不同顏色的玻璃是怎么制造出來的 玻璃是怎樣做出來的

        在現(xiàn)代社會，人們的日常生活中需要大量使用玻璃制品，已經(jīng)完全無法擺脫玻璃了。玻璃性質(zhì)穩(wěn)定，耐強酸強堿，并且堅硬耐用，是大部分重要設(shè)備所需的原材料之一。想進(jìn)一步了解玻璃是如何制作出來的，以及彩色玻璃是通過哪些特殊技術(shù)制造而成的，不妨讀一讀本篇文章吧。

一、不同顏色的玻璃是怎么制造出來的

        普通的玻璃是用石英砂、純堿和石灰石一起熔煉而成的.它是一種組成不固定的硅酸鹽的混和物.起初人們制造出來的玻璃是一些透明度差,帶有一些顏色的小玻璃片.它的顏色并不是人們有意識地加進(jìn)去的,而是所用的原料不純,混進(jìn)了雜質(zhì)的結(jié)果.那時的顏色玻璃只是用來做裝飾品,要求不高,人們只是偶然生產(chǎn)出了顏色玻璃.但是我們今天要求的顏色玻璃都有很高科學(xué)要求,這只有在揭開了玻璃帶色的秘密后,才能夠制造出來.

        經(jīng)過研究,人們發(fā)現(xiàn)如果在普通玻璃的配料中加入0.4~0.7%的著色劑,就能使玻璃帶上了顏色.著色劑大多是金屬的氧化物.我們前面已經(jīng)知道了每種金屬元素都有它獨特的“光譜特征”,所以不同的金屬氧化物都能呈現(xiàn)出不同的顏色.如果在玻璃配料中加入這些氧化物就給玻璃著上了色.例如加入氧化鉻(Cr2O3),玻璃現(xiàn)綠色;加入二氧化錳(MnO2),玻璃呈紫色;加人氧化鈷(Co2O3),玻璃呈藍(lán)色,煉鋼工人和電焊工人用的保護(hù)目鏡就是用這種玻璃制成的.

        其實,玻璃的顏色不僅取決于加入的著色劑,人們還通過熔煉的溫度及爐焰的性質(zhì)來調(diào)節(jié)元素的化合價,使玻璃呈現(xiàn)不同的顏色.例如玻璃中的銅,如果以高價的氧化銅存在時玻璃顯現(xiàn)藍(lán)綠色;以低價的氧化亞銅(Cu2O)存在時,玻璃呈紅色.有時,燒熔一次還不能使玻璃顯示優(yōu)異來,再要進(jìn)行第二次加熱才能使玻璃顯出顏色.名貴的金紅玻璃就是這樣,它是在普通的玻璃配料中加入微量的金子燒制成的.初次燒熔后,金以原子形式分布在玻璃中,此時玻璃并不顯顏色;當(dāng)再次加熱到接近軟化的溫度時,其中的金原子聚合成膠狀顆粒,此時玻璃就顯現(xiàn)出了美麗的紅色.

        現(xiàn)在,人們又用稀土元素的氧化物為著色劑制成了各種高等的顏色玻璃.摻有稀土元素的顏色玻璃,色調(diào)明凈,有光亮的色澤,甚至還會在不同的光線下改變顏色.例如氧化釹玻璃中就有這種特性,它在日光下顯紫紅色,在熒光下顯藍(lán)紫色,十分美麗.有一種玻璃會隨著光線的強弱而改變顏色,人們用它作眼鏡的鏡片和房屋的窗戶玻璃.用這種玻璃作窗玻璃,室內(nèi)可以保持一定的光亮度,再也用不著用窗簾子來遮陽,所以有人稱它為“自動窗簾”.它又能阻擋陽光中的紫外線通過,圖書館藏書室和博物館裝上這種玻璃以后,可以保護(hù)書籍和文物不受紫外線的破壞.

        除稀土元素外,在玻璃中直接添加鎢和鉑,也可以做成變色玻璃.

        普通的顏料因受陽光中的紫外線的照射或者空氣中的氧氣和二氧化硫的作用而退色;但顏色玻璃因為起著色作用的金屬等氧化物已與玻璃熔為一體,所以能經(jīng)得起日曬雨淋而永葆其美麗的青春容顏.隨著科技的日益發(fā)展,顏色玻璃的品種將會越來越豐富多彩,我們的生活也會因為它的點綴和裝飾而變得多彩多姿.

二、玻璃是怎樣做出來的

        玻璃的生產(chǎn)工藝包括:配料、熔制、成形、退火等工序.分別介紹如下:

        1. 配料,按照設(shè)計好的料方單,將各種原料稱量后在一混料機內(nèi)混合均勻.玻璃的主要原料有:石英砂、石灰石、長石、純堿、硼酸等.

        2. 熔制,將配好的原料經(jīng)過高溫加熱,形成均勻的無氣泡的玻璃液.這是一個很復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)過程.玻璃的熔制在熔窯內(nèi)進(jìn)行.熔窯主要有兩種類型:一種是坩堝窯,玻璃料盛在坩堝內(nèi),在坩堝外面加熱.小的坩堝窯只放一個坩堝,大的可多到20個坩堝.坩堝窯是間隙式生產(chǎn)的,現(xiàn)在僅有光學(xué)玻璃和顏色玻璃采用坩堝窯生產(chǎn).另一種是池窯,玻璃料在窯池內(nèi)熔制,明火在玻璃液面上部加熱.玻璃的熔制溫度大多在1300~1600゜C.大多數(shù)用火焰加熱,也有少量用電流加熱的,稱為電熔窯.現(xiàn)在,池窯都是連續(xù)生產(chǎn)的,小的池窯可以是幾個米,大的可以大到400多米

        3. 成形,是將熔制好的玻璃液轉(zhuǎn)變成具有固定形狀的固體制品.成形必須在一定溫度范圍內(nèi)才能進(jìn)行,這是一個冷卻過程,玻璃首先由粘性液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軕B(tài),再轉(zhuǎn)變成脆性固態(tài).成形方法可分為人工成形和機械成形兩大類.

        A. 人工成形.又有(1)吹制,用一根鎳鉻合金吹管,挑一團(tuán)玻璃在模具中邊轉(zhuǎn)邊吹.主要用來成形玻璃泡、瓶、球(劃眼鏡片用)等.(2)拉制,在吹成小泡后,另一工人用頂盤粘住,二人邊吹邊拉主要用來制造玻璃管或棒.(3)壓制,挑一團(tuán)玻璃,用剪刀剪下使它掉入凹模中,再用凸模一壓.主要用來成形杯、盤等.(4)自由成形,挑料后用鉗子、剪刀、鑷子等工具直接制成工藝品.

        B. 機械成形.因為人工成形勞動強度大,溫度高,條件差,所以,除自由成形外,大部分已被機械成形所取代.機械成形除了壓制、吹制、拉制外,還有(1)壓延法,用來生產(chǎn)厚的平板玻璃、刻花玻璃、夾金屬絲玻璃等.(2)澆鑄法,生產(chǎn)光學(xué)玻璃.(3)離心澆鑄法,用于制造大直徑的玻璃管、器皿和大容量的反應(yīng)鍋.這是將玻璃熔體注入高速旋轉(zhuǎn)的模子中,由于離心力使玻璃緊貼到模子壁上,旋轉(zhuǎn)繼續(xù)進(jìn)行直到玻璃硬化為止.(4)燒結(jié)法,用于生產(chǎn)泡沫玻璃.它是在玻璃粉末中加入發(fā)泡劑,在有蓋的金屬模具中加熱,玻璃在加熱過程中形成很多閉口氣泡這是一種很好的絕熱、隔音材料.此外,平板玻璃的成形有垂直引上法、平拉法和浮法.浮法是讓玻璃液流漂浮在熔融金屬(錫)表面上形成平板玻璃的方法,其主要優(yōu)點是玻璃質(zhì)量高(平整、光潔),拉引速度快,產(chǎn)量大 .

        4. 退火,玻璃在成形過成中經(jīng)受了激烈的溫度變化和形狀變化,這種變化在玻璃中留下了熱應(yīng)力.這種熱應(yīng)力會降低玻璃制品的強度和熱穩(wěn)定性.如果直接冷卻,很可能在冷卻過程中或以后的存放、運輸和使用過程中自行破裂(俗稱玻璃的冷爆).為了清理冷爆現(xiàn)象,玻璃制品在成形后必須進(jìn)行退火.退火就是在某一溫度范圍內(nèi)保溫或緩慢降溫一段時間以清理或減少玻璃中熱應(yīng)力到允許值.

        此外,某些玻璃制品為了增加其強度,可進(jìn)行剛化處理.包括:物理剛化(淬火),用于較厚的玻璃杯、桌面玻璃、汽車擋風(fēng)玻璃等;和化學(xué)剛化(離子交換),用于手表表蒙玻璃、航空玻璃等.剛化的原理是在玻璃表面層產(chǎn)生壓應(yīng)力,以增加其強度.

三、有關(guān)概念

3.1 玻璃

        玻璃是非晶無機非金屬材料，一般是用多種無機礦物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長石、純堿等)為主要原料，另外加入少量輔助原料制成的。它的主要成分為二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化學(xué)組成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸鹽復(fù)鹽，是一種無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。廣泛應(yīng)用于建筑物，用來隔風(fēng)透光，屬于混合物。另有混入了某些金屬的氧化物或者鹽類而顯現(xiàn)出顏色的有色玻璃，和通過物理或者化學(xué)的方法制得的鋼化玻璃等。有時把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也稱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系玻璃。

3.2 顏色

        顏色是通過眼、腦和我們的生活經(jīng)驗所產(chǎn)生的一種對光的視覺效應(yīng)。人對顏色的感覺不僅僅由光的物理性質(zhì)所決定，比如人類對顏色的感覺往往受到周圍顏色的影響。有時人們也將物質(zhì)產(chǎn)生不同顏色的物理特性直接稱為顏色。

3.3 著色劑

        著色劑（Coloring agent）是為食品著色的物質(zhì)，可增加對食品的嗜好及發(fā)生反應(yīng)食欲，按來源分為化學(xué)合成色素和天然色素兩類。著色劑主要分顏料和染料兩種。顏料按結(jié)構(gòu)可分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系顏料和無機顏料；染料是可用于大多數(shù)溶劑和被染色塑料的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系化合物、優(yōu)點為密度小、著色力高、透明度好，但其一般分子結(jié)構(gòu)小，著色時易發(fā)生遷移。

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