在現(xiàn)代社會(huì)，人們的日常生活中需要大量使用玻璃制品，已經(jīng)完全無(wú)法擺脫玻璃了。玻璃性質(zhì)穩(wěn)定，耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿，并且堅(jiān)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(lái)的，以及彩色玻璃是通過(guò)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(lái)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(lái)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(shí)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(shí)的顏色玻璃只是用來(lái)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(kāi)了玻璃帶色的秘密后,才能夠制造出來(lái).

        經(jīng)過(guò)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(dú)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(shí),玻璃的顏色不僅取決于加入的著色劑,人們還通過(guò)熔煉的溫度及爐焰的性質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)元素的化合價(jià),使玻璃呈現(xiàn)不同的顏色.例如玻璃中的銅,如果以高價(jià)的氧化銅存在時(shí)玻璃顯現(xiàn)藍(lán)綠色;以低價(jià)的氧化亞銅(Cu2O)存在時(shí),玻璃呈紅色.有時(shí),燒熔一次還不能使玻璃顯示優(yōu)異來(lái),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(shí)玻璃并不顯顏色;當(dāng)再次加熱到接近軟化的溫度時(shí),其中的金原子聚合成膠狀顆粒,此時(shí)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(huì)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(huì)隨著光線的強(qiáng)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(lái)遮陽(yáng),所以有人稱它為“自動(dòng)窗簾”.它又能阻擋陽(yáng)光中的紫外線通過(guò),圖書(shū)館藏書(shū)室和博物館裝上這種玻璃以后,可以保護(hù)書(shū)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(yáng)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?yàn)槠鹬饔玫慕饘俚妊趸镆雅c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(huì)越來(lái)越豐富多彩,我們的生活也會(huì)因?yàn)樗狞c(diǎn)綴和裝飾而變得多彩多姿.

二、玻璃是怎樣做出來(lái)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(jì)好的料方單,將各種原料稱量后在一混料機(jī)內(nèi)混合均勻.玻璃的主要原料有:石英砂、石灰石、長(zhǎng)石、純堿、硼酸等.

        2. 熔制,將配好的原料經(jīng)過(guò)高溫加熱,形成均勻的無(wú)氣泡的玻璃液.這是一個(gè)很復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(gè)坩堝,大的可多到20個(gè)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(gè)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(gè)冷卻過(guò)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(jī)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(lái)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(pán)粘住,二人邊吹邊拉主要用來(lái)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(lái)成形杯、盤(pán)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(jī)械成形.因?yàn)槿斯こ尚蝿趧?dòng)強(qiáng)度大,溫度高,條件差,所以,除自由成形外,大部分已被機(jī)械成形所取代.機(jī)械成形除了壓制、吹制、拉制外,還有(1)壓延法,用來(lái)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(guò)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(diǎn)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(guò)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(huì)降低玻璃制品的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性.如果直接冷卻,很可能在冷卻過(guò)程中或以后的存放、運(yùn)輸和使用過(guò)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(shí)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(qiáng)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(chē)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(qiáng)度.

三、有關(guān)概念

3.1 玻璃

        玻璃是非晶無(wú)機(jī)非金屬材料，一般是用多種無(wú)機(jī)礦物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長(zhǎng)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(wú)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(lái)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(guò)物理或者化學(xué)的方法制得的鋼化玻璃等。有時(shí)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(guò)眼、腦和我們的生活經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的一種對(duì)光的視覺(jué)效應(yīng)。人對(duì)顏色的感覺(jué)不僅僅由光的物理性質(zhì)所決定，比如人類對(duì)顏色的感覺(jué)往往受到周?chē)伾挠绊憽Ｓ袝r(shí)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(duì)食品的嗜好及發(fā)生反應(yīng)食欲，按來(lái)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(wú)機(jī)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(diǎn)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(shí)易發(fā)生遷移。

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