陶瓷與玻璃
網狀形成者(network former)
如果玻璃是被凍結的三維原子網,那麼網狀形成者就是真正把網織起來的氧化物,而網狀修飾者是你加進去剪斷幾條線、讓它更好加工的成分。二氧化矽(SiO2)是典型的形成者:它的 SiO4 四面體往各方向以角接角連成連續的網,這張網就是玻璃。氧化硼(B2O3)與氧化磷(P2O5)也是形成者。
純二氧化矽玻璃極佳卻很難搞:因為網太完整,你得加熱到約 1700 度 C 以上它才夠流動可塑形。所以玻璃工匠加入網狀修飾者,如鈉(Na2O)與鈣(CaO)的氧化物。它們的金屬離子不加入網,而是打斷部分 Si-O-Si 橋,留下懸空的非橋接氧。每斷一座橋就是剪掉一條線,於是網變鬆,玻璃在低得多的溫度(約 1000 度 C)就軟化流動。普通窗玻璃叫鈉鈣玻璃,大約是 70% 的二氧化矽形成者加上鈉、鈣修飾者,這正是它便宜的原因。
代價是:修飾者越多越好加工,但玻璃越弱、越不耐化學、越怕熱;鈉太多,玻璃甚至會溶於水。這也是為何兩類之間還有一群中間者,如氧化鋁,可以扮演任一角色。別把修飾者離子想成裝飾性地填洞;它們是主動剪斷承載的網,而這正是它們降低熔點的機制。
純二氧化矽要約 1700 度 C 才能加工;加入鈉、鈣修飾者剪斷 Si-O-Si 橋,鈉鈣窗玻璃約 1000 度 C 就軟化。
形成者織起承載的網,修飾者剪線以降低加工溫度,代價是耐久性下降。
修飾者不是溫柔地填空隙,而是打斷橋接的 Si-O 鍵。所以鈉越多越好加工,卻得到更弱、更不耐久、甚至會溶出或溶解的玻璃。
又稱
另見