玻璃制造术的由来与新发展

中国科学院上海硅酸盐研究所 马英仁

1981年，考古学家在南京发掘的一座东晋古墓中，出土了一些器皿的彩色玻璃粒、片，其透明度很高，几乎和现代玻璃没有什么区别，颜色有淡绿、咖啡、深蓝等色。考古学家认为，它的产地在古代西方的波斯或东罗马一带。

制造玻璃的主要原料是沙、纯碱或钾碱和石灰，它们需在高温下熔化而成。据说，发明玻璃的荣誉应归功于古代的威尼斯商人，因为他们的商船有一次在叙利亚的一个河口靠岸，当船员们准备烧晚饭时，在岸上找不到支撑锅子的石块，无奈只得从船舱内搬出一些硝石，以搭成炉灶煮饭。炉内烈火熊熊，把硝石及其周围的沙石一起熔化，最终变成了晶莹的液体，这就是玻璃。

埃及也是一个很早就知道玻璃制造奥秘的国家。在公元前 7000年的墓穴中就发现玻璃念珠和项链，但这也许是从叙利亚带来的制品。然而，大约在公元前1600年，埃及人就开始自己生产玻璃了，从而兴起了作坊式的玻璃手工业。限于技术，当时生产的只有玻珠和花瓶。埃及人把碎石英细砾与沙混合使用，以改变玻璃的颜色。他们认识到在混合物中添加钴、铜或锰能分别制造出深蓝色、绿色或紫色的玻璃。

公元前1200年左右，埃及人学会模压玻璃，但直到公元前不久，威尼斯人才发明了用吹管吹制玻璃制品。

罗马人和腓尼基人可说是伟大的玻璃制造者，他们掌握了玻璃制造工艺，并进而学会了加工玻璃的方法，如切割、研磨、钻孔和雕刻，还曾使用薄的长方块玻璃来装饰墙面。公元10世纪，叙利亚的阿勒颇城的玻璃制品闻名遐迩，风靡一时。到12世纪时，阿拉伯人的玻璃制品征服了意大利的威尼斯，占领了整个欧洲市场。

我国的玻璃制造起源很早，两千多年前就发明了玻璃制造术，很早就用半透明和透明的“硫璃”作装饰品，这在东晋古墓中的彩色玻璃粒片可得到证实，后来发展为日用玻璃器皿。我国近代的玻璃工业则始于19世纪末，起初主要生产瓶罐和器皿，其后灯泡、保温瓶、仪器玻璃、窗玻璃等等都相继生产。

说起玻璃的制造，人们自然会想起温度相当高的玻璃熔炉。铅晶质玻璃生产线就是熔炼成玻璃后，由机械手挑料，自动压机成形，经火法抛光后进入退火窑。第二天取出，呈现在你面前的便是折光率强、图案精美、晶莹透明的高级艺术品，犹如天然水晶。传统的玻璃成形方法除吹制、压制和拉制外，还有离心浇注法。玻璃果盘甚至微晶玻璃雷达天线罩都是在离心浇注成形机上制得的。采用电火花开模新工艺生产了珍珠系列玻璃制品，例如珍珠玻璃果盆，其表面花纹呈雾状、盆底和边缘有晶亮的玻璃水珠，透明度高，折光感强，既可作家庭日用品，又可作工艺装饰品。蒙砂新工艺的开发成功，为玻璃器皿升级换代，增加花色品种开拓了新途径。近年来还发展了色彩鲜艳、无接头的五套色印花杯、玻璃磨花雕刻、仿景泰蓝花瓶等，尤其是玻璃水晶鞋艺术品，它是采用新工艺的新一代制品，它造型逼真，令人尝心悦目，属国内首创。

诚然，传统的玻璃制造离不开烈火熊熊的玻璃熔炉。然而，随着近代科学技术的发展，玻璃的制造术也不断地得到了更新和扩大，例如真空蒸发、溅射、辉光放电、低温合成、中子轰击以及无容器制造术工艺等相继闻世。真空镀膜能制备从熔体冷却不能获得的玻璃态薄膜，因为从理论上讲，当物质的淬冷速率达到一定极值时，任何物质（包括单质）都来不及进行有序化的排列——结晶，从而变成非晶态（玻璃）。

水晶和石英玻璃都是由氧化硅组成，不过，水晶是单晶，石英玻璃是无定形态。然而，水晶如果在强烈的冲击波作用下或用快中子辐照后，会转化成各向同性的石英玻璃，这便是新型的固态化工艺。

从月球上带回的太空玻璃，说明宇宙间存在着天然玻璃。由于宇宙空间处于真空状态、不受地球引力的影响，因而玻璃即使在高温下热处理也不会软化变形，更不必借助于坩埚来熔炼太空玻璃。这是一种得天独厚、无需坩埚等容器制备玻璃的新方法。现已在太空条件下制成了激光玻璃。由此可见，无容器工艺是当今玻璃制造技术中的新秀。

现代玻璃的制造术还发展了一种低温化学合成玻璃的新方法。这种方法由于不需要高温，所以对节约能源、降低成本有很大的作用，尤其对那些用高温也难以熔成玻璃的组份，使用低温合成法院仍可得到令人满意的结果。这一方法无凝将会引起玻璃制造术的一场重大变革。