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玻璃制造工藝
以酸性、堿金屬、堿土金屬氧化物為主要原料制成玻璃和玻璃制品。不同玻璃制品的制造方法各有其特點(diǎn)，但主要工藝是相似的（圖1）。
簡(jiǎn)史 公元前2600年，巴比倫已有綠色玻璃棒。公元前2500年，美索不達(dá)米亞地區(qū)和埃及已能制造玻璃珠。最早的玻璃器物由玻璃塊鑿制而成。以后埃及人用粘土和砂做成一定形狀的砂芯,在砂芯上逐層蘸集玻璃液,經(jīng)過拍打塑形和用顏色玻璃條圍繞裝飾，固化后再將砂芯除去,制得玻璃器物。公元前1200年,埃及人采用開口模型將玻璃壓成碗、盤、杯等制品。中國(guó)古代玻璃制造技藝萌芽于西周。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期出現(xiàn)含鉛和鋇硅酸鹽玻璃。漢代已有模壓、鑄壓的玻璃壁、珠等。公元前200年,巴比倫人首先使用吹玻璃的中空鐵管。用吹管吹制玻璃制品是玻璃制造中的一個(gè)突躍性進(jìn)展。公元1世紀(jì),羅馬人把各種顏色玻璃拉成棒，排列成捆燒熔，再切出具有一定圖案截面的玻璃薄片,在模具上將這些薄片加熱熔接,制出千花玻璃器。他們已掌握在玻璃表面刻磨、用顏色釉彩繪和在玻璃中夾金等技藝，并會(huì)在暗色玻璃上鑲套一層乳白玻璃，再磨去乳白玻璃，制出具有圖案的套料刻花、雕花玻璃瓶。7世紀(jì)，敘利亞人把玻璃吹成球,再用鐵頂桿蘸少量玻璃液粘住球底部，然后切斷吹管處玻璃，用頂桿將開口球在爐中加熱軟化，借快速旋轉(zhuǎn)的離心力將玻璃球展平成平片玻璃，稱冠冕法。11～16世紀(jì)，威尼斯成為玻璃制造中心。當(dāng)時(shí)用軟錳礦使玻璃顏色得到中和脫色制得無色透明的玻璃，并恢復(fù)了羅馬人的顏色釉彩繪、玻璃夾金、玻璃磨刻等裝飾方法。
1615年，英國(guó)用煤取代木柴作熔制玻璃的燃料，使熔化溫度有所提高。1635年又用燧石作原料并引入氧化鉛，制成折射率高、色散大、易于刻磨的鉛晶質(zhì)玻璃。1688年，法國(guó)用澆注法制出平板玻璃，經(jīng)研磨拋光后用以制造鏡子。17世紀(jì)末,北歐用吹筒法代替吹圓球法,將圓筒沿長(zhǎng)度剖開重新加熱，以自身重量在鐵臺(tái)上展平成片,其平整度大為改善，產(chǎn)量增大。1790年,瑞士人P.L.吉南發(fā)明用攪拌玻璃液的辦法制出高均勻度的光學(xué)玻璃。1821年，玻璃成型開始采用對(duì)開模具。1867年，德國(guó)人西門子兄弟建立燃煤蓄熱室連續(xù)式池窯，用于熔制玻璃，燃料消耗降低，玻璃生產(chǎn)量劇增。1880年，德國(guó)人O.肖特和E.阿貝研究玻璃組成與性質(zhì)關(guān)系，擴(kuò)大了玻璃成分的范圍。1882年，阿博加斯特發(fā)明玻璃空心制品成型的壓－吹法。1885年，阿什利制成半自動(dòng)制瓶機(jī)，并建立制瓶成型的吹－吹法。1904～1905年，美國(guó)人M.J.歐文斯成功地制造了全自動(dòng)制瓶機(jī)，采取吸料成型。1910年起開始發(fā)展滴料供料機(jī)。此后，采用供料機(jī)供料的各種自動(dòng)成型機(jī)相繼出現(xiàn)并不斷發(fā)展，玻璃瓶罐開始大批量高速度連續(xù)生產(chǎn)。1912年，比利時(shí)人E.富爾科提出玻璃液通過槽子磚經(jīng)引上機(jī)拉制成平板玻璃工藝，1913年用于工業(yè)生產(chǎn)，開始大批量連續(xù)生產(chǎn)平板玻璃和窗片玻璃。1910年，美國(guó)人I.W.科爾伯恩研究平板玻璃的水平拉引法問世，1916年由利比－歐文斯(Libbey Owens)公司成功地投產(chǎn)。1930年,美國(guó)匹茲堡玻璃公司(PPG)采用無槽引上法生產(chǎn)平板玻璃。1931年，生產(chǎn)連續(xù)玻璃纖維法問世。1959年，英國(guó)皮爾金頓(Pilkington)公司發(fā)明的平板玻璃浮法成型投入生產(chǎn)，玻璃液漂浮在熔融金屬(錫)表面，使成型質(zhì)量大為提高。

原料 包括主要原料和輔助原料。前者指引入玻璃的形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氧化物、中間體氧化物和網(wǎng)絡(luò)外氧化物等原料；后者可以加速玻璃熔制，或使其獲得某種必要的性質(zhì)。

主要原料 根據(jù)引入氧化物的性質(zhì)，分為酸性氧化物原料、堿金屬氧化物原料和堿土金屬氧化物原料。

①酸性氧化物原料:有SiO2、B2O3、Al2O3等的原料。SiO2是硅酸鹽玻璃中玻璃結(jié)構(gòu)的骨架。它賦予玻璃高強(qiáng)度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性和低膨脹性，但會(huì)使玻璃的熔融溫度增高，粘度增大。SiO2的引用原料是硅砂或砂巖、石英巖。玻璃中加B2O3，可降低玻璃的熱膨脹性,提高折射率、耐熱急變性和耐化學(xué)侵蝕性,在溫度較高時(shí)能降低玻璃粘度，溫度較低時(shí)提高玻璃粘度。B2O3的引用原料是硼砂或硼酸。玻璃中加 Al2O3能減小玻璃析晶傾向和增強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性，提高強(qiáng)度，增大玻璃粘度。其引用原料通常是伴含K2O或Na2O和SiO2的長(zhǎng)石,也可以用工業(yè)氧化鋁等。

②堿金屬氧化物原料:有Na2O、K2O的原料。玻璃中加Na2O和K2O成分可降低熔融溫度，減小粘度,但會(huì)使玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性變差。其引用原料是純堿(Na2CO3)和鉀堿(K2CO3)。

③堿土金屬氧化物原料：有CaO、MgO、BaO、ZnO、PbO的原料。玻璃中加 CaO和MgO能減弱鈉硅玻璃析晶傾向，增強(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性，高溫時(shí)能降低玻璃粘度，促進(jìn)玻璃熔化和澄清,但溫度降低時(shí)粘度增加很快,成型操作困難。其引用原料是石灰石(CaCO3)和菱苦土(MgCO3)，或用同時(shí)含CaO和MgO的白云石。玻璃中常加BaO和ZnO以調(diào)節(jié)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和折射率等性質(zhì)，其引用原料常為工業(yè)ZnO和BaCO3、BaSO4或 Ba(NO3)2。玻璃中加PbO可顯著提高折射率和色散，使玻璃吸收短波長(zhǎng)射線，同時(shí)，比重增大，熔融溫度降低,與金屬浸潤(rùn)性好。PbO的引用原料是紅丹和黃丹或工業(yè)硝酸鉛。

此外，碎玻璃也是一種主要原料，常稱為熟料，能夠在較低的溫度下熔融，有助于玻璃配合料的溶化。

輔助原料 一般包括澄清劑、著色劑、脫色劑、乳濁劑、助熔劑等。

①澄清劑：在玻璃熔制時(shí)分解排放氣體，加速玻璃熔體排出氣泡。有白砒、氧化銻、硝酸鹽、銻酸鈉、芒硝等。

②著色劑：使玻璃具有各種不同顏色，通常是過渡金屬Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Fe的化合物,CdS、CdSe及Se、Au、Ag的化合物等。

③脫色劑：脫色分化學(xué)脫色和物理脫色?；瘜W(xué)脫色是加入氧化劑，將帶色化合物氧化成無色或淺色。物理脫色是根據(jù)互補(bǔ)色原理，加入著色劑以抵消FeO、Fe2O3、Cr2O3、TiO2等雜質(zhì)呈現(xiàn)的顏色。如氧化鐵使玻璃呈青綠色，通常加入硝酸鹽、氧化鈰將鐵氧化成高價(jià)后，著色力減弱。還可加入Se、Co、Ni、Mn的化合物產(chǎn)生紅紫色，與Fe化合物的青綠色互補(bǔ)成無色，但降低了光透過率。

④乳濁劑：使玻璃冷卻時(shí)析出密布晶體，對(duì)光線產(chǎn)生散射而不透明。常用水晶石、氟硅酸鈉等氟化物和磷酸鈣等磷酸鹽。

生產(chǎn)過程 主要包括配合料制備、熔制、成型、退火和后加工等步驟。

配合料制備 首先對(duì)原料進(jìn)行預(yù)加工，包括對(duì)塊狀原料的粉碎、潮濕原料的預(yù)干燥和含鐵原料的除鐵處理等。粉碎的顆粒度以0.25～0.5mm為宜,過粗的顆粒不易充分熔化,在玻璃中會(huì)形成殘留料粉結(jié)石或富硅節(jié)瘤;過細(xì)的顆粒容易飛揚(yáng)或集聚成團(tuán)。將具有一定顆粒度的原料按配方精確稱量，再用轉(zhuǎn)鼓式、槳葉式或盤式混合機(jī)進(jìn)行混合。

熔制 將玻璃配合料進(jìn)行高溫熔化、澄清，形成均勻的無氣泡、無結(jié)石的玻璃液。玻璃配合料的熔制溫度隨成分不同而異，通常為1300～1600℃。配合料在高溫下發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，逐步熔融完全。隨溫度的升高,粘度顯著減小,其中夾雜的大量空氣和原料分解產(chǎn)生的氣體從熔融液中上升并逸出，使熔體變得清澄。在高溫排除氣泡的同時(shí),玻璃液的化學(xué)組成也趨向均勻,必要時(shí)，加機(jī)械外力攪動(dòng)。澄清和均化完成后，降溫使玻璃液均勻一致地達(dá)到適合成型要求的粘度。

熔制在玻璃熔窯中進(jìn)行。大批量生產(chǎn)時(shí)在池窯中連續(xù)熔制。配合料在窯的一端加入，供成型的玻璃液在另一端排出。小量生產(chǎn)時(shí)在坩堝窯中間歇熔制。

成型 將玻璃液加工成固定幾何形狀的制品。玻璃降溫時(shí)由液態(tài)、可塑態(tài)至固態(tài)，將玻璃的供取料、賦形和定型的制作階段連接起來。人工挑料時(shí)，玻璃液粘度通常為102.2Pa·s；機(jī)械自動(dòng)供料時(shí)為102～103Pa·s,相當(dāng)于玻璃液澄清時(shí)粘度的10～100倍。玻璃液滴入模的適宜粘度通常為103.5Pa·s,脫模時(shí)粘度應(yīng)為106Pa·s, 在這個(gè)可塑范圍內(nèi)對(duì)玻璃料進(jìn)行剪切、粘結(jié)、吹擴(kuò)、壓延等成型操作。若制作時(shí)間較長(zhǎng)，須調(diào)節(jié)玻璃成分使粘度轉(zhuǎn)變趨緩和析晶傾向小，以免在成型過程硬化太快和發(fā)生析晶。常用的玻璃成型方法有吹制法、壓制法、拉引法、澆注法、壓延法等。

①吹制法：用以制造空心玻璃制品，如水杯、器皿、瓶、罐、燈泡等。人工吹制時(shí)使用長(zhǎng)約1.5m中空鐵吹管，一端蘸取玻璃液（挑料），一端為吹嘴。挑料后在滾料板（碗）上滾勻、吹氣，形成玻璃料泡，在模中吹成制品；也可無模自由吹制，最后從吹管上敲落。大型制品成型時(shí)，需反復(fù)挑料滾勻，以集取足夠料量。機(jī)械吹制時(shí)，玻璃液由玻璃熔窯出口流出，經(jīng)供料機(jī)形成設(shè)定重量和形狀的料滴，剪入初型模中吹成或壓成初型，再轉(zhuǎn)入成型模中吹成制品。吹成初型再吹成制品的稱吹－吹法，適宜制成小口器皿和瓶罐。壓成初型再吹成制品的稱壓－吹法，適宜制成大口器皿和薄壁瓶罐。
康寧帶式吹泡機(jī)是機(jī)械吹制中較為特殊的一類。它先將玻璃液經(jīng)轉(zhuǎn)輥壓成有間隔塊體的帶狀，吹泡機(jī)的多個(gè)吹氣頭在玻璃料帶上同步運(yùn)行并吹成初型，再合上成型模吹成制品。適宜制造燈泡殼、電子管殼、水杯等。

②壓制法:用以制造敞口和實(shí)心制品,如碗、盤、缸、鏡片、顯像屏和錐、磚等。人工壓制以鐵桿取料，按設(shè)定量剪落入模，模芯（沖頭）壓下將玻璃液擠滿模腔壓成制品。機(jī)械壓制采用和吹制法相同的供料方法將玻璃液剪入多模壓制機(jī)的模中,自動(dòng)落下模芯成型。壓制法成型的玻璃液表層因接觸模和模芯，降溫很快，適于制造較厚和較淺的制品。

③拉引法：用以制造玻璃管、棒、纖維以及窗片與平板等。人工拉管時(shí)用鐵管反復(fù)挑料，集起大量玻璃液滾勻后形成料泡，料泡頂端用另一鐵桿取料粘住、吹氣，以一定速度慢慢拉開。機(jī)械拉引分上引、下引和水平拉引。機(jī)械拉制玻璃管時(shí)，首先，玻璃液流入拉管池，依靠耐熱合金或耐火材料的芯軸和軸中心通入的空氣形成管根,由牽引輥連續(xù)拉成管。連續(xù)纖維的拉引方法是在拉絲坩堝中控制玻璃液溫度，坩堝底部有100多個(gè)漏嘴,高速旋轉(zhuǎn)的拉絲機(jī)構(gòu)拉出連續(xù)不斷的纖維，繞在筒上。機(jī)械引板的方法是在通道成型室以玻璃液面拉引起玻璃板。玻璃液面設(shè)槽子磚的稱有槽引上法，玻璃液從磚槽中涌出；自由液面向上拉引和經(jīng)轉(zhuǎn)向輥成為水平拉引出分別稱無槽引上法和水平拉引法。浮法拉引則是玻璃液通過溢流口經(jīng)流槽流到高溫錫液表面展開成玻璃板，同時(shí)向槽尾部拉引，在錫液面上玻璃板藉高溫表面張力自身平整光潔。

④澆注法：用以生產(chǎn)光學(xué)玻璃、建筑裝飾制品等。其中離心澆注法用以生產(chǎn)大直徑玻璃管、器皿、大容量反應(yīng)鍋和玻璃錐等。用于澆注的玻璃液粘度要小，在模子中凝固成型。離心澆注時(shí)，玻璃液注入模中，然后高速旋轉(zhuǎn)，玻璃液受離心力作用緊貼到模子壁上，直到固化。

⑤壓延法：用以制造厚玻璃板、壓花平板玻璃、夾絲平板玻璃?？蓪⒉Ａб簝A倒在金屬平臺(tái)上，用壓輥延展成板，也可將玻璃液連續(xù)流入兩個(gè)滾筒間隙中滾壓成平板。滾筒上刻有花紋即成壓花平板。滾筒間夾入金屬絲便成夾絲玻璃。

退火 目的是消除玻璃制品中永久應(yīng)力和結(jié)構(gòu)不平衡性。玻璃是不良導(dǎo)熱體，制品成型后，表層與內(nèi)層在降溫過程中產(chǎn)生溫差,當(dāng)表層凝固狀、內(nèi)層粘滯狀時(shí),溫差存在而應(yīng)力松弛不存在，這一溫差于表層冷卻至室溫時(shí)，內(nèi)層繼續(xù)降溫收縮,受到表層阻礙產(chǎn)生張應(yīng)力,同時(shí)使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，永久存在。制品各部位由于熱過程引起的永久應(yīng)力的大小和分布都不會(huì)均勻一致,因此,會(huì)影響玻璃制品強(qiáng)度，甚至?xí)驊?yīng)力集中而自行破裂。退火可消除玻璃內(nèi)部的有害張力和防止新應(yīng)力產(chǎn)生。退火時(shí)將玻璃制品加熱或在熱成型后保持到退火溫度，使原有應(yīng)力得到松弛和消除，然后緩慢地冷卻到應(yīng)變溫度以下，玻璃完全進(jìn)入剛性體狀態(tài)以后，內(nèi)外層溫度差只產(chǎn)生暫時(shí)應(yīng)力。由于某些性能和功能的玻璃（如光學(xué)玻璃、溫度計(jì)玻璃）在轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)，巨大粘滯性使結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)緩慢，致使其性能來不及達(dá)到與溫度一致的平衡狀態(tài)，使用中會(huì)因緩慢平衡產(chǎn)生性能變動(dòng)，因此，須在退火溫度保持足夠時(shí)間。

與退火消除永久熱應(yīng)力相反，玻璃的淬火，是通過熱處理在玻璃表面造成壓應(yīng)力以提高玻璃的強(qiáng)度。玻璃制品加熱到接近軟化溫度后立即用空氣或油等冷卻介質(zhì)驟冷，可以有控制地使玻璃制品的表層產(chǎn)生具有均勻的永久壓應(yīng)力，這一壓應(yīng)力可以抵消外力作用于玻璃制品引起破壞的張應(yīng)力，使制品強(qiáng)度提高4～5倍，成為鋼化玻璃制品。

其他答案1：

制造普通玻璃的原料是:純堿、石灰石和石英。
普通玻璃化學(xué)氧化物的組成(Na2O·CaO·6SiO2),主要成份是二氧化硅。
玻璃是我們每天都可以見到的一種硅酸鹽制品。
窗玻璃就是最常見的玻璃，這種玻璃被稱為普通玻璃。制造普通玻璃的原料是純堿、石灰石和石英。生產(chǎn)時(shí)，把原料粉碎，按適當(dāng)?shù)谋嚷驶旌虾?，放入玻璃窯中加強(qiáng)熱。原料熔融后發(fā)生了較復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化，其中的主要反應(yīng)是：

Na2CO3＋SiO2 Na2SiO3＋CO2↑

CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑

在制造玻璃的過程中，如果加入某些金屬氧化物，還可以制成有色玻璃。例如，加入Co2O3（氧化鈷）后的玻璃呈藍(lán)色，加入Cu2O后的玻璃呈紅色。我們看到的普通玻璃，一般都呈淡綠色，這是因?yàn)樵现谢煊卸r(jià)鐵的緣故。
玻璃的種類很多，除上面所介紹的普通玻璃外，還有其他一些玻璃，如石英玻璃、光學(xué)玻璃，等等。

其他答案2：

在兩個(gè)地方你能找到玻璃的所有成分—海灘和洗衣房。我們可以直接將海灘上白色的純凈硅沙熔化制成玻璃，但是這需要1500 ～ 2000 攝氏度的高溫。但是在沙子里加入洗衣用的蘇打、石灰或硼砂（一種傳統(tǒng)的洗滌添加劑）后，硅的石英晶結(jié)構(gòu)就能被破壞，熔化所需的溫度也降到了1100 攝氏度。