謝育哲／瘋狂迷戀 IKEA 鯊魚的男子，《科學月刊》主編。

 

本（616）期《科學月刊》的玻璃專輯要帶大家走進時光隧道，從時間迴廊裡看看玻璃對科學發展的影響。不過我們還是要先幫讀者科普一下玻璃相關的知識，例如玻璃是什麼？常見的玻璃型態與特色？以及玻璃的加工方式。

 

Q1 什麼是玻璃？

玻璃是一種非晶固體（amorphous solid），雖然看起來是固態，但其分子是類似液態分子的不規則排列方式，不像一般固體分子排列整齊且具有一定的規則。常見的玻璃是由二氧化矽、碳酸鈉、石灰等原料經過高溫融化而成。此外，為了改良玻璃或特殊需求等，有時會在玻璃中加入其他的原料，例如硼砂、石灰（氧化鈣）、碳酸鈉、碳酸鉀、氧化鉛等，製成各種特性的玻璃。

 

 

Q2 常見的玻璃有哪幾種？它們又有哪些特色呢？

玻璃根據材料的不同，可以分成鈉玻璃、鉀玻璃、鉛玻璃、硼玻璃、石英玻璃等。

鈉玻璃是最常見的玻璃類型之一，主要成分為二氧化矽、碳酸鈉、石灰，外觀帶有些微的綠色，特色是硬度大、可耐高溫、成本低廉，是一般門窗玻璃的選擇。

鉀玻璃的成分為二氧化矽、碳酸鉀、石灰，其透光性較鈉玻璃佳，硬度高，且不容易受到酸鹼侵蝕，適合製作成試管、燒杯、藥瓶等化學容器。

鉛玻璃是在玻璃中加入氧化鉛，可增加玻璃的折射率，讓玻璃看起來如水晶般閃亮，敲擊時會發出高頻的聲響，且質地較軟，適合琢磨，常見的水晶玻璃就是鉛玻璃的一種。

硼玻璃的成分為二氧化矽、硼砂、石灰。硼玻璃透明度低、硬度大、耐高溫，是耐熱器皿與玻璃藝品常使用的材料。

石英玻璃主要由二氧化矽組成，是一種耐高溫、耐酸鹼，且具有優異可見光透光度的玻璃，常見用途為各種儀器與器具的視窗。

 

Q3 玻璃該怎麼製作？

玻璃是利用熔融（fusing）的方式，以窯爐或噴火器等加熱工具，將原料熔解成具流動性的玻璃膏後塑形製作而成。一般來說，玻璃原料的熔點在 1,400～1,500℃ 左右，熔融的時間約 12～14 小時。此外，材料的大小也會影響熔融的時間，例如玻璃板、玻璃棒、玻璃顆粒、玻璃粉末等熔融的時間從數秒到數小時不等。

 

Q4 玻璃的加工方式有哪些？

玻璃工藝的加工，主要分為熱加工（hot work）與冷加工（cold work）。前者是指玻璃材料在窯爐中的高溫熱熔狀態下進行加工，也稱為窯口作業；後者則是指玻璃材料於常溫下進行加工。

 

 

 

常見熱加工種類

‧ 手吹法（hand blown）：在窯爐中以吹管捲取玻璃膏後，再從吹管另一端吹氣，撐大玻璃體並加以塑形。

‧ 模吹法（mold blown）：以吹管將玻璃膏放入製作好形狀的中空模型中，再從吹管另一端吹氣使玻璃膏填滿模型，待冷卻後取出玻璃。

‧ 砂模鑄造法（sand casting）：將砂與具黏性的物質製成砂模，把玻璃膏灌入砂模後，待玻璃稍微冷卻後取出徐冷（annealing）^註。

‧ 壓模法（mold pressing）：將玻璃膏放入鑄模後，並在冷卻前加壓製作。

‧ 蝕斑法（corroding）：將金屬氧化物加入玻璃原料，藉由氧化物的腐蝕效果，使玻璃產生斑紋等形狀。

‧ 仿玉石法（jade imitation）：將玻璃製作成類似天然材質的質地，例如琥珀、翡翠、瑪瑙、大理石等。

其他熱加工種類還包含失透法（devitrification）、夾金法（metal inclusions）、氣泡法（bubble glass）、套色法（overlay）、冰裂法（crackle technique）、烤彎（slumping）、脫蠟鑄造（lost-wax casting）、拉絲（chain-loop glass）等。

 

 

 

常見冷加工種類

‧ 胚心成形（core-forming glass）：用泥土製作胚心後，再將表面沾取玻璃膏。玻璃膏冷卻後洗掉中間的泥土。

‧ 磨刻（engraving）：將玻璃以鑽石輪貨輪刀研磨與切割，產生各種折射角度的切割面。

‧ 鑲嵌（stained glass）：將彩色玻璃切割組成圖案後，將其與作為畫框的鉛線焊接。

‧ 噴砂（sandblasting）：將金鋼砂噴在玻璃表面上形成霧面質地。

其他冷加工種類包含膠合（glass bonding）、雷射雕刻（laser engraving）、蝕刻（etching）、複合媒材（mixed media）、霓虹燈（neon light）等。

 

註：當玻璃製品經加熱成形並製作完成後，必須在玻璃的徐冷溫度內保溫數小時，避免玻璃因冷卻太快而破裂。通常保溫的時間因玻璃製品的體積而定。

 

 

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本文轉載、修改自《科學月刊》2021 年 4 月