制作玻璃的基本过程涉及高温熔融原材料并冷却成型,主要包括以下步骤:
1. 原材料准备
玻璃的主要成分是 二氧化硅(SiO₂)(约70-75%),通常来自石英砂。为了改善性能或降低熔点,还需添加其他原料:
- 助熔剂:碳酸钠(Na₂CO₃)或碳酸钾(K₂CO₃),降低熔点(从约1700℃降至约1500℃)。
- 稳定剂:碳酸钙(CaCO₃),增强耐水性。
- 其他添加剂:氧化硼(B₂O₃)用于耐热玻璃(如硼硅玻璃),金属氧化物用于着色(如氧化钴呈蓝色)。
2. 高温熔炼
将混合好的原料放入耐高温容器(如陶瓷坩埚或工业窑炉),在 1400-1600℃ 高温下熔融:
- 原料逐渐熔化为液态玻璃浆。
- 持续高温去除气泡(可通过搅拌或添加澄清剂如硝酸钠)。
3. 成型工艺
液态玻璃通过不同方式成型:
- 浮法工艺:倾倒于熔融锡液上,形成平整的平板玻璃(如窗户玻璃)。
- 吹制:用吹管蘸取玻璃液,人工或机械吹成器皿(如花瓶、杯子)。
- 压制:将玻璃液倒入模具,用冲压机压制成型(如玻璃盘)。
- 拉制:通过机械牵引制成玻璃管或纤维(如光纤)。
4. 退火处理
成型后的玻璃需缓慢冷却(退火)以消除内部应力,防止开裂:
- 将玻璃放入 退火炉,在 500-600℃ 保温一段时间后逐渐降温。
- 退火时间根据厚度调整,可能需数小时至数天。
5. 后期加工(可选)
- 切割:用金刚石刀或激光切割成所需形状。
- 钢化:加热后急速冷却(淬火),提高强度(安全玻璃)。
- 镀膜/蚀刻:表面处理增加功能或装饰效果。
常见玻璃类型
- 钠钙玻璃:最常见,用于门窗、瓶罐。
- 硼硅玻璃:耐高温(如实验室器皿、耐热餐具)。
- 铅玻璃:高折射率(如水晶玻璃、光学镜片)。
注意事项
- 安全防护:高温操作需穿戴隔热服、护目镜。
- 环保:玻璃可100%回收,熔融后重新成型。
玻璃制造是化学与工艺的结合,工业化生产需精密设备,但小规模实验可在专业指导下用小型电窑尝试(注意安全!)。