第1个回答 2018-02-01
玻璃工艺的起源?
毫无疑问,最早的时候,窗户是不用玻璃的。英文单词window,是从古代日耳曼语中的vindauga演变而来的,而这个词又是vindr(wind)和auga(eye)的组合,因此“窗户”的原始含义就是“风眼”。可见,窗户原来就是在墙上开个洞眼,然后随便找东西遮一下。
那么,从什么时候开始,人们将玻璃用在窗户上呢?我觉得有必要了解一下玻璃的历史。
在网上搜索,发现了一段关于发明玻璃的很生动的描述:
3000多年前,一艘欧洲腓尼基人的商船,满载着晶体矿物“天然苏打”,航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮,商船搁浅了。
于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅,搬来木柴,并用几块“天然苏打”作为大锅的支架,在沙滩上做起饭来。
船员们吃完饭,潮水开始上涨了。他们正准备收拾一下登船继续航行时,突然有人高喊:“大家快来看啊,锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西!”
船员们把这些闪烁光芒的东西,带到船上仔细研究起来。他们发现,这些亮晶晶的东西上粘有一些石英砂和融化的天然苏打。原来,这些闪光的东西,是他们做饭时用来做锅的支架的天然苏打,在火焰的作用下,与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生的晶体,这就是最早的玻璃。后来腓尼基人把石英砂和天然苏打和在一起,然后用一种特制的炉子熔化,制成玻璃球,使腓尼基人发了一笔大财。
大约在4世纪,罗马人开始把玻璃应用在门窗上。到1291年,意大利的玻璃制造技术已经非常发达。
“我国的玻璃制造技术决不能泄漏出去,把所有的制造玻璃的工匠都集中在一起生产玻璃!”
就这样,意大利的玻璃工匠都被送到一个与世隔绝的孤岛上生产玻璃,他们在一生当中不准离开这座孤岛。
1688年,一名叫纳夫的人发明了制作大块玻璃的工艺,从此,玻璃成了普通的物品。
这段描述的原始记载来自古罗马普林尼的《自然史》,根据其记载,公元前5000年人们就发现了玻璃。
我查到了一个网页,上面说现存最早的人工玻璃制品大约诞生于公元前3500年,主要都是一些玻璃球。到了公元一世纪,人们开始学会吹制玻璃器皿。
公元11世纪,德国人发明了制造平面玻璃的技术,就是吹制玻璃的时候,吹出一个又大又扁的“圆柱体”,让其垂直下垂,然后切割去“圆柱体”的底部,这样就形成了一大块的平面玻璃,长宽分别可达3米和0.45米。这种技术后来被13世纪威尼斯工匠继承。
从那以后,玻璃开始被用在建筑物的窗户上,最典型的就是中世纪教堂里的彩色玻璃(Stained glass)。不过,那个时候玻璃很贵,只有非常有钱的人才能用得起。
1981年,考古学家在南京发掘的一座东晋古墓中,出土了一些器皿的彩色玻璃粒、片,其透明度很高,几乎和现代玻璃没有什么区别,颜色有淡绿、咖啡、深蓝等色。考古学家认为,它的产地在古代西方的波斯或东罗马一带。
制造玻璃的主要原料是沙、纯碱或钾碱和石灰,它们需在高温下熔化而成。据说,发明玻璃的荣誉应归功于古代的威尼斯商人,因为他们的商船有一次在叙利亚的一个河口靠岸,当船员们准备烧晚饭时,在岸上找不到支撑锅子的石块,无奈只得从船舱内搬出一些硝石,以搭成炉灶煮饭。炉内烈火熊熊,把硝石及其周围的沙石一起熔化,最终变成了晶莹的液体,这就是玻璃。
埃及也是一个很早就知道玻璃制造奥秘的国家。在公元前7000年的墓穴中就发现玻璃念珠和项链,但这也许是从叙利亚带来的制品。然而,大约在公元前1600年,埃及人就开始自己生产玻璃了,从而兴起了作坊式的玻璃手工业。限于技术,当时生产的只有玻珠和花瓶。埃及人把碎石英细砾与沙混合使用,以改变玻璃的颜色。他们认识到在混合物中添加钴、铜或锰能分别制造出深蓝色、绿色或紫色的玻璃。
公元前1200年左右,埃及人学会模压玻璃,但直到公元前不久,威尼斯人才发明了用吹管吹制玻璃制品。
罗马人和腓尼基人可说是伟大的玻璃制造者,他们掌握了玻璃制造工艺,并进而学会了加工玻璃的方法,如切割、研磨、钻孔和雕刻,还曾使用薄的长方块玻璃来装饰墙面。公元10世纪,叙利亚的阿勒颇城的玻璃制品闻名遐迩,风靡一时。到12世纪时,阿拉伯人的玻璃制品征服了意大利的威尼斯,占领了整个欧洲市场。
我国的玻璃制造起源很早,两千多年前就发明了玻璃制造术,很早就用半透明和透明的“硫璃”作装饰品,这在东晋古墓中的彩色玻璃粒片可得到证实,后来发展为日用玻璃器皿。我国近代的玻璃工业则始于19世纪末,起初主要生产瓶罐和器皿,其后灯泡、保温瓶、仪器玻璃、窗玻璃等等都相继生产。
说起玻璃的制造,人们自然会想起温度相当高的玻璃熔炉。铅晶质玻璃生产线就是熔炼成玻璃后,由机械手挑料,自动压机成形,经火法抛光后进入退火窑。第二天取出,呈现在你面前的便是折光率强、图案精美、晶莹透明的高级艺术品,犹如天然水晶。传统的玻璃成形方法除吹制、压制和拉制外,还有离心浇注法。玻璃果盘甚至微晶玻璃雷达天线罩都是在离心浇注成形机上制得的。采用电火花开模新工艺生产了珍珠系列玻璃制品,例如珍珠玻璃果盆,其表面花纹呈雾状、盆底和边缘有晶亮的玻璃水珠,透明度高,折光感强,既可作家庭日用品,又可作工艺装饰品。蒙砂新工艺的开发成功,为玻璃器皿升级换代,增加花色品种开拓了新途径。近年来还发展了色彩鲜艳、无接头的五套色印花杯、玻璃磨花雕刻、仿景泰蓝花瓶等,尤其是玻璃水晶鞋艺术品,它是采用新工艺的新一代制品,它造型逼真,令人尝心悦目,属国内首创。
诚然,传统的玻璃制造离不开烈火熊熊的玻璃熔炉。然而,随着近代科学技术的发展,玻璃的制造术也不断地得到了更新和扩大,例如真空蒸发、溅射、辉光放电、低温合成、中子轰击以及无容器制造术工艺等相继闻世。真空镀膜能制备从熔体冷却不能获得的玻璃态薄膜,因为从理论上讲,当物质的淬冷速率达到一定极值时,任何物质(包括单质)都来不及进行有序化的排列——结晶,从而变成非晶态(玻璃)。
水晶和石英玻璃都是由氧化硅组成,不过,水晶是单晶,石英玻璃是无定形态。然而,水晶如果在强烈的冲击波作用下或用快中子辐照后,会转化成各向同性的石英玻璃,这便是新型的固态化工艺。
从月球上带回的太空玻璃,说明宇宙间存在着天然玻璃。由于宇宙空间处于真空状态、不受地球引力的影响,因而玻璃即使在高温下热处理也不会软化变形,更不必借助于坩埚来熔炼太空玻璃。这是一种得天独厚、无需坩埚等容器制备玻璃的新方法。现已在太空条件下制成了激光玻璃。由此可见,无容器工艺是当今玻璃制造技术中的新秀。
现代玻璃的制造术还发展了一种低温化学合成玻璃的新方法。这种方法由于不需要高温,所以对节约能源、降低成本有很大的作用,尤其对那些用高温也难以熔成玻璃的组份,使用低温合成法院仍可得到令人满意的结果。这一方法无凝将会引起玻璃制造术的一场重大变革。
另外还有什么浮法玻璃,好像使用某种电子射线工艺的
从那以后,玻璃开始被用在建筑物的窗户上,最典型的就是中世纪教堂里的彩色玻璃(Stained glass)。不过,那个时候玻璃很贵,只有非常有钱的人才能用得起。
玻璃的成份
普通玻璃主要是非晶的二氧化硅(SiO2),亦即石英,或砂的化学成分。纯正的硅土溶点为摄氏2000度。因此制造玻璃时一般会加入两种材料:碳酸钠 (Sodium Carbonate,Na2CO3 ,即苏打粉)及碳酸钾(Potash,钾碱)。这样硅土溶点将降至1000度左右。但是因为碳酸钠会令玻璃溶于水中,因此通常还要加入适量的氧化钙CaO,使玻璃不溶于水。
对可见光透明是玻璃最大的特点。一般的玻璃因为制造时加进了碳酸钠,所以对波长短于400纳米的紫外线并不透明。若果要让紫外线穿透,玻璃必须以纯正的二氧化硅制造。这种玻璃成本较高,一般被称为石英玻璃。纯玻璃对红外线亦是透明的,可以造成数公里长,作通讯用途的玻璃纤维。
常见的玻璃通常亦会加入其他成份。例如看起来十分闪烁曜眼的水晶玻璃(Lead glass),是在玻璃内加入铅,令玻璃的折射系数增加,产生更为眩目的折射。至于派热克斯玻璃(Pyrex),则是加入了硼,以改变玻璃的热及电性质。加入钡亦可增加折射指数。制造光学镜头的玻璃则是加入钍的氧化物来大幅增加折射指数。倘若要玻璃吸收红外线,可以加入铁。例如放映机内便有这种隔热的玻璃。玻璃加入铈则会吸收紫外线。
在玻璃中加入各种金属和金属氧化物亦可以改变玻璃的颜色。例如少量锰可以改变玻璃内因铁造成的淡绿色。多一点锰则可以造成淡紫色的玻璃。硒亦有类似的效果。少量钴可以造成蓝色的玻璃。锡的氧化物及砷氧化物可造成不透明的白色玻璃。这种玻璃好像是白色的陶瓷。铜的氧化物会造成青绿色的玻璃。以金属铜则会造成深红色、不透明的玻璃,看起来好像是红宝石。镍可以造成蓝色、深紫色、甚至是黑色的玻璃。钛则可以造成棕黄色。微量的金(约0.001%)造成的玻璃是非常鲜明,像是红宝石的颜色。铀(0.1 至2%)造成的玻璃是萤火黄或绿色。银化合物可以造成橙色至黄色的玻璃。改变玻璃的温度亦会改变这些化合物造成的颜色,但当中的化学原理相当复杂,至今仍然未被完全明解。
有时在火山溶岩中会出现天然的玻璃,称黑曜石或火山玻璃。黑曜石可以用来造成简单的尖刀。
玻璃的历史
人类相信自石器时代即已使用天然的火山玻璃。古埃及在公元前二千年左右已有记载使用玻璃作器皿。公元前200年,巴比伦发明了玻璃吹管制玻璃的方法,接着这个方法传入罗马,欧洲在公元一世纪左右罗马的波特兰瓶即是玻璃浮雕作品。到了十一世纪,德国发明制造平面玻璃的技术。先把玻璃吹成球状,然后造成圆筒型。在玻璃仍热时切开,然后摊平。这种技术在十三世纪的威尼斯得到了进一步改良。十四世纪欧洲的玻璃制造中心是威尼斯,很多以玻璃造成的餐具、器皿等都是由威尼斯制作。日后欧洲很多玻璃工匠都是师承威尼斯。1827年发明的玻璃压印机器,开展了大规模生产廉价玻璃器具的道路。
玻璃上有时会以酸或其他腐蚀物料刻上艺术图案。传统的造法是在吹或铸玻璃的时候由工匠刻作。后来在1920年发明了可以在模具上加上雕刻的办法,亦可以使用不同颜色的玻璃,于是在1930年以后,大量生产的廉价玻璃器具逐渐出现。
中国在西周时亦已开始制造玻璃。在西周时期的古墓中曾发现玻璃管、玻璃珠等物品。南北朝以前,中文多以琉璃称以火烧成,玻璃质透明物。宋时则开始称之为玻璃。到明清时,习惯以琉璃称呼低温烧成,不透明的陶瓷。很多当时的“琉璃”严格上来说,并不属于现代所说的“玻璃”。
玻璃种类
浮法玻璃/退火玻璃
世上大约90%的平面玻璃都是使用1950年代由皮尔金顿玻璃公司(Pilkington)的阿士达·皮尔金顿爵士发明的“浮法玻璃”制成。这种玻璃亦称退火玻璃,方法是把玻璃溶液倒进一缸溶解的锡内,玻璃浮上锡面后自然形成两边平滑的表面,慢慢冷却及成长带状离开锡缸。之后经过火打磨便成为接近完全平的玻璃。通常玻璃会以标准的厚度生产,分为2、3、4、5、6、8、10、12、15、19和22毫米。
把普通退火玻璃用在建筑上会构成潜在危险,因为当这种玻璃破裂时,会成为大块,锋利的碎片,可以造成严重的人员伤亡。多数地方的建筑条例会禁止在玻璃可能被打破的地方使用普通退火玻璃。例如:浴室、玻璃门、落地式玻璃窗、走火通道等等都不可使用这种玻璃。
在浮法玻璃发明以前,退火玻璃亦会以吹、卷压法生产。这些方法很难制成全平的玻璃,除非加以成本很高的机械打磨。
强化玻璃
强化玻璃、淬火玻璃或钢化玻璃(Tempered Glass)是由退火玻璃经热处理而成。退火玻璃先被切割成所需的大小,打磨好边缘或钻好洞,然后进行强化处理。玻璃被放在滚筒桌上,推入超过退火温度摄氏600度的焗炉,然后以空气迅速冷却。玻璃表面被冷却至退火温度以下,快速硬化及收缩;而玻璃内部则在短时间内仍作流动。当玻璃内部收缩,会在表面造成压应力,玻璃内部则成张应力。
一般强化玻璃比退火玻璃强四至六倍。原因是玻璃表面的轻微裂痕都会被应力所紧压,而内层可能出现裂痕的可能性亦较低。但是强化玻璃亦有缺点。因为玻璃内的应力需要平衡,所以如果强化玻璃上出现任何损坏或裂痕,整块玻璃都会碎成指甲大小,没有尖角的碎片。所以强化玻璃要在进行强化处理前事先切割及打磨。而且与退火玻璃相比,强化玻璃的硬度较低,较容易被刮花。
强化玻璃在建筑上的用途甚多,很多无框组件如玻璃门,玻璃幕场等都经常使用强化破璃。需要负重的玻璃亦会采用强化玻璃。
强化玻璃碎裂时形成的碎片细小及呈圆型,令人受伤的机会较少。故此被视为安全玻璃之一。但是强化玻璃在受撞击时,会有可能出现突然爆裂,所以强化玻璃不适用于某些场合下。
强化玻璃在数百年前已被发现,但当时并不知道其原理。十七世纪时,英国的鲁伯特王子把熔解的玻璃液滴进水内造成玻璃珠。这种泪滴形的玻璃非常坚硬,就算以槌敲打也不会破碎。但是只要把玻璃滴尾部弄破,它便会突然爆碎成粉末。这种玩意还被带到朝庭上,用来戏弄人,称为“鲁伯特水滴”(Rupert’s drop)。
夹层玻璃
夹层玻璃是1903年由法国化学家爱德华·班尼迪克特斯(Edouard Benedictus)发明。他在做实验的时候无意在玻璃瓶内铺上一层硝化赛璐珞(Cellulose nitrate),之后发现玻璃瓶跌在地上时裂而不破。他想把有塑胶夹层的玻璃应用在汽车的挡风玻璃上,以减少汽车意外所造成的伤亡。最初汽车生产对他的发明不太感兴趣,最先使用这种发明的反而是第一次世界大战时所生产的防毒面具。到了1936年改良使用聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinvl butyral PVB)作为夹层后,夹层玻璃才在汽车上大行其道,之后更成为政府强制的安全标准。
现代的夹层玻璃是以两层或更多层的普通退火玻璃造成,中间的夹层多数仍是PVB。把PVB 放在两层玻璃之间,加热至摄氏70度左右,然后以滚轴把中间的空气压出,让PVB把两层玻璃紧黏在一起。一般的夹层玻璃是以两层3毫米的玻璃,中间夹上0.38毫米的夹层。总厚度为6.38毫米。亦可以用更多层、更厚的玻璃来增加强度。例如防弹玻璃即是用多层厚的玻璃夹成,总厚度可达50毫米。
当夹层玻璃上的玻璃被碎裂时,夹层仍然会把两层玻璃黏著,避免整块玻璃碎成可以伤人的碎片。夹层玻璃亦被称为安全玻璃。
夹层玻璃中间的PVB层亦令玻璃的隔音效果增加,且可阻隔99%以上的紫外线。
汽车的档风玻璃都是夹层玻璃。但车上大部分其他的玻璃,例如侧面及后面的玻璃则是强化玻璃。如果留心看,便会发现汽车的挡风玻璃遇碰撞后只会裂而不破。其他玻璃则会碎成小粒。
自洁玻璃
这是一种由皮尔金顿公司发明的新科技玻璃,主要应用在建筑物、汽车上。玻璃外层表面涂上约50纳米厚的钛氧化物,在紫外光下会催化玻璃上的有机物分解。此外玻璃表面的亲水性协助下雨时在玻璃上形成一层水膜,可以把分解的有机物冲走且不留水迹,达到自洁效果。 标签: 玻璃球工艺品