早在石器时代,人类就开始使用天然的火山玻璃[1]。可以说,玻璃几乎伴随了整个人类历史文明。而关于玻璃制作的记载,最早可追溯到公元前3700年左右的古埃及文明时期[2]。
公元前200年,古巴比伦人发明了使用吹管制玻璃的方法[3],也就是我们常在视频里看到的吹制玻璃,玻璃能被制成各种器皿、工艺品。
吹制玻璃
然而,平板玻璃的制造技术直到11世纪才在德国初现端倪,它延续了经典的吹管工艺,先将玻璃吹成球状,然后趁热改造成圆筒形,切开后像大饼一样摊平,再根据所需尺寸进行切割。这种方法被称为卷压法[4],虽然一直沿用到 19世纪,但它难以生产出极致平整的平板玻璃,其尺寸也有所限制。
直到20世纪50年代,平板玻璃制造技术迎来了一个重要突破。阿士达·皮尔金顿爵士(Sir Alastair Pilkington)发明了浮法玻璃制程。融化的玻璃液浇注于锡池内,经挤压和拉伸后在浮法锡池上形成玻璃带。玻璃带逐渐冷却凝固成型,再经过打磨,就能得到较为平整的玻璃[5]。时至今日,这种平板玻璃生产方式还在沿用。
浮法玻璃制程
起源
熔融下拉想法诞生
1958年,平板玻璃已成为当时最大的玻璃市场之一,在玻璃制造领域拥有多年经验的康宁却尚未涉足。康宁当时的管理层和科学家们在思索,如果我们能够发明一种更可靠的方法来制造平板玻璃,或许能为康宁公司带来巨大的商机。
说干就干,制程研发团队迅速成立,其中Stuart Dockerty博士成为了这个小组的最强“大脑”, 与机械工程师Clint Shay先生紧密合作。在深入研究各种玻璃制程后,Dockerty博士和Clint Shay意识到,包括浮法玻璃制程在内的多种制程方法都需要额外的研磨和抛光,这不仅需要庞大的机器设备、大量的劳动力,还占据了巨大的生产空间,导致生产成本居高不下。
Dockerty博士
Clint Shay
在不断的探索和讨论后,“重力”这个词在Dockerty博士和Clint Shay的脑海中闪现。他们初步构想了一个创新制程:让熔化的玻璃液通过管道顶部的槽口沿着两侧流出并在底部重新连接,通过利用自身的重力作用自然下拉,形成一片玻璃。
熔融下拉制程手稿
这种工艺在生产过程中玻璃不接触物体表面,无需对玻璃表面进行研磨和抛光,提供了更经济高效的生产方案,为平板玻璃制造带来革命性的改变。
修炼
不断尝试,终获成功
1960年,哈罗兹堡工厂成为了康宁熔融创新的起点。尽管首次实验生产的玻璃并不如预期般完美,但熔融下拉的玻璃却展示出了前所未有的纤薄与平整。这个结果使Dockerty博士的团队深受鼓舞。
接下来的几年,Dockerty博士带领团队为解决条纹瑕疵和高温下的槽体变形的难题不断实验。1963年8月,改进后的方案在苏利文园区进行实地测试。如预想的一样,融化的玻璃熔液通过管道注入V型槽,并沿着边缘均匀地从两侧溢流向下,在空中被“拉”成一片玻璃,经过冷却形成了一片平整的玻璃。
平整的熔融下拉制程玻璃
终于,在1964年,康宁通过熔融下拉制程成功实现了平整、纤薄平板玻璃的大规模生产。这不仅标志着平板玻璃制造技术的一次重大突破,更开启了康宁在玻璃行业的新篇章。
- 未完待续 -
参考文献
[1] Ward-Harvey, K. (2009). Fundamental Building Materials. Universal-Publishers. pp. 83–90. ISBN 978-1-59942-954-0.
[2] "Glass Online: The History of Glass". Archived from the original on 24 October 2011. Retrieved 29 October 2007.
[3] Bennett, Jay. 玻璃時代. 国家地理. No. 267: 28–57. ISSN 1608-2621
[4] Helmut A. Schaeffer: Glastechnik. Band 3: Flachglas. 2007, S. 44 f.
[5] Ward-Harvey, K. (2009)。基本建筑材料。环球出版商。第 83–90 页。国际标准书号 978-1-59942-954-0