玻璃是非晶态固体材料之一，是在特定条件下才能形成的。目前元素周期表中已有90种左右的元素可参与玻璃的形成。

1.玻璃的形成

玻璃的形成即物质结构的无序化的过程。以熔体冷却法为例，从熔体冷却到常温能否保持无序状态，主要取决于该物质系统的相变、分相、核化和晶化等性能。公认的玻璃结构理论尚未建立，加上玻璃系统的复杂性及形成过程的特殊性，目前还没有统一而完整的玻璃形成理论。以下仅从玻璃形成热力学、动力学和结构化学等方面作简单的阐述。

（1）玻璃形成热力学　物质由晶态熔融成熔体时，其无序性剧增。熔体结构存在一定程度的近程有序，有序程度随其组成和温度改变，但不足以形成新相，也不能形成晶核。随着熔体的冷却，如果产生析晶，则释放出全部多余的自由能（熔融热）。若熔体玻璃化，因熔体过冷而影响能量释放速度，不可能释放出全部多余的自由能。因此，从热力学的角度看，玻璃态物质比相应的晶体有较高的内能，存在进一步降低内能，转变成晶态的趋势，可以通过析晶和分相以释放多余的能量，使之处于更稳定状态。

（2）玻璃形成动力学　按照玻璃形成动力学的观点，由离子键、共价键、金属键、“范德华”键和氢键结合起来的物质，都有可能形成玻璃。玻璃形成能力的大小，主要取决于熔体的冷却速度、晶核形成速度和晶体成长速度等因素。

玻璃形成的条件主要是：①晶核形成的势垒大，熔体中必须没有成核的杂质；或向熔体中添加助熔剂，能熔融掉成核杂质则有利于玻璃的形成。②结晶动力学的势垒大，当物质在其熔点（或液相温度）时的粘度较大，温度进一步降低，其粘度还会剧增的物质，有利于玻璃的形成。③在材料的粘度与温度的关系相近似时，熔点（或液相温度）低的材料，有利于玻璃的形成。④物质的原子配位数越小，越有利于玻璃的形成。

因此，从动力学的观点看，玻璃态物质是稳定的，它转变成晶体的概率很小。即玻璃态的析晶过程必需克服一定势垒（析晶活化能）和晶体生长所需的质点扩散活化能等。当熔体的冷却速度很大，粘度迅速增大，大大降低了质点的扩散能力，在熔体还来不及进行有规则的排列时就形成了玻璃和非晶态物质。能够采取非常规的超急冷等方法制得玻璃和非晶态物质就是有力的证明。

（3）玻璃形成的结构化学　影响玻璃形成的主要因素是键强、键性和熔体的结构。化学键的强度对玻璃形成有重大的影响，熔体中存在一定聚合度的大分子结构，析晶需要破坏原来的化学键，才能调整为呈规则排列的晶体晶格。化学键越强，越难实现这种调整，形成玻璃的倾向就越大。相反，则容易产生析晶。

化学键表示原子间的相互作用力，化学键的性质是物质结构的主要因素。离子键化合物的析晶活化能较小，很难形成玻璃；金属键没有方向性和饱和性，其结构趋向于最紧密堆积，组成有序结构的可能性很大，最不容易形成玻璃；共价键在各键之间有确定的方位，键长和键角不容易改变，具有一定的方向性和饱和性，一般配位数较小，不服从最紧密堆规则，纯共价键的化合物和单质，大部分是分子结构，分子间是分子键，分子键无方向性，形成相应的晶体的概率也很大。因此，纯共价键的物质也难以形成玻璃。只有离子键和金属键向共价键过渡，形成离子—共价键和金属—共价键的混合键时，通过强烈的极化作用，使这种键具有方向性和饱和性，有利于形成低配位数（3或4）或形成一种非对称结构时，才能形成远程无序排列的玻璃态结构。离子键向共价键过渡的混键称极性共价键，这种键既有离子键的特点，又有共价键的特性。因为存在离子键，就容易改变键角和形成非对称变形，有利于形成远程无序结构；因为有共价键的饱和性，不容易改变键长和键角等，有利于形成近程有序结构，因而比较容易形成玻璃。实践证明，在这样的离子共价键中的离子键占50%左右时，才能形成玻璃。

金属键向共价键过渡的混合键称为金属共价键，它类似于极性共价键也能形成玻璃。金属键倾向于紧密堆积，但加入原子半径小、电荷大的半金属离子或场强大的过渡金属离子或贵金属元素，金属原子就会产生强烈的极化作用，形成金属和加入元素的非对称变形的原子团，从而形成近程有序、远程无序的非晶态金属合金。

2.玻璃和非晶态材料的形成方法

（1）熔体冷却法　根据熔体冷过程中冷却速度的大小，可分为传统的玻璃冷却法和超急冷法两种。(www.daowen.com)

①传统玻璃的冷却法　传统玻璃是按照玻璃的用途和性能要求设计玻璃的成分，选择合适的原料制成的配合料，经高温（1500～1600℃）加热熔融、澄清、均化形成粘度较大的熔体，在常规条件下，经压、吹、拉等成型工艺、冷却、退火而制得。光学玻璃、平板玻璃、器皿玻璃、电真空玻璃等均使用这种方法制成。但是这种方法的冷却速度慢（102～103K/s），无法使金属及其合金或某些离子化合物形成玻璃。

②超急冷法　超急冷法是指冷却速度极大（106～108K/s），能使采用传统的熔体冷却法无法形成玻璃态的物质（如氟化物、硫酸盐等）形成玻璃，也能用于制备非晶态合金等。按照冷却形式的不同，有离心喷吹（射）法、喷射法、轧辊法、转筒甩出法、扭力弹射法、等离子喷涂法和熔体雾化法等。

（2）溶胶—凝胶法　该法是一种化学合成玻璃的新技术，通常以金属醇盐或有机、无机盐为原料，与水制成溶液，经水解形成溶胶，再聚缩成湿凝胶，通过适当的方法干燥、烧结制成玻璃。

溶胶—凝胶法的优点是：①混合均匀性好，可使二元以上系统达到分子级超均匀性结合。②成分可调性好，可按分子设计的要求制得化学配比准确的玻璃。③合成温度低，可制得含易挥发或难熔组分的多元系玻璃。④可制得用传统方法无法或难以获得的高熔点、易析晶的玻璃。⑤可利用凝胶具有极大的比表面积和均匀连通孔的特点，采取分子填充等技术制得具有特殊功能的玻璃。

因此，应用溶胶—凝胶技术不仅可以制备块状玻璃，还可制备超薄玻璃、功能薄膜（如遮阳、电、彩电、热反射、选择吸收、抗辐射、化学保护及耐磨等）、粉体、微孔体、纤维、有机改性硅酸盐材料等。

（3）气相沉积法

①化学气相沉积（CVD）法　将化学原料，由可燃性载气导入高温区，经分解或氧化等化学反应、沉积形成非晶态块体或薄膜的方法。根据加热方式、炉体结构及压力等，又可分为常压CVD、真空CVD、改良（M）CVD等离子体（P）CVD和激光（L）CVD等不同的方式。

化学气相沉积法已广泛用于制备石英玻璃系光通讯纤维、高纯石英玻璃、掺杂石英玻璃（如低膨胀、滤紫外、紫外敏感、磁性及激光放大等）、非晶态硅太阳能电池、导电材料及绝缘材料等。

②物理气相沉积（PVD）法　采用真空蒸发、阴极溅射、辉光放电等沉积技术，制备玻璃和非晶态材料（膜）的方法。由于这种方法有工艺简单、易于控制、适应性较强等优点，已得到广泛的应用，如用于制备单元素（金、银、铁、钴等）、某些半金属单质（硅、锗和镓等）和第Ⅲ、Ⅴ族副族元素非晶态氧化物薄膜等。其中采用阴极溅射制得的薄膜具有膜层稳定和基体结合牢固、耐磨性好等优点。辉光放电是利用直流或高频电源，产生辉光放电并形成原子氧等离子区，在低压下分解有机金属化合物，在基板上凝聚形成非晶态膜的方法，已用于非晶态硅太阳能电池材料的生产。

（4）能量泵入法　能量泵入法是向晶态固体物质泵入能量，直接形成非晶态材料的方法。主要有高能射线辐射法、冲击波法、离子注入法等。