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，為什么？

為了用藝術表現天父的神圣與慈愛...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）寫的一則故事里。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，吃完飯后人們發現，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。

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。然后，就像搟面一樣，用鐵輥反復碾壓成相對比較薄的平板玻璃。

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。

一直到15世紀，玻璃窗被認為是奢侈品，只有最神圣的建筑——教堂，才不計成本安裝。盡管如此，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。

盡管15世紀后，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，并對其表面進行拋光處理使其透明。但由于技術本身的限止，生產的玻璃尺寸仍小于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。

這也就是為什么許多歐洲老一點的建筑，玻璃窗都不會很寬的原因——窗戶寬度受限于玻璃的寬度。

那么，為什么近幾十年間，世界上突然冒出一大批具有玻璃外墻的高樓大廈？這些大片透明的玻璃片材，又是怎么做出來的？

這里，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，他生產的玻璃曾經占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。

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，并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，無論用多么平滑的固體容器裝載玻璃熔體，冷卻后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，由于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？

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，為什么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，在這個范圍內都是液態。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-玻璃調制的雞尾酒。

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制造的傳統難題，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：

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...

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)

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發表于 2016-03-25 00:00
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