玻璃藝術(shù)作品中氣泡的產(chǎn)生原因及去除方法①

楊美華（南京藝術(shù)學(xué)院 設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京 210013）

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玻璃藝術(shù)作品中氣泡的產(chǎn)生原因及去除方法①

楊美華（南京藝術(shù)學(xué)院 設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 南京 210013）

［摘 要］在玻璃藝術(shù)創(chuàng)作過(guò)程中，極易在作品中形成氣泡，影響藝術(shù)效果及作品安全性。本文以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，分析了玻璃藝術(shù)作品中氣泡的產(chǎn)生原因，提出了去除氣泡的方法途徑。

［關(guān)鍵詞］玻璃藝術(shù)；氣泡；產(chǎn)生原因；去除方法

自1999年以來(lái)，玻璃藝術(shù)創(chuàng)作及教學(xué)科研在中國(guó)越來(lái)越多的高校中普及，而又以窯爐鑄造為主要工藝。但是，在這一過(guò)程中，不少教師和學(xué)生不能很好地控制作品中的氣泡，不僅影響作品的視覺(jué)效果，也容易導(dǎo)致作品在成型、保溫退火、冷加工、甚至在一段較長(zhǎng)時(shí)間后突然碎裂。筆者以鉛晶特種玻璃（鈉鈣玻璃）為原料，進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，分析了玻璃藝術(shù)作品中氣泡的產(chǎn)生原因，提出了去除氣泡的方法途徑。

一、玻璃藝術(shù)作品中氣泡產(chǎn)生的原因

玻璃藝術(shù)作品中氣泡的產(chǎn)生是一個(gè)跨學(xué)科的問(wèn)題，涉及化學(xué)、物理、藝術(shù)等多門(mén)學(xué)科。首先與原料品質(zhì)有很大關(guān)系。在鈉鈣玻璃的生產(chǎn)過(guò)程中，碳酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽、硼礦石、苛堿、水合鋁氧等配合料在加熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生和釋放二氧化碳、氧氣、氮?dú)狻⒍趸虻葰怏w或水汽，如果澄清工藝水平不高，則會(huì)留下許多微小氣泡。

其次，肉眼看似光滑的玻璃表面，放在顯微鏡下，就像丘陵一樣坑洼不平，能夠吸附很多氣體。這種現(xiàn)象不單存在于玻璃中，任何物質(zhì)如金屬、木頭、陶瓷等，都能吸附氣體。氣體物質(zhì)根據(jù)周?chē)h(huán)境不同決定：如果玻璃藝術(shù)家抽煙，則玻璃吸附氣體中硫化物成分較多。如果女性藝術(shù)家用香水或護(hù)膚品等，則玻璃吸附氣體中含有機(jī)物成分則較多。

最后，從玻璃藝術(shù)創(chuàng)作過(guò)程來(lái)看，創(chuàng)作者的制作方法和制作過(guò)程也對(duì)氣泡的產(chǎn)生有較大影響。主要有以下六個(gè)方面：

1.模具過(guò)于復(fù)雜，又沒(méi)有預(yù)留相應(yīng)的出氣孔。在高溫熔融狀態(tài)下，玻璃液態(tài)形成，其中的氣體向上緩慢移動(dòng)，但由于排出不暢，這些氣體就滯留在模具中，從而形成氣泡。

2.泥稿成型時(shí)放料口又沒(méi)有及時(shí)添加澆鑄口就澆耐火石膏模具，繼而用花盆等容器作為澆鑄口。由于玻璃隨著溫度升高逐漸變成糖飴般粘稠，繼續(xù)升溫，到達(dá)玻璃熔點(diǎn)時(shí)，玻璃料突然崩潰，變成玻璃液后只能通過(guò)花盆底下很小的口迅速流入模具，在快速流動(dòng)中，玻璃會(huì)帶入大量空氣，形成氣泡帶。

3.玻璃原料在放入模具之前，表面的雜質(zhì)沒(méi)有完全清除干凈。這些雜質(zhì)，有些就如同鈉鈣玻璃的生產(chǎn)過(guò)程中配合料一樣，會(huì)在高溫狀態(tài)下產(chǎn)生和釋放氣體。

4.沒(méi)有嚴(yán)格地控制鑄造玻璃創(chuàng)作過(guò)程中的產(chǎn)生的水分，從而形成水汽。水汽的產(chǎn)生出現(xiàn)在兩個(gè)溫度點(diǎn)：一是水的揮發(fā)溫度點(diǎn)100℃，這時(shí)水由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)揮發(fā)出來(lái)。二是石膏中結(jié)晶水的揮發(fā)溫度點(diǎn)162℃，這時(shí)結(jié)晶水將由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。在水變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程中，容易形成氣泡。

5.窯爐升溫過(guò)快。當(dāng)玻璃在常溫狀態(tài)下，其表面是致密和光滑的，極少吸附空氣。但在窯爐快速升溫過(guò)程中，玻璃料開(kāi)始變軟，形成肉眼看似光滑實(shí)際坑洼不平的表面，從而吸附氣體，形成不規(guī)則細(xì)小氣泡。

6.玻璃中的氣態(tài)包體在持續(xù)高溫下?lián)]發(fā)。氣體包體不同于氣泡，它已經(jīng)與玻璃分子緊密結(jié)合，處于分子與分子的嚴(yán)密包裹之中，因而性質(zhì)比氣泡穩(wěn)定得多。但是，當(dāng)玻璃長(zhǎng)期處于熔融狀態(tài)時(shí)，其中氣體包體就容易掙脫玻璃分子的束縛而揮發(fā)出來(lái)，形成氣泡。

二、創(chuàng)作過(guò)程中去除氣泡的方法

去除玻璃藝術(shù)作品中的氣泡，首先要選擇好品質(zhì)的原料，這些原料中的微小氣泡在工廠就消除得比較干凈，減少了創(chuàng)作過(guò)程中產(chǎn)生氣泡的幾率。

除此以外，在創(chuàng)作過(guò)程中還要注意以下幾點(diǎn)：

（一）清洗玻璃料

計(jì)算作品所需玻璃料，將選好的料（塊料、棒料、碎料等）稱(chēng)好重量后，按以下步驟清洗。

第一步，先用磁鐵將玻璃原料在制作和運(yùn)輸原料過(guò)程中產(chǎn)生并附著在表面的鐵屑去除。這些細(xì)屑如果不清除干凈，將在玻璃升溫過(guò)程中像海綿一樣吸附空氣，從而形成氣泡。把鐵屑去除干凈，也可以縮短后面酸洗的反應(yīng)時(shí)間。

第二步，用水清洗玻璃材料表面粘附的泥沙、紙屑等。如果玻璃料上附著了油污，可以先用洗滌劑先清洗一遍，然后再用清水清洗干凈。

第三步，進(jìn)行酸洗。操作者戴上橡膠手套及防護(hù)措施，在有通風(fēng)條件工作間，用調(diào)配好的含10％鹽酸的水溶液浸泡玻璃料，浸泡4—8小時(shí)，中間用攪棒攪動(dòng)幾次。然后取出，用自來(lái)水沖洗2—3次，最后用去純凈水沖洗一次，瀝水后低溫烘干，裝入已在電窯內(nèi)放置好的耐高溫模具中。切不可放入金屬或塑料容器中，因?yàn)閳?jiān)硬的玻璃會(huì)在容器表面刮蹭，形成碎屑。

由于鹽酸有較強(qiáng)腐蝕性，要謹(jǐn)慎處理廢液。每次處理工作完成后，要用PH試紙測(cè)量一下廢液的酸堿度。當(dāng)PH值小于7時(shí)，還可以繼續(xù)使用。再次使用時(shí)可在其中加入部分新的洗液。如果PH值大于7，則已呈堿性，需要加入適量酸液予以中和，然后才能處理掉。

（二）干燥模具

以一個(gè)尺寸為5cm×5cm×5cm作品為例：

1.作品部分造型完成后，添加尺寸為作品高度1/3的梯形澆鑄口，在完全塑造好的且表面打磨光滑的泥模插上竹簽（用來(lái)做出氣孔），然后翻制成耐高溫石膏模，隨后將泥掏出并清洗粘在石膏模具上的泥塊。

2.將模具放入烘箱內(nèi)進(jìn)行初步烘干，將烘烤溫度設(shè)置為60℃，時(shí)間設(shè)置為24個(gè)小時(shí)，干燥后將烘箱打開(kāi)，取出模具。此時(shí)有兩種方法可以檢查模具是否干燥。第一種方法是用手指輕叩模具表面，以聽(tīng)到較為清脆的聲音為好。如果聲音混濁，則表明模具還未干透，需要再干燥一段時(shí)間。第二種方法是用臉部輕貼模具。因?yàn)槟槻繉?duì)濕度很敏感，極易感覺(jué)出石膏是否干燥。由于耐高溫石膏中含有玻璃纖維，用第二種方法時(shí)，要及時(shí)清洗面部。

3.耐高溫石膏模具干燥后，可以將其放入電窯爐內(nèi)，繼續(xù)保持干燥及清潔，以便接下來(lái)放料。

對(duì)于大多數(shù)玻璃藝術(shù)創(chuàng)作來(lái)說(shuō)，如果石膏模具干燥的程度不夠，則在后續(xù)的加熱過(guò)程中，石膏模具中的水分會(huì)釋放出來(lái)，在玻璃中形成微小氣泡。

（三）合理設(shè)置窯爐溫度曲線

窯爐溫度曲線包括升溫部分、退火部分和降溫部分。合理設(shè)置溫度曲線，可以有效減少和消除玻璃作品中的氣泡。

1.設(shè)置升溫曲線。

升溫部分的曲線設(shè)置，由于不同的藝術(shù)家的經(jīng)驗(yàn)而有所不同，也因?yàn)樽髌反笮　⒁约案G爐內(nèi)作品的數(shù)量而有所不同。但通常而言，為了把水汽充分地排除出來(lái)，避免形成氣泡，從常溫升至200℃之間的時(shí)間就要長(zhǎng)一些，而且要緩慢上升。最保險(xiǎn)的方式是以每小時(shí)5℃～10℃的溫度上升。在升溫的過(guò)程中，窯爐上方的面蓋要打開(kāi)，以方便水汽順利排出。同時(shí)，溫度達(dá)到200℃時(shí)，要保持一段時(shí)間。在這個(gè)溫度點(diǎn)上，液態(tài)的水可以完全揮發(fā)。

從200℃到達(dá)鈉鈣玻璃軟化點(diǎn)550℃之間的上升溫度也一定要慢。原因有兩個(gè)：一是石膏模具中的結(jié)晶水，完全揮發(fā)排除的溫度在500℃～550℃之間，要通過(guò)一段時(shí)間的保溫來(lái)有效揮發(fā)結(jié)晶水。二是在200℃到550℃這個(gè)升溫過(guò)程中，玻璃上吸附的氣體會(huì)慢慢膨脹，上升，聚小為大，排出玻璃表面。通常要以每小時(shí)2℃～5℃的速度緩慢上升。

2.高溫熔融時(shí)間要短

在800℃～900℃高溫時(shí)，玻璃分子極其活躍，其間的氣態(tài)包體容易釋放出來(lái)，形成氣泡。因此，一旦玻璃變成液態(tài)后，要立刻迅速降溫。這樣包體也就不易揮發(fā)出來(lái)。但需要特別說(shuō)明的是，如果作品涉及細(xì)節(jié)部分，則并不適合立刻速降，因?yàn)榱黧w狀玻璃到各個(gè)細(xì)節(jié)部分需要一定的時(shí)間。

3.合理設(shè)置退火降溫曲線

通常來(lái)說(shuō)，鑄造玻璃溫度控制曲線的最核心的部分，是退火降溫部分而非升溫部分，降溫部分又以退火點(diǎn)到380℃的下降速度最為關(guān)鍵。

玻璃的退火點(diǎn)，是指把窯爐溫度設(shè)定在某個(gè)點(diǎn)，在這個(gè)點(diǎn)上，玻璃經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間緩慢地、均勻地冷卻下來(lái)，其各部分的溫度趨于一致，從而最大限度消除由于玻璃各個(gè)部分的溫度不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力（因溫度不同分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同而產(chǎn)生的力量）。

每個(gè)玻璃材料供應(yīng)商都會(huì)提供相應(yīng)的退火點(diǎn)溫度（現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的鉛晶玻璃的退火點(diǎn)為460℃），設(shè)置溫度曲線前一定要依據(jù)退火公式，根據(jù)作品的厚度（通常以厚度為依據(jù)）計(jì)算出退火點(diǎn)保溫的時(shí)間長(zhǎng)短、從退火點(diǎn)降至380℃的時(shí)間以及380℃降至常溫的時(shí)間。一般而言，380℃是玻璃內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)趨穩(wěn)定的溫度。

（1）從退火點(diǎn)降至380℃的計(jì)算公式如下：

H1=［（3.82/a2）×60］/3

H為每分鐘下降溫度（Annealing speed in ℃ per 1 minute ）

A為玻璃的厚度（Glass thickness）

以5cm厚度的玻璃作品降溫為例，計(jì)算如下：

3.82/52≈0.15℃/分鐘（每分鐘下降0.15℃）

換算成小時(shí)為：0.15℃×60（分鐘）=9℃（每小時(shí)下降9℃）

如果玻璃在石膏模具中，則實(shí)際降溫速度要比上面算出的溫度再除以3（因?yàn)槭嗄＞咂鸬搅吮氐淖饔茫禍氐臅r(shí)間就要更長(zhǎng)一些），即：

9℃/3=3℃（有模具的厚度為5cm的玻璃從510℃降至380℃要以每小時(shí)3℃的速度往下降溫）

注：所有的厚度都可以用這個(gè)公式來(lái)計(jì)算從退火點(diǎn)降到380℃的時(shí)間，原則上玻璃越厚，退火時(shí)間就越長(zhǎng)。

（2）從380℃降至50℃的計(jì)算公式如下：

380℃往下降溫則比前一段溫度的下降速度快3倍。

由此算出H2=9℃

（四）窯爐溫度曲線設(shè)置實(shí)例

以厚度為5cm帶耐高溫石膏模具的鑄造工藝為例，溫度表格如下：

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將以上溫度表格轉(zhuǎn)換為溫度曲線如下：

三、結(jié)語(yǔ)

本文探討了玻璃藝術(shù)創(chuàng)作過(guò)程中氣泡的產(chǎn)生原因及去除方法。而對(duì)于有的玻璃藝術(shù)作品而言，氣泡的存在本身也是表達(dá)藝術(shù)效果的一種形式，因而是不需要去除的。還有的藝術(shù)家能夠有意識(shí)地在玻璃作品中制造出各種形態(tài)的氣泡，這進(jìn)一步豐富了玻璃藝術(shù)創(chuàng)作的語(yǔ)言。

（責(zé)任編輯：梁 田）

［中圖分類(lèi)號(hào)］J527.3

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A

［文章編號(hào)］1008-9675（2016）02-0177-03

收稿日期：2016-01-15

作者簡(jiǎn)介：楊美華（1975-），女，江西泰和人，南京藝術(shù)學(xué)院設(shè)計(jì)學(xué)院教師，研究方向：玻璃藝術(shù)。

基金項(xiàng)目：①江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)資助項(xiàng)目（PAPD） 南京藝術(shù)學(xué)院校級(jí)項(xiàng)目（XJ2015019）。