不同顏色的玻璃是怎么制造出來的給玻璃上顏色的方法

2018-08-27 來源：中國玻璃網(wǎng)

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玻璃不但通透明凈，而且強(qiáng)度與硬度都很高，是日常生產(chǎn)與生活中不可或缺的一種材料。玻璃種類豐富，除了較常見的浮法玻璃、鋼化玻璃以外，還有熱熔玻璃、夾膠玻璃、磨砂玻璃等擁有特殊性能的品種。不少玻璃材料都是具有獨(dú)特的顏色，接下來我們將介紹不同顏色的玻璃是如何制造出來的，并介紹給玻璃上色的方法。

一、不同顏色的玻璃是怎么制造出來的

普通的玻璃是用石英砂、純堿和石灰石一起熔煉而成的.它是一種組成不固定的硅酸鹽的混和物.人們起初制造出來的玻璃是一些透明度差,帶有一些顏色的小玻璃片.它的顏色并不是人們有意識地加進(jìn)去的,而是所用的原料不純,混進(jìn)了雜質(zhì)的結(jié)果.那時(shí)的顏色玻璃只是用來做裝飾品,要求不高,人們只是偶然生產(chǎn)出了顏色玻璃.但是我們今天要求的顏色玻璃都有很高科學(xué)要求,這只有在揭開了玻璃帶色的秘密后,才能夠制造出來.

經(jīng)過研究,人們發(fā)現(xiàn)如果在普通玻璃的配料中加入0.4~0.7%的著色劑,就能使玻璃帶上了顏色.著色劑大多是金屬的氧化物.我們前面已經(jīng)知道了每種金屬元素都有它獨(dú)特的“光譜特征”,所以不同的金屬氧化物都能呈現(xiàn)出不同的顏色.如果在玻璃配料中加入這些氧化物就給玻璃著上了色.例如加入氧化鉻(Cr2O3),玻璃現(xiàn)綠色;加入二氧化錳(MnO2),玻璃呈紫色;加人氧化鈷(Co2O3),玻璃呈藍(lán)色,煉鋼工人和電焊工人用的保護(hù)目鏡就是用這種玻璃制成的.

其實(shí),玻璃的顏色不僅取決于加入的著色劑,人們還通過熔煉的溫度及爐焰的性質(zhì)來調(diào)節(jié)元素的化合價(jià),使玻璃呈現(xiàn)不同的顏色.例如玻璃中的銅,如果以高價(jià)的氧化銅存在時(shí)玻璃顯現(xiàn)藍(lán)綠色;以低價(jià)的氧化亞銅(Cu2O)存在時(shí),玻璃呈紅色.有時(shí),燒熔一次還不能使玻璃顯示優(yōu)異來,再要進(jìn)行第二次加熱才能使玻璃顯出顏色.名貴的金紅玻璃就是這樣,它是在普通的玻璃配料中加入微量的金子燒制成的.初次燒熔后,金以原子形式分布在玻璃中,此時(shí)玻璃并不顯顏色;當(dāng)再次加熱到接近軟化的溫度時(shí),其中的金原子聚合成膠狀顆粒,此時(shí)玻璃就顯現(xiàn)出了美麗的紅色.

現(xiàn)在,人們又用稀土元素的氧化物為著色劑制成了各種高等的顏色玻璃.摻有稀土元素的顏色玻璃,色調(diào)明凈,有光亮的色澤,甚至還會在不同的光線下改變顏色.例如氧化釹玻璃中就有這種特性,它在日光下顯紫紅色,在熒光下顯藍(lán)紫色,十分美麗.有一種玻璃會隨著光線的強(qiáng)弱而改變顏色,人們用它作眼鏡的鏡片和房屋的窗戶玻璃.用這種玻璃作窗玻璃,室內(nèi)可以保持一定的光亮度,再也用不著用窗簾子來遮陽,所以有人稱它為“自動窗簾”.它又能阻擋陽光中的紫外線通過,圖書館藏書室和博物館裝上這種玻璃以后,可以保護(hù)書籍和文物不受紫外線的破壞.

除稀土元素外,在玻璃中直接添加鎢和鉑,也可以做成變色玻璃.

普通的顏料因受陽光中的紫外線的照射或者空氣中的氧氣和二氧化硫的作用而退色;但顏色玻璃因?yàn)槠鹬饔玫慕饘俚妊趸镆雅c玻璃熔為一體,所以能經(jīng)得起日曬雨淋而永葆其美麗的青春容顏.隨著科技的日益發(fā)展,顏色玻璃的品種將會越來越豐富多彩,我們的生活也會因?yàn)樗狞c(diǎn)綴和裝飾而變得多彩多姿.

二、給玻璃上顏色的方法

向玻璃原料中添加能夠形成著色離子、化合物膠體及金屬膠體粒子的物質(zhì),使之呈現(xiàn)不同顏色的工藝,按照著色機(jī)理可分四種類型:

①離子著色.是向玻璃料中添加鈷(Co)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鐵(Fe)、銅(Cu)等過渡元素的化合物,以離子狀態(tài)存在于玻璃中,由于它們的價(jià)電子在不同能級(基態(tài)和激發(fā)態(tài))之間躍遷,引起對可見光的選擇吸收而著色,如鈷藍(lán)、錳紫、鎳綠等顏色玻璃.

②化合物膠體粒子著色.是向含鋅(ZnO)的玻璃中添加硫或硒的化合物(如CdS、CdSe等),在玻璃中形成CdO、ZnS、ZnSe等,然后在低于退火溫度下進(jìn)行兩次熱處理,形成CdS、CdSe并生長成非常大的膠體粒子,因光散射而使玻璃著色,如硒紅、鎘黃等顏色玻璃.

③金屬膠體粒子著色.是向玻璃原料中添加容易分解成金屬狀態(tài)的氧化物(如金、銀、銅等氧化物),先以離子態(tài)溶解于玻璃中,經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)變成原子態(tài)并聚集、長大成膠體粒子,因光散射引起對可見光的吸收而著色,如金紅、銅紅、銀黃等顏色玻璃等.

④半導(dǎo)體著色.是向玻璃料中添加CdS、CdSe、CdTe等著色劑,在可見光區(qū)不出現(xiàn)吸收峰而呈連續(xù)的吸收區(qū),透光區(qū)和吸收區(qū)間是一條坡度很陡的分界線.與前述幾種著色機(jī)理不同,其顏色隨CdS/CdSe的比例而變化,如CdS多時(shí)接近橙色,CdSe多時(shí)呈紅色,而CdTe多時(shí)則是黑色,即它們依O2-、S2-、Se2-、Te2-的次序向長波方向移動.根據(jù)半導(dǎo)體能帶理論,這些陰離子的親電勢依次變小,可依次用較低的能量(可見光附近)的光,就可以將它們的價(jià)電子激發(fā)至導(dǎo)帶(激發(fā)態(tài)),使其截短波較限進(jìn)入可見光區(qū)而導(dǎo)致玻璃著色.

相關(guān)概念

玻璃

玻璃是非晶無機(jī)非金屬材料，一般是用多種無機(jī)礦物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長石、純堿等)為主要原料，另外加入少量輔助原料制成的。它的主要成分為二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化學(xué)組成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸鹽復(fù)鹽，是一種無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。廣泛應(yīng)用于建筑物，用來隔風(fēng)透光，屬于混合物。另有混入了某些金屬的氧化物或者鹽類而顯現(xiàn)出顏色的有色玻璃，和通過物理或者化學(xué)的方法制得的鋼化玻璃等。有時(shí)把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也稱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系玻璃。

蘇打

物質(zhì)材料（Na2CO3），俗名蘇打、石堿、純堿、洗滌堿，化學(xué)式：Na2CO3，含十個(gè)結(jié)晶水的物質(zhì)材料為無色晶體，結(jié)晶水不穩(wěn)定，易風(fēng)化，變成白色粉末Na?CO?后為強(qiáng)電解質(zhì)，具有鹽的通性和熱穩(wěn)定性，易溶于水，其水溶液呈堿性。