玻璃是如何染色的给玻璃上颜色的方法

在生活中我们经常会用到各类玻璃制品，例如玻璃窗、玻璃杯、玻璃移门等。玻璃制品兼顾美观与实用，既能够凭借晶莹剔透的外表惹人喜爱，又能够充分利用其坚硬耐用的物理性能。一些艺术玻璃甚至会使玻璃具有更多的图样，增强装饰效果。本篇文章中我们将介绍如何使透明洁净的玻璃染上各种颜色。

一、玻璃是如何染色的

普通的玻璃是用石英砂、纯碱和石灰石一起熔炼而成的.它是一种组成不固定的硅酸盐的混和物.人们先制造出来的玻璃是一些透明度差,带有一些颜色的小玻璃片.它的颜色并不是人们有意识地加进去的,而是所用的原料不纯,混进了杂质的结果.那时的颜色玻璃只是用来做装饰品,要求不高,人们只是偶然生产出了颜色玻璃.但是我们今天要求的颜色玻璃都有很高科学要求,这只有在揭开了玻璃带色的秘密后,才能够制造出来.

经过研究,人们发现如果在普通玻璃的配料中加入0.4~0.7%的着色剂,就能使玻璃带上了颜色.着色剂大多是金属的氧化物.我们前面已经知道了每种金属元素都有它独特的“光谱特征”,所以不同的金属氧化物都能呈现出不同的颜色.如果在玻璃配料中加入这些氧化物就给玻璃着上了色.例如加入氧化铬(Cr2O3),玻璃现绿色;加入二氧化锰(MnO2),玻璃呈紫色;加人氧化钴(Co2O3),玻璃呈蓝色,炼钢工人和电焊工人用的保护目镜就是用这种玻璃制成的.

其实,玻璃的颜色不仅取决于加入的着色剂,人们还通过熔炼的温度及炉焰的性质来调节元素的化合价,使玻璃呈现不同的颜色.例如玻璃中的铜,如果以高价的氧化铜存在时玻璃显现蓝绿色;以低价的氧化亚铜(Cu2O)存在时,玻璃呈红色.有时,烧熔一次还不能使玻璃显示优异来,再要进行第二次加热才能使玻璃显出颜色.名贵的金红玻璃就是这样,它是在普通的玻璃配料中加入微量的金子烧制成的.初次烧熔后,金以原子形式分布在玻璃中,此时玻璃并不显颜色;当再次加热到接近软化的温度时,其中的金原子聚合成胶状颗粒,此时玻璃就显现出了美丽的红色.

现在,人们又用稀土元素的氧化物为着色剂制成了各种高等的颜色玻璃.掺有稀土元素的颜色玻璃,色调明净,有光亮的色泽,甚至还会在不同的光线下改变颜色.例如氧化钕玻璃中就有这种特性,它在日光下显紫红色,在荧光下显蓝紫色,十分美丽.有一种玻璃会随着光线的强弱而改变颜色,人们用它作眼镜的镜片和房屋的窗户玻璃.用这种玻璃作窗玻璃,室内可以保持一定的光亮度,再也用不着用窗帘子来遮阳,所以有人称它为“自动窗帘”.它又能阻挡阳光中的紫外线通过,图书馆藏书室和博物馆装上这种玻璃以后,可以保护书籍和文物不受紫外线的破坏.

除稀土元素外,在玻璃中直接添加钨和铂,也可以做成变色玻璃.

二、给玻璃上颜色的方法

向玻璃原料中添加能够形成着色离子、化合物胶体及金属胶体粒子的物质,使之呈现不同颜色的工艺,按照着色机理可分四种类型:

①离子着色.是向玻璃料中添加钴(Co)、锰(Mn)、镍(Ni)、铁(Fe)、铜(Cu)等过渡元素的化合物,以离子状态存在于玻璃中,由于它们的价电子在不同能级(基态和激发态)之间跃迁,引起对可见光的选择吸收而着色,如钴蓝、锰紫、镍绿等颜色玻璃.

②化合物胶体粒子着色.是向含锌(ZnO)的玻璃中添加硫或硒的化合物(如CdS、CdSe等),在玻璃中形成CdO、ZnS、ZnSe等,然后在低于退火温度下进行两次热处理,形成CdS、CdSe并生长成非常大的胶体粒子,因光散射而使玻璃着色,如硒红、镉黄等颜色玻璃.

③金属胶体粒子着色.是向玻璃原料中添加容易分解成金属状态的氧化物(如金、银、铜等氧化物),先以离子态溶解于玻璃中,经热处理转变成原子态并聚集、长大成胶体粒子,因光散射引起对可见光的吸收而着色,如金红、铜红、银黄等颜色玻璃等.

④半导体着色.是向玻璃料中添加CdS、CdSe、CdTe等着色剂,在可见光区不出现吸收峰而呈连续的吸收区,透光区和吸收区间是一条坡度很陡的分界线.与前述几种着色机理不同,其颜色随CdS/CdSe的比例而变化,如CdS多时接近橙色,CdSe多时呈红色,而CdTe多时则是黑色,即它们依O2、S2、Se2、Te2的次序向长波方向移动.根据半导体能带理论,这些阴离子的亲电势依次变小,可依次用较低的能量(可见光附近)的光,就可以将它们的价电子激发至导带(激发态),使其截短波较限进入可见光区而导致玻璃着色.

相关概念

玻璃

玻璃是非晶无机非金属材料，一般是用多种无机矿物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等)为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化学组成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸盐复盐，是一种无规则结构的非晶态固体。广泛应用于建筑物，用来隔风透光，属于混合物。另有混入了某些金属的氧化物或者盐类而显现出颜色的有色玻璃，和通过物理或者化学的方法制得的钢化玻璃等。有时把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也称作农业生产体系玻璃。

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