制玻璃的方法?

沙子，主要成分，石英（SiO2玻璃是一种奇特的物质，主要成份是石英砂， 其制造过程是石英砂配合其他化学原料在高温（摄氏1300度）烧制后冷却而成的结晶体，具有质硬、抗磨损，高透光率及抗腐特性，其广泛用途已有悠久历史。 现时制造玻璃之技术一日千里，其用途日益增加，由钟表、器皿、门窗、灯饰以及高科技如电子部件及太空科技等，都不可缺少玻璃。 我们日常接触最多的莫如「平板玻璃」，厚的用于门窗，薄的用于钟表及医学化验用途上，其制造方法是将溶炉中的玻璃溶浆用水平或牵引方法（又称浮法）及用垂直式牵引方法制成。溶浆经牵引出溶炉后亦同时作有系统的冷却，冷却完成后便成「平板玻璃」，平板玻璃的厚度主要决定于牵引时的速度，牵引速度越快，可制造出的厚度越薄。 普通的平板玻璃虽然从正面看似光亮通透，但从侧面近边缘之处看是略带青色，因玻璃颜色深浅取决于制造玻璃之主要原料-石英砂的纯净度及含铁量之多寡。 通常钟表业所选用的薄玻璃较优质，但价值较贵，其主要分别在于所用石英砂原料较优，含铁量甚低（一般在万分之三以下）） 
玻璃用原料多为天然矿石，因此制造玻璃，首先要将各种矿石进行粉碎，加工成粉料，然后根据玻璃成分，制成配合料，送入玻璃熔窑进行熔化，形成玻璃液。合格的玻璃液流经喂料池，并从喂料口流出形成料股。料股的温度，中碱玻璃一般为1150～1170℃，无碱玻璃为1200～1220℃。料股经每分钟近’200次剪切成球坯。球坯经溜槽、分球器，并由分球板拨动，分别滚入不同的漏斗，然后落到由三个旋转方向相同的辊筒所构成的成球槽中。球坯在辊筒上旋转及其自身的表面张力作用，逐渐形成光滑圆整的玻璃球。其直径的大小，由玻璃液流股的粗细、流速和剪刀速度所决定。 
玻璃球离辊筒时，温度还很高。为防止粘球，需经冷球盘或蛇形跑道予以冷却。为减少玻璃球内外温差而产生的残余应力，需经退火使之缓慢冷却。然后储存于球仓中以备质量检验. 
我们知道固体材料可以分为有机材料和无机材料两大类。有机材料有木材、塑料、有机玻璃、棉布、羊毛、尼龙等等。无机材料按照结构可以分成单晶体、多晶体和玻璃三大类。单晶体有规则的外形和严格规则的结构，例如红宝石是氧化铝单晶，水晶是二氧化硅单晶，金刚钻则是碳的单晶。多晶体是大量小单晶的集合体，各种陶瓷、金属都是多晶材料。玻璃是经熔融、冷却、固化而得到的非结晶固体。它的结构在原子、分子范围内有一定规则（近程有序），但在宏观范围却又没有规则（远程无序）。它可以依靠模具做成各种形状。玻璃的这种无规则结构，决定了玻璃的下列特性： 
1．各向同性，玻璃的质点排列总的说来是无规则的，但又是统计均匀的，因此，它的物理、化学性质在任何方向都是相同的。而晶体则是各向异性的。例：电阻率、导热系数、透过率、折射率等。 
2．无固定熔点，玻璃由固体转变为液体是在一定温度范围内逐渐变化的。而晶体是有确定的熔点的，例如，冰（水的晶体）在0゜C融化。玻璃的这一特性使它可用吹、拉、压等多种方法成形。 
3．组成和性能的可调性，玻璃的性能可随其成分在一定范围内发生连续和逐渐的变化。而晶体则具有固定的成分和确定的性能。这样，我们就可以调节玻璃的成分，使它的性能满足使用的要求。 
玻璃是如何生产出来的呢？玻璃的生产工艺包括：配料、熔制、成形、退火等工序。分别介绍如下： 
1． 配料，按照设计好的料方单，将各种原料称量后在一混料机内混合均匀。玻璃的主要原料有：石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。 
2． 熔制，将配好的原料经过高温加热，形成均匀的无气泡的玻璃液。这是一个很复杂的物理、化学反应过程。玻璃的熔制在熔窑内进行。熔窑主要有两种类型：一种是坩埚窑，玻璃料盛在坩埚内，在坩埚外面加热。小的坩埚窑只放一个坩埚，大的可多到20个坩埚。坩埚窑是间隙式生产的，现在仅有光学玻璃和颜色玻璃采用坩埚窑生产。另一种是池窑，玻璃料在窑池内熔制，明火在玻璃液面上部加热。玻璃的熔制温度大多在1300~1600゜C。大多数用火焰加热，也有少量用电流加热的，称为电熔窑。现在，池窑都是连续生产的，小的池窑可以是几个米，大的可以大到400多米2。 
3． 成形，是将熔制好的玻璃液转变成具有固定形状的固体制品。成形必须在一定温度范围内才能进行，这是一个冷却过程，玻璃首先由粘性液态转变为可塑态，再转变成脆性固态。成形方法可分为人工成形和机械成形两大类。 
A． 人工成形。又有（1）吹制，用一根镍铬合金吹管，挑一团玻璃在模具中边转边吹。主要用来成形玻璃泡、瓶、球（划眼镜片用）等。（2）拉制，在吹成小泡后，另一工人用顶盘粘住，二人边吹边拉主要用来制造玻璃管或棒。（3）压制，挑一团玻璃，用剪刀剪下使它掉入凹模中，再用凸模一压。主要用来成形杯、盘等。（4）自由成形，挑料后用钳子、剪刀、镊子等工具直接制成工艺品。 
B． 机械成形。因为人工成形劳动强度大，温度高，条件差，所以，除自由成形外，大部分已被机械成形所取代。机械成形除了压制、吹制、拉制外，还有（1）压延法，用来生产厚的平板玻璃、刻花玻璃、夹金属丝玻璃等。（2）浇铸法，生产光学玻璃。（3）离心浇铸法，用于制造大直径的玻璃管、器皿和大容量的反应锅。这是将玻璃熔体注入高速旋转的模子中，由于离心力使玻璃紧贴到模子壁上，旋转继续进行直到玻璃硬化为止。（4）烧结法，用于生产泡沫玻璃。它是在玻璃粉末中加入发泡剂，在有盖的金属模具中加热，玻璃在加热过程中形成很多闭口气泡这是一种很好的绝热、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。浮法是让玻璃液流漂浮在熔融金属（锡）表面上形成平板玻璃的方法，其主要优点是玻璃质量高（平整、光洁），拉引速度快，产量大 。 
4． 退火，玻璃在成形过成中经受了激烈的温度变化和形状变化，这种变化在玻璃中留下了热应力。这种热应力会降低玻璃制品的强度和热稳定性。如果直接冷却，很可能在冷却过程中或以后的存放、运输和使用过程中自行破裂（俗称玻璃的冷爆）。为了消除冷爆现象，玻璃制品在成形后必须进行退火。退火就是在某一温度范围内保温或缓慢降温一段时间以消除或减少玻璃中热应力到允许值。 
此外，某些玻璃制品为了增加其强度，可进行刚化处理。包括：物理刚化（淬火），用于较厚的玻璃杯、桌面玻璃、汽车挡风玻璃等；和化学刚化（离子交换），用于手表表蒙玻璃、航空玻璃等。刚化的原理是在玻璃表面层产生压应力，以增加其强度。 
讲玻璃必定要提一下它的一个重要新发展——微晶玻璃。由于晶体的性能优于玻璃，而玻璃则具有易于制造的优势，于是人们自然会想到能否把两者结合起来实现优势互补呢？回答是肯定的，这种结合就是微晶玻璃。微晶玻璃是通过附加的热处理，使玻璃基体中长出大量均匀分布的微小晶体（微米级），而形成的一类新材料。或者说是一类用玻璃工艺制得的具有陶瓷性能的材料。它集中了玻璃和陶瓷的优点。如果说人类制造玻璃已有五千多年历史（最早是在古埃及），那末，微晶玻璃是20世纪50年代才出现的一类新型材料。 
有关玻璃的资料 
(1)玻璃生产时的物理、化学变化过程 
在生产玻璃时，熔炉里的原料熔融后发生了比较复杂的物理、化学变化。以普通玻璃生产为例，主要反应过程是下列几个步骤： 
开始加热时，粉料在100～120℃的范围内开始脱水，在600℃时，石灰石和纯碱通过下列反应生成钙钠的复盐。 
CaCO3+Na2CO3=CaNa2(CO3)2 
在600～680℃时，所生成的复盐与SiO2开始反应： 
CaNa2(CO3)2+2SiO2=Na2SiO3+CaSiO3+2CO2↑ 
在740～800℃时，低熔混合物[Na2CO3—CaNa2(CO3)2]开始熔化，并不断地和SiO2作用： 
Na2CO3+CaNa2(CO3)2+3SiO2 
=2Na2SiO3+CaSiO3+3CO2↑ 
CaO熔体与SiO2的反应是在890～900℃时开始的。 
CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑ 
在1010℃时，尚未起反应的CaO也和SiO2形成硅酸钙。 
CaO+SiO2=CaSiO3 
全部物质在略高于1200℃时熔化，冷却以后即形成玻璃。 
(2)玻璃态 
玻璃态是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态。玻璃态物质的结构特点是，它的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形体那样无规则排列，人们把玻璃态的这种结构特征称为“短程有序、远程无序”，就是说，从小范围来看，它有一定的晶型排列，从整体来看，却像无定形物质那样无晶形的排列。所以玻璃态物质没有一定熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化变为液态。 
(3)钢化玻璃为什么机械强度很大？ 
普通玻璃内由于存在着较大的内应力而易脆，机械强度不大。为了消除这种内应力，必须在生产玻璃时用偏光仪观察玻璃内应力变化情况。当温度达到某一下限时，内应力开始减小，再加热至温度上限，内应力全部消失。生产钢化玻璃时，温度必须略为超过上限，而后急剧冷却，就好像钢淬火一样，所以叫做钢化玻璃。钢化玻璃大大改变了内应力的紧张状态，因而减小了它的脆性。1955年，我国开始生产钢化玻璃。