有了这些陶制模具,不仅可以做平板玻璃,也可以做其他的玻璃器皿。
烧制玻璃的主要原料是石英砂,化学成分就是二氧化硅,熔化温度在一千七百度以上,通常为了降低熔点,增加玻璃的性能,会加入石灰石,纯碱,氧化铝等其他金属氧化物作为辅料。
曾凡这里没有那么全的材料,就石灰石不缺乏,其他的辅料只能用铁矿石或者粉碎的花岗岩粉凑数了。
实验过几次,他发现增加辅料后,融化温度虽然有所降低,杂质却太多了,他又不能严格控制辅料中各种成分的配比,出来的玻璃反而没法看。
玻璃的主要成分是二氧化硅,硅原子和氧原子通过共价键连接,形成一个三维网络结构。这种网络结构中的每个硅原子与四个氧原子相连,每个氧原子与两个硅原子相连,形成了一个稳定的四面体。
这种结构即便在融化为液态也依然稳定,流动性很差,比曾凡先前实验的液态钛差很多,这也导致了其中混杂的杂质难以清除。
后来,曾凡索性只熔炼石英砂,不加任何助溶剂,直接加热到熔点一千七百度,提高二氧化硅的纯度再进行降温结晶,然后注入温度稍低的模具中,缓慢降温冷却成型。
这套工艺对温度控制要求比较高,工业化生产比较难,却更适合曾凡发挥特长。
先前熔炼钛铁矿石的经验,正好可以用上,他的感应能力控制高纯物质结晶生长更有把握。
二氧化硅尽管与钛金属差异很大,可是分子体积更大,尤其是与液态金属不同的网状共价键结构,可以形成很大的晶核体积,他可以清晰的感应到这种结构形状,玻璃器皿的体积很大,对他的能力提升似乎很有帮助。
刚开始曾凡仍然用小熔炉进行实验,模具就是一个最简单的凸透镜,能做出来就算成功。
与当初制作钛金属器具正好相反,二氧化硅的结晶颗粒越大越好,需要一个缓慢稳定的降温过程。
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这个过程中,曾凡发现自己已经不是在制作玻璃,而是在制作人工水晶。
玻璃与水晶的主要成分相同,除了二氧化硅的含量外,最主要的差别就在于:玻璃内部都是凌乱的不规则结晶颗粒,水晶内部则是高度有序的晶体结构。
这样的差别也导致了二者的许多方面差距,水晶的透光率、折射率、硬度等性能都比玻璃更加优秀。
缓慢的降温过程,也意味着更加消耗时间。