Chế tạo thủy tinh là một quá trình rất cổ xưa, với bằng chứng khảo cổ học về việc chế tạo thủy tinh có niên đại trước năm 2500 trước Công nguyên. Từng là một nghệ thuật quý hiếm và được đánh giá cao, sản xuất thủy tinh đã trở thành một ngành công nghiệp phổ biến. Các sản phẩm thủy tinh được sử dụng cho mục đích thương mại và gia dụng như vật chứa, chất cách điện, sợi gia cường, thấu kính và nghệ thuật trang trí. Mặc dù các vật liệu được sử dụng để làm ra chúng có thể khác nhau, nhưng quy trình chung để làm thủy tinh là giống nhau và được mô tả bên dưới.
Các bước
Phương pháp 1/2: Sử dụng lò nung hoặc lò nung
Bước 1. Lấy cát silica
Còn được gọi là cát thạch anh, cát silica là thành phần chính để tạo ra thủy tinh. Thủy tinh không có tạp chất sắt được tìm kiếm cho các mảnh thủy tinh trong suốt, vì sắt sẽ làm cho thủy tinh có màu xanh lục khi có mặt.
- Đeo khẩu trang nếu tiếp xúc với cát silica cực nhỏ. Nếu hít phải, nó có thể gây kích ứng cổ họng và phổi.
- Cát silica có sẵn từ các nhà bán lẻ trực tuyến. Nó khá rẻ - số lượng nhỏ không được quá 20 đô la. Nếu bạn muốn hoạt động ở quy mô công nghiệp, các nhà bán lẻ đặc biệt có thể đưa ra mức giá cạnh tranh cho các đơn đặt hàng lớn - đôi khi thấp hơn 100 đô la / tấn.
- Nếu không thể tìm thấy cát đủ các tạp chất sắt, hiệu ứng nhuộm màu của chúng có thể bị chống lại bằng cách thêm một lượng nhỏ mangan đioxit. Hoặc, nếu bạn muốn thủy tinh hơi xanh, hãy để bàn ủi trong!
Bước 2. Cho natri cacbonat và canxi oxit vào cát
Natri cacbonat (thường được gọi là soda rửa) làm giảm nhiệt độ cần thiết để sản xuất thủy tinh thương mại. Tuy nhiên, nó cho phép nước đi qua thủy tinh, vì vậy canxi oxit, hoặc vôi, được thêm vào để phủ nhận tính chất này. Oxit magiê và / hoặc nhôm cũng có thể được thêm vào để làm cho kính bền hơn. Nói chung, các chất phụ gia này chiếm không quá 26 đến 30 phần trăm hỗn hợp thủy tinh.
Bước 3. Thêm các hóa chất khác, tùy thuộc vào mục đích sử dụng của kính
Chất bổ sung phổ biến nhất cho thủy tinh trang trí là oxit chì, cung cấp độ lấp lánh trong đồ thủy tinh pha lê, cũng như độ mềm để dễ cắt hơn và cũng làm giảm điểm nóng chảy. Tròng kính có thể chứa ôxit lantan vì đặc tính khúc xạ của nó, trong khi sắt giúp thủy tinh hấp thụ nhiệt.
Pha lê chì có thể chứa tới 33 phần trăm ôxít chì; tuy nhiên, càng nhiều ôxít chì, thì càng cần nhiều kỹ năng để tạo hình thủy tinh nóng chảy, vì vậy nhiều nhà sản xuất pha lê chì lựa chọn hàm lượng chì ít hơn
Bước 4. Thêm hóa chất để tạo ra một màu mong muốn trong kính, nếu có
Như đã nói ở trên, các tạp chất sắt trong cát thạch anh làm cho thủy tinh làm từ nó có màu xanh lục, vì vậy oxit sắt được thêm vào để tăng màu xanh lục, cũng như oxit đồng. Các hợp chất lưu huỳnh tạo ra màu hơi vàng, hổ phách, nâu hoặc thậm chí hơi đen, tùy thuộc vào lượng cacbon hoặc sắt cũng được thêm vào hỗn hợp.
Bước 5. Cho hỗn hợp vào chén hoặc hộp đựng chịu nhiệt tốt
Vật chứa phải có thể chịu được nhiệt độ cực cao trong lò nung - tùy thuộc vào chất phụ gia của bạn, hỗn hợp thủy tinh của bạn có thể tan chảy ở một phạm vi nhiệt độ từ 1, 500 đến 2,500 độ C. Hộp đựng của bạn cũng phải dễ dàng nắm bắt bằng móc và cọc kim loại.
Bước 6. Đun chảy hỗn hợp thành chất lỏng
Đối với thủy tinh silica thương mại, điều này được thực hiện trong một lò nung bằng khí, trong khi thủy tinh đặc biệt có thể được tạo ra bằng cách sử dụng máy nấu chảy điện, lò nung hoặc lò nung.
Cát thạch anh không có phụ gia trở thành thủy tinh ở nhiệt độ 2, 300 độ C (4, 172 độ F). Thêm natri cacbonat (soda) làm giảm nhiệt độ cần thiết để làm thủy tinh xuống còn 1, 500 độ C (2, 732 độ F)
Bước 7. Đồng nhất và loại bỏ bong bóng khỏi thủy tinh nóng chảy
Điều này có nghĩa là khuấy hỗn hợp đến độ dày phù hợp và thêm các hóa chất như natri sulfat, natri clorua hoặc oxit antimon.
Bước 8. Tạo hình cho thủy tinh nóng chảy
Việc tạo hình kính có thể được thực hiện theo một số cách sau:
- Có thể đổ thủy tinh nóng chảy vào khuôn và để nguội. Phương pháp này đã được sử dụng bởi người Ai Cập, và nó cũng là cách tạo ra nhiều thấu kính ngày nay.
- Một lượng lớn thủy tinh nóng chảy có thể được tập trung ở cuối một ống rỗng, sau đó được thổi vào trong khi ống quay. Thủy tinh được tạo hình bởi không khí đi vào ống, trọng lực kéo lên thủy tinh nóng chảy và bất kỳ dụng cụ nào mà người thổi thủy tinh sử dụng để làm thủy tinh nóng chảy.
- Thủy tinh nóng chảy có thể được đổ vào một bể thiếc nóng chảy để hỗ trợ và thổi bằng nitơ có áp suất để tạo hình và đánh bóng nó. Kính được làm bằng phương pháp này được gọi là kính nổi, và đó là cách các tấm kính đã được tạo ra từ những năm 1950.
Bước 9. Làm nguội từ từ thủy tinh trong lò nung
Quá trình này được gọi là quá trình ủ, và nó loại bỏ bất kỳ điểm căng thẳng nào có thể hình thành trong kính trong quá trình làm mát. Thủy tinh chưa được ủ sẽ yếu hơn đáng kể. Sau khi quá trình này hoàn thành, kính có thể được tráng, dát mỏng hoặc xử lý theo cách khác để cải thiện sức mạnh và độ bền của kính.
- Nhiệt độ chính xác để ủ có thể thay đổi dựa trên thành phần chính xác của thủy tinh từ thấp tới 750 độ F đến cao nhất là 1000 độ F. Tốc độ thủy tinh phải nguội cũng có thể thay đổi - nói chung, các mảnh thủy tinh lớn hơn phải nguội chậm hơn các mảnh nhỏ hơn. Nghiên cứu phương pháp ủ thích hợp trước khi bắt đầu.
- Một quy trình liên quan là tôi luyện, trong đó thủy tinh đã được định hình và đánh bóng được đặt trong lò nướng được làm nóng đến ít nhất 600 độ C (1, 112 độ F) và sau đó được làm lạnh nhanh ("làm nguội") bằng luồng không khí ở áp suất cao. Kính nung vỡ thành các mảnh ở mức 6, 000 pound trên inch vuông (psi), trong khi kính cường lực vỡ thành các mảnh nhỏ ở không dưới 10, 000 psi và thường ở khoảng 24, 000 psi.
Phương pháp 2 trên 2: Sử dụng thịt nướng bằng than
Bước 1. Chuẩn bị lò nướng tạm từ bếp nướng than hoa
Phương pháp này sử dụng nhiệt lượng sinh ra từ một ngọn lửa than lớn để làm tan chảy cát silica thành thủy tinh. Các vật liệu được sử dụng tương đối rẻ và phổ biến - về mặt lý thuyết, tất cả những gì bạn cần là một chuyến đi ngắn đến cửa hàng đồ gia dụng để sẵn sàng chế tạo chiếc kính của riêng mình. Sử dụng vỉ nướng than lớn - các kiểu "mái vòm" kích thước tiêu chuẩn hoạt động tốt. Sử dụng vỉ nướng dày nhất, chắc chắn nhất hiện có. Hầu hết các lò nướng than sẽ có lỗ thông hơi ở phía dưới - hãy mở lỗ thông hơi này.
- Ngay cả ở nhiệt độ cực nóng đạt được trong phương pháp này, rất khó để làm tan chảy cát silica trong vỉ nướng. Thêm một lượng nhỏ (khoảng 1/3 đến 1/4 thể tích cát của bạn) soda giặt, vôi và / hoặc hàn the vào cát trước khi bắt đầu. Các chất phụ gia này làm giảm nhiệt độ nóng chảy của cát.
- Nếu bạn định thổi thủy tinh, hãy chuẩn bị sẵn một ống kim loại dài, rỗng ruột. Nếu bạn định đổ vào khuôn, hãy chuẩn bị khuôn trước. Bạn muốn một khuôn không bị cháy hoặc nóng chảy do nhiệt của thủy tinh nóng chảy - than chì hoạt động tốt.
Bước 2. Biết những nguy hiểm của phương pháp này
Phương pháp này sẽ đẩy một món nướng thông thường vượt qua giới hạn nhiệt độ bình thường của nó - nóng đến mức thậm chí có thể tự làm nóng miếng nướng. Phương pháp này có thể gây ra chấn thương nặng hoặc tử vong nếu nó được cố gắng một cách thiếu thận trọng. Tiến hành thận trọng. Chuẩn bị sẵn một lượng lớn bụi bẩn hoặc cát hoặc bình chữa cháy có nhiệt độ cao để dập lửa nếu cần.
Bước 3. Thực hiện mọi biện pháp phòng ngừa có thể để bảo vệ bản thân và tài sản của bạn khỏi sức nóng cao
Hãy thử phương pháp này trên bề mặt bẩn hoặc cát ở ngoài trời với nhiều không gian. Thực hiện điều này trên bề mặt bê tông trần, không phủ cát hoặc bụi bẩn có thể dẫn đến việc bê tông phát nổ nếu thủy tinh nóng chảy rơi xuống nó. Không sử dụng bất kỳ thiết bị không thể thay thế. Đứng rõ ràng của vỉ nướng trong khi bạn đang làm nóng kính. Bạn cũng nên mặc càng nhiều quần áo bảo hộ càng tốt, bao gồm:
- Găng tay hoặc găng tay lò nướng hạng nặng
- Mặt nạ thợ hàn
- Tạp dề hạng nặng
- Quần áo chống nóng
Bước 4. Mua máy hút chân không tại cửa hàng có gắn ống dài
Sử dụng băng keo hoặc một phương pháp khác, chỉnh góc vòi của nó để nó thổi trực tiếp vào lỗ thông hơi phía dưới mà không chạm vào thân chính của vỉ nướng. Bạn có thể muốn gắn chặt ống vào một trong các chân hoặc bánh xe của vỉ nướng. Giữ thiết bị chân không chính càng xa lò nướng càng tốt.
- Đảm bảo ống được giữ chặt và không bị xê dịch - nếu nó bị lỏng khi bạn đang chế tạo kính, bạn nên không phải đến gần vỉ nướng nếu nó quá nóng.
- Bật chân không để kiểm tra vị trí ống của bạn. Một vòi chính xác sẽ thổi trực tiếp vào lỗ thông hơi.
Bước 5. Lót bên trong vỉ nướng của bạn bằng than
Sử dụng nhiều than hơn bạn sẽ nướng thịt. Kết quả thành công đã đạt được bằng cách lấp đầy vỉ nướng gần đến vành. Đặt một nồi gang hoặc chén có chứa cát của bạn vào giữa vỉ nướng, xung quanh là than.
Than củi cứng (hoặc than củi "cục") cháy nóng hơn và nhanh hơn than củi, vì vậy nó là lựa chọn tốt hơn nếu có sẵn
Bước 6. Đốt than
Tham khảo cách đóng gói của than để biết liệu than của bạn có thể được đốt trực tiếp hay không hoặc liệu nó có cần chất lỏng nhẹ hơn hay không. Để lửa cháy lan đều.
Bước 7. Chờ than nóng
Khi than có màu xám và phát ra ánh sáng màu cam, chúng đã sẵn sàng. Bạn sẽ có thể cảm nhận được sức nóng chỉ cần đứng gần vỉ nướng.
Bước 8. Bật trống cửa hàng để tạo không khí cho than
Than được nạp không khí từ phía dưới có thể cháy rất nóng (lên đến 2.000 độ F.) Hãy coi chừng - ngọn lửa lớn có thể xảy ra.
Nếu bạn vẫn không thể đạt đến nhiệt độ đủ cao, hãy thử thay nắp trong khi đưa không khí vào qua lỗ thông hơi
Bước 9. Khi thủy tinh của bạn nóng chảy, hãy cẩn thận sử dụng dụng cụ kim loại để loại bỏ và tạo hình nó
Do nhiệt độ thấp của phương pháp nướng, thủy tinh nóng chảy có thể cứng hơn và khó gia công hơn thủy tinh từ lò nung. Tạo hình bằng ống, khuôn hoặc các dụng cụ khác như bạn thường làm.
Lời khuyên
- Một số loại cát bãi biển có thể được sử dụng thay cho cát silica nguyên chất, mặc dù thủy tinh tạo thành có thể mờ đục, đổi màu hoặc chất lượng kém hơn. Sử dụng cát trắng nhất, mịn nhất, đồng nhất như sẵn có.
- Nếu cát hoặc phụ gia của bạn ở dạng hạt thô, hãy nghiền chúng bằng cối và chày hoặc máy xay cơ học. Các hạt mịn hơn tan chảy nhanh hơn.
-
Những mảnh thủy tinh cũ đã mài có thể được thêm vào cát trước khi nấu chảy để tái chế thành thủy tinh mới. Thủy tinh cũ, hay còn gọi là "cullet", trước tiên phải được kiểm tra các tạp chất có thể làm suy yếu thủy tinh mới được làm bằng nó - hãy tìm các bong bóng.
Khi mài kính, hãy đeo khẩu trang để tránh trường hợp vô tình hít phải
- Sử dụng đèn hàn nhiệt độ cao để nung chảy hoặc cắt các mảnh nhỏ, thanh hoặc sợi..
Cảnh báo
- Luôn thận trọng khi sử dụng xung quanh các nguồn nhiệt cao. Không bao giờ cố gắng tạo kính xung quanh trẻ em hoặc vật nuôi.
-
Việc dập tắt các đám cháy cực nóng bằng nước có thể làm cho chúng trở nên tồi tệ hơn. Ví dụ, một ngọn lửa cháy ở 2000 độ C đủ nóng để tách nước (H2O) thành các nguyên tử hydro và oxy thành phần của nó, giải phóng một lượng nhiệt năng khổng lồ. Đối với những đám cháy quá nóng, tốt nhất bạn nên chuẩn bị sẵn một xô lớn đựng bụi bẩn hoặc cát.
Bình chữa cháy loại D chứa natri clorua (muối ăn) và được sử dụng để dập tắt đám cháy kim loại
