玻璃與玻璃態

網狀修飾者(network modifier)

如果網狀形成者是建築工,網狀修飾者就是斷線鉗。修飾者是一種氧化物,通常來自大而低電荷的陽離子,如鈉(Na2O)、鉀(K2O)、鈣(CaO)或鎂(MgO),它並不加入玻璃骨架。相反地,它的氧硬闖進網路、剪斷一根連接鍵,而金屬陽離子則安頓在附近的空腔中,只靠靜電吸引鬆鬆地被固定。每一個修飾者氧化物都在打斷橋樑,而藉由打斷橋樑,它鬆開了整個結構。

這裡的化學相當精確,值得逐步走一遍。純矽石是完全相連的網路,每個氧都橋接兩個矽。加入一個單位的 Na2O,它那單一的氧會插進一根 Si-O-Si 橋,把那一個橋接氧變成兩個非橋接氧,每個現在只鍵結一個矽並帶負電。兩個鈉離子則坐在旁邊平衡電荷。所以每加入一個 Na2O,就製造兩個非橋接氧,並把網路多剪一點。加得越多,網路就越支離、越不相連。

為什麼要刻意這麼做?因為純矽石在攝氏約 1700 度才熔化、黏得驚人,硬到根本無法在瓶爐裡熔化或吹成窗玻璃。加入蘇打(soda)作為助熔劑,可以大幅砍低熔化溫度與黏度,讓玻璃便宜又好加工,這正是鈉鈣玻璃的立足點。但代價也在:修飾嚴重的玻璃有更多非橋接氧,因此加熱時膨脹更多(熱震阻抗較差),化學上也較不耐久。純蘇打玻璃(水玻璃)其實會溶於水,這就是為什麼要把石灰(lime)加回去當穩定劑,以恢復耐久性。

把純矽石想成一張每根鐵絲都綁牢的鐵絲網。每一匙蘇打灰就是一把剪鉗,剪斷幾個環節:網變得鬆軟、容易折疊,這就是熔融液能澆能吹的原因。加太多,網就散架,像廉價黏著劑用的矽酸鈉水玻璃一樣溶於水。石灰再把剩下的部分收緊回來。

修飾者剪斷網路鍵結,使熔融液變得流動;加太多會毀掉耐久性,因此加入石灰予以穩定。

修飾者是一種取捨,而非白得的性能:它以較高的熱膨脹與較低的化學耐久換來低熔化溫度與易成形。便宜好加工的窗玻璃,其實是被刻意弱化的矽石。

又稱
modifier oxideflux修飾氧化物助熔劑