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如何在坚硬的玻璃上刻字画?


实验室k / 2019-01-04

       生活中,我们经常能看到一些有美丽的刻字或精美的图画的玻璃。很多人都觉得不可理解:如此坚硬的玻璃,这些字和画是怎样刻上去的呢?

       其实,在玻璃上刻字就像制作电路板一样,主要是利用氢氟酸来腐蚀。首先,用耐氢氟酸腐蚀的涂料(如熔化的石蜡)保护玻璃表面,去除需要形成阴纹图案处的保护层,放平后将氢氟酸涂在上面,放置20多分钟,将残液用水冲去,将保护层除去后,玻璃上就会出现阴纹的图案。氢氟酸的腐蚀性极强,它的蒸汽也会伤害人体健康,因此操作时要极为小心。利用这种方法,在实验室玻璃器皿送上作标签轻而易举。其反应方程式如下:

SiO2+4HF=SiF4+2H2O

       也可以用萤石粉(CaF2)和1:1的浓硫酸混合成的糊状物来代替氢氟酸。同样,首先涂上保护层,留出要刻蚀图案的部分,将混合而成的糊状物涂在上面,通过反应生成的氢氟酸去腐蚀暴露的图案处的玻璃,大约20分钟左右,将残留物清除掉,即可得到阴纹图案。

       透明是玻璃最美妙的特性,其不生锈、抗腐蚀等优点也是各种优良的金属、砖石及木材等材料无法比拟的。埃及古基中发掘出来的玻璃项珠,已经在地下沉睡了四千多年,至今仍像刚刚制成一样闪耀着美丽的光泽。

       石英石即二氧化硅(SiO2),是玻璃的主要成分,它质地坚硬,而且具有透明的特性,被广泛用作窗玻璃、光学仪器玻璃,以及各种化学和生活容器。人们在做各种化学实验时,总希望能直接看到容器内的化学反应,只有玻璃能实现这一题望,因为它不仅透明,面且还有抗腐蚀性,各种化学物质都奈何不了它。一般的金属遇酸就会发生化学反应,即使是最稳定的“金属之王”——金子,在遇到硝酸和盐酸混合而成的“王水”时,也会被溶解。唯有玻璃不怕盐酸、硫酸、硝酸甚至王水的侵蚀。只有遇到苛性碱,玻璃才会被略微腐蚀一层表皮。因此,化学家将玻璃当成了宠儿,甚至将它称为“玻璃试管专家”。

       尽管玻璃很容易破碎,但它具有很高的硬度,它所能承受的压力甚至大大超过了生铁。有人做过如下实验;在大小相等的生铁块和玻璃块上放置重物。当所放物品的重量达到50千克时,生铁块被压碎了,而玻璃却完好无损。直到加压至90千克以上时,玻璃块才被压碎。玻璃如此坚硬,以至于普通钢材做的刀、剪、锥、锯都不能伤它分毫,只有用高级合金钢做的刀和金钢砂轮才能在玻璃上留下痕迹。

       玻璃如此坚硬,要想在上面加工出各种美丽的花纹岂不是无稽之谈?

       不用着急,正所谓“卤水点豆腐,一物降一物”,玻璃也有克星——氢氟酸,这种化学物质不但可以轻易地降服坚硬的玻璃,而且能在玻璃上“雕刻”出美丽的图案,是名副其实的“雕花”能手。氢氟酸怎么会有如此大的本领呢?

       原来,作为最活泼的非金属元素,氟能轻易与氢结合,生成氢氟酸。氟差不多能和所有的元素发生反应,氢氟酸则具有很强的腐蚀性,能和大部分金属、非金属发生反应。

       当氢氟酸遇到玻璃时,二者会发生化学反应。

       二氧化硅是玻璃的主要成分,它与氢氟酸发生反应生成能挥发的四氟化硅气体和水,玻璃从而被腐蚀为毛玻璃,这就是玻璃雕花的秘密。如今,美丽的玻璃花已成为一门工艺,将人们的生活点缀得更为精彩。

       人们制造量筒、量杯上的刻度时,首先要将量筒放在熔化了的石蜡中浸一下,然后将刻度位置的石蜡用力刮去,再涂上氢氟酸,或放在氟化氢气体中进行腐蚀。由于氢氟酸不会与石蜡发生化学反应,只有量筒上刮去石蜡的地方会被腐蚀,因此将多余的氢氟酸和石蜡脱去后,量筒等仪器上蚀成的刻度线便会显现出来,这样量筒就制好了。

       将熔化的石蜡覆盖在玻璃表面,凝固后将欲腐蚀部分的石蜡抠掉,滴加氟化氢溶液或氟化钙与硫酸的混合物。欲刻蚀的深度不同,所需要的时间也有所不同,短则几分钟,长则几小时。然后用水冲掉氟化氢并将玻璃表面的石蜡抠掉,相应的图案就显现出来了。

       酸能将玻璃表面覆盖,将整个玻璃腐蚀,涂石蜡就是为了保护不需要腐蚀的部分。

       氢氟酸是危险品,皮肤接触或吸入蒸汽都可能引发生命危险,因此使用时一定要注意安全,做好个人防护与废弃物安全排放等公共安全措施。如果不小心沾到皮肤上,应立即用大量清水冲洗并及时到医院接受诊治。


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