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讓玻璃浮起來?他解決了遠古難題

話說,西方凡是有些年頭的教堂,玻璃窗都是分成一個個的小格子,為什麼?


讓玻璃浮起來?他解決了遠古難題


為了用藝術表現天父的神聖與慈愛...好吧,聽著好有道理...

其實,道理只有一個:那個時代,透明的大塊平板玻璃做!不!出!來!...


人類對玻璃的最早記載,出現在古羅馬學者普利尼(Pliny,23-79)寫的一則故事裡。話說大概3千多年前的某一天,在地中海東海岸今敘利亞境內,一批腓尼基(今黎巴嫩人)商人停船靠岸。水手們將船上裝載的石塊搬到海灘上支鍋生火做飯,吃完飯後人們發現,鍋下面出現了很多亮晶晶的東西。原來,在火焰高溫作用下,含硝酸鹽成分的石塊與沙灘上的石英砂產生了化學反應,就這樣,玻璃在無意間中產生了。


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玻璃很脆,不像金屬一樣有延展性,難以進行冷加工。古時候,為了使玻璃變薄,只能把玻璃加熱到很高溫度軟化。然後,就像擀麵一樣,用鐵輥反覆碾壓成相對比較薄的平板玻璃。

讓玻璃浮起來?他解決了遠古難題用這種方法加工出來的平板玻璃,表面粗糙,厚薄不均,而且有許多氣泡與雜質摻雜其中。一大塊玻璃中,只能挑出一小部分透明的區域。


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一直到15世紀,玻璃窗被認為是奢侈品,只有最神聖的建築——教堂,才不計成本安裝。儘管如此,人們仍然缺少生產大塊透明平板玻璃的技術。因此,教堂也只能把窗戶分成一個個的小窗格,用一塊塊相對透明的小玻璃,拼接成玻璃窗。


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儘管15世紀後,玻璃加工技術又有了一定的改進,比如,創造了圓柱加工法、磨光技術等,可以生產更大尺寸的平板玻璃,並對其表面進行拋光處理使其透明。但由於技術本身的限止,生產的玻璃尺寸仍小於2.4米(長)X 0.36米(寬)。生產大面積、均勻、不含氣泡的透明平板玻璃,仍然做不到。

這也就是為什麼許多歐洲老一點的建築,玻璃窗都不會很寬的原因——窗戶寬度受限於玻璃的寬度。


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那麼,為什麼近幾十年間,世界上突然冒出一大批具有玻璃外牆的高樓大廈?這些大片透明的玻璃片材,又是怎麼做出來的?


這裡,就不得不提到英國人皮爾金頓(Sir Alastair  Pilkington),一個勤奮的工程師,同時又是一個成功的玻璃商人,他生產的玻璃曾經佔領世界上平板玻璃市場90%的份額。


劍橋畢業,打過二戰,當過俘虜,成為工程師,發明「浮法玻璃」,開公司賺大錢,走向人生巔峰,迎娶白富美,老年又娶了白富美...這就是皮爾金頓的一生,真正的人生贏家。

讓玻璃浮起來?他解決了遠古難題


嗯,他的人生最大的轉折是在1952年,作為工程師,他發明了「浮法玻璃」—— 一種可以生產大尺寸平板玻璃,並大大降低生產成本的方法。我們今天使用的平板玻璃,幾乎都是用這種方法生產的。


固體表面都有一定的粗糙度,無論用多麼平滑的固體容器裝載玻璃熔體,冷卻後玻璃表面仍不夠平滑。為了降低粗糙度,需要給玻璃拋光,耗時耗力,成本大大增加。同時,由於加工過程中散熱不均勻,導致玻璃內應力很大,會導致光扭曲。研究玻璃加工的皮爾金頓,常常被玻璃粗糙的表面困擾。


他經常在思考,能否發明一個方法,讓玻璃表面像靜止的水面一樣平滑?

靜止的液體表面,永遠是光滑平整的。自由流動的液體分子,能夠在分子級別平整表面的起伏,


是的,像水面一樣!油滴漂浮在水面上,油滴與水面的接觸面,不就是非常平滑嗎?


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日思夜想的皮爾金頓靈光一閃,既然液體是世界上最平滑的表面,為什麼不能用液體表面來做容器的底,裝載熔融的玻璃呢?這樣,玻璃與液體接觸的表面,不就能夠像液體一樣平滑了嗎?


這個想法雖然樸實,卻顛覆了人類幾千年的玻璃加工工藝。


當然,用水做容器來裝玻璃肯定是不行的。因為水如果遇到上千度的高溫玻璃熔體,早就化做一縷清煙。而且,玻璃熔體密度比水大得多,熔體會沉入水下,起不到承載的作用。


因此,承載玻璃熔體的液體,必須同時具備至少三個必要條件:1、能承受高溫;2、比玻璃熔體的比重大;3、相互不互溶。


錫的熔點是240度,沸點是2300度,在這個範圍內都是液態。另外,錫的密度比玻璃熔體大得多,因此錫熔體會沉在下面,而玻璃熔體漂浮在錫「海洋」的上方,就像一杯用液態錫-玻璃調製的雞尾酒。


讓玻璃浮起來?他解決了遠古難題如此一來,玻璃熔體鋪展在液態錫的表面,就像漂浮在水面的油滴,上下表面都鋪展成非常平滑的姿態,而且,錫池子有多大,平板玻璃的面積就可以做多大。「浮法玻璃」同時解決了平板玻璃表面粗糙與無法大面積製造的傳統難題,生產出的玻璃明亮透明,不用進一步的加工,就可以直接使用。


以下就是」浮法玻璃「生產的示意圖:


讓玻璃浮起來?他解決了遠古難題


從此,平板玻璃的生產成本大大降低,人類大量使用玻璃成為現實,而用玻璃建房子也成為可能。剩下的事,就交給設計師們吧...


讓玻璃浮起來?他解決了遠古難題


不過,玻璃建材的大量使用,也給社會帶來了光污染的問題,這是幾十年前的人們料想不到的...


皮爾金頓:怪我嘍?!...



文章來源:微信公眾號「漫科普」(ID:mankepu2015)


原創作品,轉載請註明出自「漫科普」微信公眾號


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