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如何制作玻璃

如何制作玻璃

玻璃制作是非常古老的手艺,考古资料证明玻璃的制作可追溯到公元前2500以前。制作玻璃曾经是非常罕见及珍贵的艺术,如今已演变成普通工业。玻璃制品作为容器、绝缘体、增强纤维、镜片及装饰性艺术被用于商业及居家用途。尽管制作玻璃的材料各异,但其过程却是大致相同的,下面将为你进行说明。

使用火炉或窑

准备硅砂。硅砂也被称为石英砂,是制作玻璃的主要材料。想要制作透明玻璃片需要没有铁杂质的玻璃,因为铁质的存在会造成玻璃呈绿色。

  • 如果你处理超细颗粒的硅砂,请带上面罩,否则不小心将其吸入身体,可引起喉咙和肺部不适。
  • 你可在网上购买到硅砂,通常价格不会太贵。如果你想要以工业规模运作,专门的零售商可为大批订单提供极为优惠的价格。
  • 如果你无法找到不含铁杂质的硅砂,可添加少许二氧化锰抵消铁质造成的着色效果。或者如果你想要制作呈绿色的玻璃,那就让铁质留在里面吧。

将碳酸钠和氧化钙添加到硅砂里。碳酸钠(俗称洗涤碱)降低商业上制作玻璃所需温度。然而,碳酸钠会使水流过玻璃,所以必须添加氧化钙或石灰来使玻璃不溶于水中。此外,你也可加入氧化镁和(或)氧化铝,使制作出来的玻璃更耐用。一般上,这些添加剂在玻璃混合物中占不超过26到30%。

根据玻璃预计的用途添加其它化学品。装饰性玻璃最常见的添加物是氧化铅,能让水晶玻璃器皿闪闪发亮,并能增加柔软度,使玻璃更容易切割,而且还能降低熔点。眼镜镜片可能含有氧化镧,因为它拥有折射属性,而铁质则可帮助玻璃吸热。

  • 铅晶质玻璃(人造水晶)含有高达33%的氧化铅,然而使用越多氧化铅,就需要越好的技术将玻璃熔液塑造成型,因此许多人造水晶制造商选择采用较低的铅含量。

添加化学品使玻璃达到想要的颜色(如有)。如上所述,石英砂粒的铁杂质是制造出来的玻璃呈绿色,所以你可添加氧化铁增加绿色色调,氧化铜也能起同样作用。硫化物可产生淡黄色、琥珀色、褐色甚至是黑色色调,一切取决于有多少碳或铁也被添加到玻璃混合物里。

把玻璃混合物放入耐热坩埚或支架里。容器应能承受窑炉里极其高的温度。取决于你所使用的添加物,玻璃混合物的熔点处于15000至2500摄氏度的范围内你所使用的容器也应能轻易被金属钩及杆控制。

将混合物熔成液态。商用硅玻璃可放入煤气火炉完成,而特殊玻璃则需要使用电熔器、坩埚炉或窑制造。

  • 不含添加物的石英砂在2300摄氏度(4172华氏度)会变成玻璃。添加碳酸钠(苏打,洗涤碱)则可降低制造玻璃所需温度至1500摄氏度(2732 华氏度)。

使玻璃熔液均匀并去除气泡。这表示你需要搅拌混合液到固定的稠度,并添加硝酸钠、氯化钠或氧化锑等化学品。

将玻璃熔液塑造成型。你可通过下列七种一种方法使玻璃成型:

  • 将玻璃熔液倒入模具,待其冷却。此方法由古埃及人所用,这也是如今许多镜片的塑造方法。
  • 你可把大量玻璃熔液集中在一个空心管的末端,一边旋转,一边从管的另一端向其吹气。玻璃依靠进入空心管的空气、地心引力的作用以及玻璃吹制工使用的工具成型。
  • 将玻璃熔液倒入一缸锡槽内,漂浮在相对密度大的锡液表面上,在加压氮气的作用下慢慢成型。此方法制造出的玻璃被称为浮法玻璃,自20世纪50年代起用来制造平面玻璃。

待玻璃冷却。切勿把玻璃放在会受干扰或有灰尘、叶子、水滴落的地方。让凉爽物质接触到热玻璃可导致玻璃爆裂。

通过热处理增强玻璃。此过程被称为退火,去除在冷却过程中在玻璃上形成的任何应力点。没有经过退火的玻璃明显较为脆弱。一旦完成此过程,玻璃随后可镀膜、夹层或其它改善强度和耐久性的处理。

  • 退火的精确温度不一,取决于玻璃的准确成分,低可到399摄氏度(750华氏度),高可达538摄氏度(1000华氏度)。[3]玻璃冷却的速度也不同,通常较大片玻璃的冷却速度必须比较小的玻璃慢一些。在开始退火前先调查好正确的退火方法。
  • 另一个相关的过程就是回火,经过磨光的成型玻璃被放入烤炉加热到至少600摄氏度(1112华氏度),然后在高压下用空气让其急速冷却(淬火)。退火玻璃在6000 psi(421.94 kg/cm2)的压力下会变成碎片,而回火玻璃则在不少过10000 psi(703.23 kg/cm2)的压力下才会变成碎片,通常为大约24000 psi (1687.76 kg/cm2)。

使用炭烤架

用炭烤架制作一个临时火炉。此方法利用大炭火产生的热度将硅砂熔成玻璃。需要要使用的材料相对便宜及普通,理论上,你只需要到五金店一趟就已准备好自制玻璃了。使用大炭烤架,标准尺寸的圆形烤架即可。使用最坚固结实的烤架。大部分的炭烤架底部有一个通气孔,把这通气孔打开。

  • 即使在此方法可达到的极热温度下,想熔化烤架里的硅砂仍是十分困难。你可在开始前添加少许(所用硅砂三分之一或四分之一的分量)碳酸钠(洗涤苏打)、石灰和(或)硼砂到沙里。这些添加物可降低硅砂的熔点。
  • 如果你打算用吹制法制造玻璃,需要准备一支空心的金属长管。如果你准备把它放入模具,请预先把模具准备好。如果你想要不会被玻璃熔液的热度燃烧或熔化的模具,可使用石墨制模具。

了解此方法的危险。此方法将迫使传统烤架在大于其正常温度限制下燃烧,热得可能甚至使烤架本身也一起熔化。如果鲁莽进行此方法,可引起严重伤亡。请谨慎行事。备有大量泥土、沙石或用于高温的灭火器,以在必要时帮助灭火。

采取每一个可能的预防措施来保护自己和财产,以免在高温下受伤害。在户外空间大的混凝土表面进行此方法。切勿使用任何无法替代的用具。当你在加热玻璃时,请勿站在烤架附近。你也应该尽量穿上防护服,包括:

  • 工业用隔热手套
  • 烧焊用的面罩
  • 工业用围裙
  • 耐热衣服

准备一个附有长管的车间吸尘机。使用布基胶带或其它方法调整长管的角度,以便它能在不触及烤架主体的前提下直接对着底部通气孔吹气。你也可将长管固定在烤架的其中一个支柱或轮子上。尽量让吸尘机主要部件远离烤架。

  • 确保长管稳固且无法移动,如果在制造玻璃的过程中松脱,在太热的状况下你不应该接近烤架。
  • 启动吸尘机测试长管的位置。准确定位的长管应直接对着通气孔吹气。

在烤架里铺满木炭。使用的木炭须比烤肉所用的更多。有人通过把木炭堆至几乎满出来而取得成功的结果。把含有硅砂的铸铁锅或坩埚放在烤架中间,被木炭包围着。

  • 硬木炭(炭条)比煤砖燃烧得更热更快,如果可以获得此种木炭,它会是更好的选择。

点燃木炭。你可阅读木炭的包装,看看木炭是否能直接点燃,抑或需要点火液。让火焰均匀地蔓延。

等待木炭变热。当木炭呈浅灰色并散发出橙色火光,那就表示它们已经变热。你仅需站在烤架附近就能感觉到散发的热度。

启动车间吸尘机让空气进入木炭。木炭接触到底部传来的空气可燃烧到非常高温(1093摄氏度)。请保持谨慎,火势可能会突然旺起来。

  • 如果你还是无法达到够高的温度,可尝试在把空气引入通气孔时更换盖子。

玻璃熔化后,请格外小心地使用金属工具将之取出并成型。由于烤架方法无法取得太高的温度,玻璃溶液可能比窑炉制成的还要硬且难以塑造成型。根据寻常方法使用空心管、模具或其它工具使玻璃成型。