让玻璃浮起来？他解决了远古难题

话说，西方凡是有些年头的教堂，玻璃窗都是分成一个个的小格子，为什么？

为了用艺术表现天父的神圣与慈爱...好吧，听着好有道理...

其实，道理只有一个：那个时代，透明的大块平板玻璃做！不！出！来！...

人类对玻璃的最早记载，出现在古罗马学者普利尼（Pliny，23-79）写的一则故事里。话说大概3千多年前的某一天，在地中海东海岸今叙利亚境内，一批腓尼基（今黎巴嫩人）商人停船靠岸。水手们将船上装载的石块搬到海滩上支锅生火做饭，吃完饭后人们发现，锅下面出现了很多亮晶晶的东西。原来，在火焰高温作用下，含硝酸盐成分的石块与沙滩上的石英砂产生了化学反应，就这样，玻璃在无意间中产生了。

玻璃很脆，不像金属一样有延展性，难以进行冷加工。古时候，为了使玻璃变薄，只能把玻璃加热到很高温度软化。然后，就像擀面一样，用铁辊反复碾压成相对比较薄的平板玻璃。

用这种方法加工出来的平板玻璃，表面粗糙，厚薄不均，而且有许多气泡与杂质掺杂其中。一大块玻璃中，只能挑出一小部分透明的区域。

一直到15世纪，玻璃窗被认为是奢侈品，只有最神圣的建筑——教堂，才不计成本安装。尽管如此，人们仍然缺少生产大块透明平板玻璃的技术。因此，教堂也只能把窗户分成一个个的小窗格，用一块块相对透明的小玻璃，拼接成玻璃窗。

尽管15世纪后，玻璃加工技术又有了一定的改进，比如，创造了圆柱加工法、磨光技术等，可以生产更大尺寸的平板玻璃，并对其表面进行抛光处理使其透明。但由于技术本身的限止，生产的玻璃尺寸仍小于2.4米（长）X 0.36米（宽）。生产大面积、均匀、不含气泡的透明平板玻璃，仍然做不到。

这也就是为什么许多欧洲老一点的建筑，玻璃窗都不会很宽的原因——窗户宽度受限于玻璃的宽度。

那么，为什么近几十年间，世界上突然冒出一大批具有玻璃外墙的高楼大厦？这些大片透明的玻璃片材，又是怎么做出来的？

这里，就不得不提到英国人皮尔金顿(Sir Alastair Pilkington)，一个勤奋的工程师，同时又是一个成功的玻璃商人，他生产的玻璃曾经占领世界上平板玻璃市场90%的份额。

剑桥毕业，打过二战，当过俘虏，成为工程师，发明“浮法玻璃”，开公司赚大钱，走向人生巅峰，迎娶白富美，老年又娶了白富美...这就是皮尔金顿的一生，真正的人生赢家。

嗯，他的人生最大的转折是在1952年，作为工程师，他发明了“浮法玻璃”—— 一种可以生产大尺寸平板玻璃，并大大降低生产成本的方法。我们今天使用的平板玻璃，几乎都是用这种方法生产的。

固体表面都有一定的粗糙度，无论用多么平滑的固体容器装载玻璃熔体，冷却后玻璃表面仍不够平滑。为了降低粗糙度，需要给玻璃抛光，耗时耗力，成本大大增加。同时，由于加工过程中散热不均匀，导致玻璃内应力很大，会导致光扭曲。研究玻璃加工的皮尔金顿，常常被玻璃粗糙的表面困扰。

他经常在思考，能否发明一个方法，让玻璃表面像静止的水面一样平滑？

静止的液体表面，永远是光滑平整的。自由流动的液体分子，能够在分子级别平整表面的起伏，

是的，像水面一样！油滴漂浮在水面上，油滴与水面的接触面，不就是非常平滑吗？

日思夜想的皮尔金顿灵光一闪，既然液体是世界上最平滑的表面，为什么不能用液体表面来做容器的底，装载熔融的玻璃呢？这样，玻璃与液体接触的表面，不就能够像液体一样平滑了吗？

这个想法虽然朴实，却颠覆了人类几千年的玻璃加工工艺。

当然，用水做容器来装玻璃肯定是不行的。因为水如果遇到上千度的高温玻璃熔体，早就化做一缕清烟。而且，玻璃熔体密度比水大得多，熔体会沉入水下，起不到承载的作用。

因此，承载玻璃熔体的液体，必须同时具备至少三个必要条件：1、能承受高温；2、比玻璃熔体的比重大；3、相互不互溶。

锡的熔点是240度，沸点是2300度，在这个范围内都是液态。另外，锡的密度比玻璃熔体大得多，因此锡熔体会沉在下面，而玻璃熔体漂浮在锡“海洋”的上方，就像一杯用液态锡-玻璃调制的鸡尾酒。

如此一来，玻璃熔体铺展在液态锡的表面，就像漂浮在水面的油滴，上下表面都铺展成非常平滑的姿态，而且，锡池子有多大，平板玻璃的面积就可以做多大。“浮法玻璃”同时解决了平板玻璃表面粗糙与无法大面积制造的传统难题，生产出的玻璃明亮透明，不用进一步的加工，就可以直接使用。

以下就是”浮法玻璃“生产的示意图：

从此，平板玻璃的生产成本大大降低，人类大量使用玻璃成为现实，而用玻璃建房子也成为可能。剩下的事，就交给设计师们吧...

不过，玻璃建材的大量使用，也给社会带来了光污染的问题，这是几十年前的人们料想不到的...

皮尔金顿：怪我喽？！...

文章来源：微信公众号“漫科普”(ID：mankepu2015)

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发表于 2016-03-25 00:00
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