分相的機理尚不十分清楚,但呆以認為在玻璃熔體冷卻時產生了結構不匹配性。
例如,Al2O3-SiO2系統在高溫下,鋁硅酸鹽液體由于結構包含與SiO4鄰接的AlO4,作為一個單相是穩定的,但一經冷卻,熔休發生締合,結構趨於形成角與角相接的四面體結構。
對於Al2O3若進入此結構,氧離子必須三閃與三個四面體橋接,這樣才能取代Si。
這種三個四面體的螯合對于正常的雙橋氧離子的網路結構產生地多的壓迫作用,結果只允許有限的混合性,從而產生相分離。
許多複合鋁硅酸鹽玻璃因為加入了象堿金屬和堿土金屬氧化物的修飾體,所以在玻璃冷卻時,一般不會出現這種結構的不匹配性。
這是因為較大的修飾離子停留在結構的空隙之中,保持了以鋁代硅後網路的正負電荷平衡,保持了正常的交聯結構。
加入象TiO2這樣的氧化物既不會修飾玻璃的結構,也不會取代玻璃網路中的SiO2,故必定在這種玻璃中產生微不溶混懷。
一般情況下,少量的類似於TiO2的氧化物可以誘使玻璃在冷卻時產生第二無定形相,這些氧化物集中在分出的一相之中。
當玻璃重新加熱處理時,會促進晶核的形成,初始晶核通常為亞穩氧化物相,它基本反映初始分離出的無定形小滴的基本結構,可以看出其與主玻璃相在結構元素上是有差別的。
這些晶核即形成隨後熱處理晶化的核化劑。
通過微不溶混性進行玻璃內部晶化可以將玻璃熱處理成很硬的陶瓷體而不破裂。
由于定形相分離是十分精細的,它所產生的粒子小於1000埃,故有很大的表面積用以形成很有效的初晶相之晶核。
這樣怕晶核可以形成很精細的晶體微觀結構,從而大大降低了由于相與相之間的熱膨脹差,晶體異向膨脹差及張力,從而才可以具有很高的強度。
但是促使晶化的無定形微滴通常不如母體玻璃穩定,並在母體玻璃粘度很在百,開始晶化,母體玻璃當其中晶核充足之後,一般在粘度為1010~1014P時開始晶化,此時,溫度需高於玻璃的低退火點,此時晶化過程中玻璃的某些畸變會被消除或者使其減至最小程度。
溫度對于以氧化物晶核的不溶混性的核化敢有一定影響,其規律與圖1所示相似。
3玻璃的晶化
玻璃晶化方式很多,並且較為複雜,但在晶化過程中,其基本模式是大同小異的。
對于鋁硅酸鹽玻璃來說,由于核化是由無定形相分離造成的,故它通常包括三個步驟,即初核粒的析出,核化與亞穩晶相的生長,穩定晶相的形成。
原始玻璃中晶核形成之後,亞穩相首先在初始氧化物晶體上形成,這些亞穩晶體通常為固溶相,牠們可按在玻璃中的比例結合玻璃中的主要化學成分。
從玻璃結構上看,這些亞穩鋁硅酸鹽通常與SiO2的聚多晶有關,牠們認為可是衍生體。
因為牠們可以看成是以鋁代硅後,修飾離子再加以保持電荷平衡而從SiO2衍生來的。
這與某些陽離子在鋁硅酸鹽玻璃中為保持交聯SiO2網路的修飾修飾效應相似。
這類玻璃初步晶化保持了結構的相似性。
增加熱處理時間,亞穩固溶體可以在1000℃保持幾小時甚至幾天方能分解成穩定的晶體,通常在穩定晶相的生長,它取決於具體的玻璃組成與結構。
在某些情況下,亞穩晶相的性質是獨特的,或者是研製者故意要求的。
在此情況下,熱處理時應在中間溫度進行,並給以足夠的時間,使其晶化,但不能有足夠的時間使其達到化學平衡。
然而穩定的硅酸鹽結構,由于其優異的熱穩性,可以成為多數微晶玻璃材料的基礎。
這些晶相通常為三維骨架硅酸鹽,在某些情況下,牠們是一層狀平面硅酸鹽。
4玻璃裝飾材料原始玻璃系統的選擇在微晶玻璃裝飾材料生產過程中,必須選擇適當的玻璃組成,在此方面應注意考慮如下幾個方面。
4·1玻璃的鎔化與成形性能首先應根據微晶玻璃的特點,根據所用原料的具體情況,使玻璃能以較經濟的方法進行熔制和成形。
(1)鎔化性能
道德考慮選擇的玻璃組成使其熔制溫度不能過高,通常根據目前我國小型池窯及坩堝窯的現狀,玻璃的鎔化溫度不宜超過1520℃。
如果溫度過高,則一般耐火材料較好,燃燒也可能會有一定問題,所以,最好選擇能在1450~1500℃溫度範圍內可以鎔化好和澄清好的玻璃組成。
某些玻璃組分可以大大降低玻璃熔體的粘度和表面張力。
牠們可以加速玻璃鎔化與澄清。
堿金屬氧化物(Na2O,K2O,Li2O)是十分有效的助熔劑,氧化鋰雖然其助熔效果較好,但其生產成本太高,故最好不用。
某些堿土金屬也起到一定助熔作用,如氧化鋅(ZnO)等。
氧化硼對于玻璃的鎔化與澄清敢是非常有效的,且用量不大。
在某些情況下,這些氧化物可以成為微晶玻璃的主要組成分。
有些晶核劑本身也具有助熔作用,如TiO2等。
在玻璃組成中,除了上述助熔劑和有利於澄清的組分外,還有一些組分會增加玻璃的粘度與表面張力。
這會使玻璃的鎔化與澄清速度降低,如氧化鋁就是如此,但牠們適當調其它玻璃組分的比例,適應於現有熔窯的鎔化制度。
除了選擇易於鎔化的玻璃組成外,還要考慮到玻璃在鎔化後的玻璃組成與理論設計的變化不大。
在此方面的影響主要是鎔化過程中某些組分的揮發損失。
其次是玻璃液與熔窯耐火材料之間的反應,使其熔於玻璃之中,從而造成玻璃設計組成的變化。
一般情況下,玻璃組分的揮發除極個別外,揮發是很小的。
有些組分如Na2O、B2O3,等通過多年來的生產實踐是可以粗略地估計出來的。
但有些物質對耐火材料的侵蝕程度卻是難以估計的,故祇有通過生產實踐摸索出,以便理論計算與配料時加以補償或糾偏。
(2)操作性能
鎔化和澄清好的玻璃應具有適應於特定成形工藝的操作性能。
許多玻璃成形工藝要求玻璃液在相當寬的溫度範圍內具有流動性,但不同的成形工藝要求具有不同的料性。
在以坩堝生產微晶玻璃裝飾材料時,以手工挑料壓製成形,則要求玻璃具有較長的料性,否則會由于料性的影響而難以壓製成形。
以池爐採用平板玻璃生產工藝拉製成形時,則其料性相比之下,則可以適當短一點。
微晶玻璃製品一般比普通玻璃製品的操作範圍往往要窄一些,玻璃組成中的堿金屬氧化物可以提高操作範圍。
如果微晶玻璃組成中堿性氧化物很少,且含有大量氧化鈣或氧化鋁時,其料性較短,操作範圍也窄。
作業性能的另一個方面是在成形過程中,玻璃冷卻時有無失透的可能。
雖然在生產微晶玻璃建築材料時,主要目的是要玻璃析出晶體,但這個過程必須以控制的方式進行。
在玻璃進行冷卻時,由均勻成核導致的晶體生長可長出大晶體,而不是象由誘導析晶所得到的微晶結構。
因此,不加控制而晶化出的玻璃是不可能具有很高的強度及其它優異性能的。
此外,如果在成形操作過程中,發生非控析晶,則會導致玻璃粘度的急劇變化,從而給成形操作帶來不利的影響。
此外還會由于產生大晶體而導致過高的應力的形成,從而使玻璃在冷卻退火過程中產生破裂。
雖然在某些情況可以採取特殊成形工藝使玻璃快速冷卻而越過臨界溫度範圍以避免玻璃在冷卻或加工時的晶化,但對普通的微晶玻璃裝飾材料生產來說是不適宜的。
故選擇玻璃組成時,其析晶性能應慎重考慮。
氧化鋰和氧化鎂都有加速玻璃析晶的傾向,但也有一些氧化物轉載入後可以抑制玻璃冷卻時的析晶。
故在微晶玻璃基礎組成中,應選擇這類組分加入,從而可以改善其成形性能。
在許多情況下,外加氧化物的作用主要是降低析晶上限溫度(液相線溫度),從而使這一溫度不再在玻璃的成形溫度範圍內出現。
氧化鋁具有顯著的抑制玻璃析晶的作用,轉載入很少的量,就可抑制玻璃在成形中的析晶,氧化鋅和氧化硼具有類似的作用,祇是效果較差。
4·2玻璃的化學穩定性
化學穩定性也是微晶玻璃材料的一種重要性能,對于用於室外及地面裝飾的微晶玻璃大理石或花崗岩來說,此種特性尤顯得重要。
而原始玻璃的化學組成對于這一性能起著最主要的影響。
微晶玻璃中可能存在有不同結晶的賸餘的玻璃相,這些相對水或其他試劑的相對耐侵蝕能力決定著化學穩定性。
很可能賸餘玻璃相的化學穩定性在決定整個微晶玻璃的化學穩定性方面,起著更重的作用。
所以控制微晶玻璃的化學穩定性也就等於首先控制原始玻璃的化學穩定性的因素。
按照這一觀點,應避免使用大量的氧化鈉或氧化鉀,含此類組分較多的玻璃組成其化學穩定性是較差的。
除此之外。
R2O會大部分殘留玻璃相中,故而有損於它的化學穩定性。
但是根據“混和堿效應”,可以調節Na2O和CaO可以增加玻璃的化學穩定性。
微晶玻璃建築材料中多含大量的MgO和CaO,故其化學穩定性是很好的。
此外,轉載入的氧化鋁和氧化鋅及氧化硼,也有利於改善玻璃的化學穩定性。
4·3玻璃的晶化特性
在生產微晶玻璃裝飾材料時,微晶玻璃組成的選擇,應使其能夠以儘快的速度在熱處理過程中控制析出晶體。
但同時應考慮選擇的玻璃組成配比是否最終析出的晶體符合裝飾材料的的某些特點,如花紋、裝飾效果及其他物化特性。
有些玻璃組成,即使熱處理時間再長也難析出晶體,所以象這類的基礎玻璃組成應避免作為微晶玻璃的原始玻璃組成,在這類玻璃組成中即使轉載入晶核劑,可能會析出晶體,但熱處理時間太長,從生產實際考慮也是不經濟的。
相反如果選擇的玻璃組成太易析晶,則會當玻璃化好後,在盛開與冷卻過程中出現非控析晶,這樣的玻璃組成也是不合適採用的。
所以在玻璃組成的選擇時,一方面要求玻璃在冷卻和成形時要穩定,而另一方面,又要求看起來似乎是矛盾的,但通過晶核劑的引用,這一矛盾是可以解決的。
在重新過程中,即能相當容易地結晶的玻璃將是那些含有相當高比例的網路飾體的玻璃。
這是因為這種氧化物,在玻璃網路結構中轉載入非橋氧離子,以代替和相鄰SiO4,四面體連接的橋氧離子,從而削弱了玻璃的網路結構。
隨著非橋氧離子比例的增加,網路逐步被削弱,以致結晶所需要的離子重排變得更加容易。
作為網路修飾體的氧化物的比例將有一上限,該上限之下,要求玻璃在熔融狀態下或半熔狀態下不應析晶。
通常,某一修飾體氧化物在玻璃的受控熱處理過程中促進玻璃晶化的效用主要取決於金屬陽離子的大小和電荷。
高場強制小陽離子要比低場強的大陽離子傾向於被有序排列的氧離子所環繞。
因此,小陽離子更易於實現向有序的晶體結構過渡。
堿土金屬氧化物中氧化鎂(MgO)在此方面最為有效,因為這種陽離子的場強比鈣離子或鋇離子的要高得多,不過當CaO或BaO的含量較大時,也有助於促進析晶,而且還可作為某些型式微晶材料的主要組分,因為鋅離子的場強相當高,以致這種離子可以對週圍的氧離子給予顯著的有序效應,從而增加玻璃的傳統定義玻璃為熔融液體過冷固化,但不形成結晶之固體,因此玻璃亦可視為具液體結構之固體。
一般液體冷卻到固化溫度以下會變得不穩定,容易產生結晶。
但易形成玻璃的液體,降溫過程中黏度(viscosity)變得很大,在過冷狀態下仍然不結晶,最後冷卻凝固為玻璃。
玻璃體積與溫度關係圖通常被用以探討液態、玻璃態、及固態間的關係。
當液體再冷卻的過程中產生結晶反應時,其體積在熔點的溫度Tf產生一明顯的變化,若無結晶化的反應產生時,液體呈現一過冷的液態,其體積仍隨著溫度的下降而漸漸的縮小,並不會呈現明顯的體積變化情形,如圖一所示。
當溫度下降至一轉換溫度Tg時,玻璃呈現如塑性固體的型態,此溫度稱為玻璃轉化溫度,在此溫度玻璃的年度大約為1012Pas。
低於玻璃轉化溫度時,玻璃的體積變化率減小,玻璃體積與溫度關係的斜率變小,
圖一:
液相、玻璃相、及結晶相的熱膨脹行為。
由動力學的觀點來看,玻璃形成液體隨著溫度下降其黏度急遽增加。
黏度大,玻璃的組成原子沒有足夠的動能重組成晶體的結構,於是形成無長程有序化結構的玻璃。
由熱力學的觀點來看,晶體受熱,內能增加,對稱性提高。
到了熔點,晶體熔化成液體,其無長程有序化的結構立刻取代晶體原有的幾何結構。
若玻璃受熱,部份玻璃在加熱過程中重新產生結晶,稱為失透(devitrification),但大多數商用玻璃並不失透,受熱後逐漸軟化又再度形成液體。
玻璃與晶體之主要差異在於,晶體結構有規則性、長程有序化;玻璃結構則缺乏長距離之規則性,如圖二所示。
玻璃與晶體之內能差別並不大,玻璃之內能始終高於晶體之內能。
玻璃和晶體的內能差愈小,形成玻璃愈容易。
由於玻璃比同組成之晶體具有較高之能量,所以會有轉變成晶體以降低能量之趨勢。
若晶粒析出之機構受動力學的限制而無法達成,玻璃可以長時間保持穩定。
玻璃形成的情況為:
1.在熔點時有足夠大的黏度。
2.低於熔點後其黏度隨溫度降低而急速增大,使材料內部的離子不易重新
排列,而維持散亂的形態,即成玻璃。
圖二:
(a)結晶態結構,(b)玻璃態結構。
對氧化物而言,若要能形成玻璃,則必須符合Zachariasen提出的玻璃形成
理論:
1.和氧離子相連接的陽離子數必不能超過2。
2.在中心陽離子四周的氧離子之配位數約為4或更小。
3.氧多面體間是共點結合,而非共邊或共面結合。
4.每個氧多面體至少有三個頂點是跟其它多面體相連結。
依Zachariasen所提出的條件,氧化物在玻璃熔製過程中可分為下列三類:
1.玻璃形成劑(glassformer):
滿足Zachariasen四條件的氧化物具有形成玻璃的能力,如SiO2、P2O5及B2O3等。
2.網狀修飾劑(networkmodifier):
在玻璃成分之中添加一些鹼金族氧化物(如Na2O、K2O、Li2O等),可以使玻璃的網狀結構遭受局部破壞,而降低黏度,有助於玻璃的熔鑄,卻會造成玻璃的化學抗蝕性變差。
例如,在研究Na2O-CaO-SiO2-P2O5系列時,Na2O的添加是為了降低整體的黏度,增加熔融玻璃的流動性。
其它如MgO、K2O、Li2O等皆有此等功能。
圖三顯示網狀修飾劑與玻璃的主要形成劑的結構狀態。
3.中間劑(intermediates):
本身難形成玻璃,主要作用是取代玻璃結構中的玻璃形成劑成為玻璃網絡中的一部分。
由玻璃形成的觀點而言,中間劑在玻璃結構中的作用功能介於玻璃形成劑與修飾劑之間。
一般而言,中間劑與其取代的形成劑有類似的離子電荷及配位數,如附錄A所示,但並非一定如此。
另一方面,中間劑亦可強化玻璃結構之連結。
表一顯示商用玻璃的成分。
一般家用的玻璃,如容器玻璃、窗玻璃、或燈泡玻璃,其所含的SiO2量較高,NaO則為其所使用的主要熔劑成分。
飾品所用的水晶玻璃則含高量的PbO,高達29wt%。
光學與電子類所使用的玻璃則含較少量的鹼金族與鹼土金族的元素。
圖三:
網狀修飾劑與玻璃的主要形成劑的結構狀態。
表一:
商用玻璃的成分。
玻璃陶瓷
玻璃陶瓷(glass-ceramics)指的是含有玻璃相的多晶固體材料,其製造由玻璃熔解開始,經由玻璃熔鑄成形,再施予控制結晶(controlledcrystallization)熱處理,使其成為結晶化多晶固體材料。
其既具有玻璃成形法製程的彈性,又具有陶瓷較佳性質的優點。
優良之玻璃陶瓷材料必須能控制結晶,使玻璃內部形成多量且均勻分佈的結晶核,並於其後進行晶體成長,形成粒度均一、微細、均勻,且無孔隙之陶瓷。
玻璃陶瓷材料可經由化學組成與結晶熱處理的調整,配製出性質寬廣且優益的材料,例如超低或特定的熱膨脹性、易加工性,以及特殊的光電特性等。
密度(Density):
玻璃的密度為2.5㎏/㎝3。
也就是說厚度1mm的平板玻璃,面積為每一平方公尺時,其重量為2.5公斤。
例:
一片6mm厚玻璃,長度300cm,寬度180cm。
其重量為2.5×6×0.3×0.18=81kg。
硬度(Hardness):
玻璃的硬度是6.5MOHS,約與石英(Qartz)相同。
彈性(Elasticity):
玻璃是一種極具彈性的物質但是玻璃是易碎的(fragile),它會在承受過大的應力(stress)時破裂,而且事前無任何徵兆。
楊氏模數(Young'sModulus,E):
楊氏模數代表的是如果欲使一片玻璃長期原長度的一倍,在理論上應加諸於此片玻璃上的張力(tensileforce),其表示法是單位面積上的作用力。
根據歐洲規範。
楊氏模數E=7×1010Pa=70GPa。
泊松比(Poisson'sRation,μ):
泊松比是樣品在承受拉力後橫縱向變形的尺寸比。
以建築玻璃來講μ=0.22。
耐壓強度(CompressiveStrength):
玻璃有很強的耐壓強度,1000N/mm2=1000MPa。
也就是說需要約10噸的負荷(load)才能擊碎1立方公分的玻璃。
抗張強度(TensileStrength):
當玻璃產生變形時(deflected),其一表面遭至壓縮(compression),而另一表面是伸張(extension)。
玻璃的抗張強度:
-普通回火玻璃約是40MPa(N/mm2)
-熱處理玻璃約是120至200MPa(N/mm2),視玻璃的厚度、邊緣處理、是否鑽孔、挖槽而異。
強化(tempered)及熱硬化(heat-strengthened)玻璃就是增加了玻璃的抗張強度。
線性膨脹(LinearExpansion):
線性膨脹係數表示在溫度變化1℃時,每一單位長度(mm)的變化量。
此一係數的溫度範圍通常是20℃至300℃。
玻璃的線性膨脹係數為9×10-6。
例:
一片2公尺長的玻璃,在溫度增加30℃時,其長度會增加2000×9×10-6×30=0.54mm。
熱應力(ThermalStress):
因為玻璃具有低的熱導性(thermalconductivity),所以若是僅在一片玻璃的部分區域加熱(heating)或是冷卻(cooling),則可能造成熱割裂(thermalbreakage)。
最常見的熱割裂例子就是吸熱玻璃(absorbentglass)的四邊含於窗框而且受強烈日照,此時玻璃邊緣的溫度的昇高速度會較中央不含框的部分來得慢,造成中央部位與邊緣很大的溫度差,而產生破裂。
在此種應用時,應特別注意安裝的方式。
此外,玻璃如果事先經過熱處理(如強化),則可以允許(抵擋)150至200℃的溫度差。
光學性能(Spectrophotometry):
1.輻射(Radiation):
當太陽輻射到玻璃表面時,部份穿透(transmitted),部份被吸收(absorbed)於玻璃的厚度中,被吸收的部份最終會再向外側及內側分別輻射出(re-radiated),這些部份的能量與入射光能量之比值,定義了太陽光能的穿透率、反射率及吸收率。
影響這些不同的「率」的因素為玻璃的顏色、厚度及(如果為反射玻璃)鍍膜的種類與特性。
2.太陽能因子(SolarFactor):
太陽能因子又稱太陽能係數,其代表的是穿過玻璃進入室內的總能量與入射光能的比值。
進入室內的總能量就直接穿透部份與經過吸收後再內輻射部份的總合。
入射能量=100﹪
直接透過=83﹪
直接反射=8﹪
被吸收=9﹪
吸收後再外輻射=6﹪
吸收後再內輻射=3﹪
太陽能因子=83+3=86﹪=0.86
計算根據:
-太陽位於水面上30℃,與玻璃垂直
-太陽輻射強度750W/m2
-表面熱交換係數,向室外,he=23W/m2℃;向室內,hi=8W/m2℃
3.遮蔽係數(ShadingCoefficient):
某一片玻璃的遮蔽係數就是該玻璃的太陽能因子與在相同的環境情況下一片3mm透明清玻璃的太陽能因子的比值。
遮蔽係數的數值較小,代表通過該玻璃的熱量較低,也就是說該玻璃對太陽熱能有較佳的「遮蔽」效果。
4.日光因子(DaylightFactor):
室內的亮度與室外的比值稱之為日光因子。
例:
一個房間靠窗邊的日光因子為0
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