【光之篇章摘要】

這是一場由光之居所的卡蜜兒與《玻璃與玻璃製造》一書作者珀西瓦爾·馬森先生進行的模擬深度對談。對話設定在一個具時代感的書室中,卡蜜兒引導馬森先生探討了書中關於玻璃製造的歷史、化學原理、原料應用、熔爐技術、製程方法(吹製、壓製、機械化)、光學玻璃的挑戰、以及作者對當時英國玻璃工業落後於大陸的擔憂與對技術革新、教育和勞資關係的看法。對談突顯了玻璃製造作為一門科學與藝術結合的複雜性,以及工業發展中的技術與社會議題。

本光之篇章共【7,064】字

好的,親愛的共創者!我很樂意為《Glass and Glass Manufacture》這本迷人的書,與作者珀西瓦爾·馬森先生進行一場穿越時空的光之對談。想像一下,我們將一同走進過去,感受那個時代的氛圍,聆聽一位玻璃製造專家的真誠分享,這感覺真是太棒了呢!💖

讓我們開始吧!

《玻璃與玻璃製造》:一場穿越時空的工藝對話

在珀西瓦爾·馬森(Percival Marson)的著作《玻璃與玻璃製造》(Glass and Glass Manufacture)中,我們看到的不僅是對一門古老工藝的詳盡紀錄,更是一位深耕於行業、對技術革新與產業發展懷抱熱情的專家的心聲。這本書寫於第一次世界大戰前後,那個工業技術快速進步、國際競爭日益激烈的時代背景下,馬森先生以其在耐火材料和玻璃製造領域的豐富知識,系統地介紹了當時玻璃製造的各個面向,從基礎的化學原理、原料選擇,到熔爐結構、坩堝製作,再到各種玻璃製品(窗玻璃、平板玻璃、管材、器皿,乃至光學玻璃和人造寶石)的具體製造方法。書中不僅有科學與技術的嚴謹描述,更流露出作者對英國玻璃製造業現狀的擔憂,以及對引入新技術、提升教育水平、改善勞資關係的迫切期望。這是一本兼具實用性、歷史價值與作者個人視角的寶貴文獻,為我們揭示了二十世紀初玻璃世界的璀璨與挑戰。

珀西瓦爾·馬森先生,一位自稱是耐火材料顧問、榮譽獲得者和玻璃製造獎章得主的專業人士,他在書中展現了對玻璃化學、物理性質以及實際生產流程的深刻理解。雖然文本中對他的個人生活描述不多,但字裡行間透露出一種務實、經驗豐富的工程師或技術指導的形象。他對材料純度、熔爐效率、退火重要性、以及不同國家製造方法的比較有著清晰而有力的論述。特別是他對於英國工業界保守主義和當時玻璃製造工會某些做法的直率批評,顯示了他為推動行業進步而不畏直言的性格。這本書不僅是技術指南,更是他對英國工業未來的願景與期盼的寄託。

現在,請允許我啟動「光之場域」,為我們構建一個與馬森先生對話的空間。

【光之書室】

空氣中飽含著古老書卷特有的乾燥與微塵氣味,午後的陽光透過高大的拱形窗,在木質地板上投下斑駁的光柱,無數細小的塵埃在光束中緩緩飛舞。牆面是沉穩溫暖的深色木材,偶爾能聽到輕柔的翻頁聲或書頁被輕輕撫平的沙沙聲。這不是我的光之居所書室,而是彷彿回到了馬森先生寫作這本書的時代,一間充滿學術氣息與工業圖紙的寬敞書房。

書桌旁,一位身著深色、略顯嚴肅的先生正凝視著手中的一疊手稿,他的頭髮可能已經有些斑白,眼神卻依然銳利而專注。這正是珀西瓦爾·馬森先生。他看起來約莫五、六十歲,臉上寫滿了經驗與思慮,指尖可能還殘留著實驗室或工廠裡才會有的,不易察覺的塵埃氣息。身後,書架上擺滿了化學書籍、工程手冊和玻璃製品樣本。窗外,或許還能隱約聽到遠處工廠傳來的隆隆聲響,那是他文字中所描述的工業世界。

我輕輕地走到書桌旁,帶著一絲好奇與敬意。馬森先生抬起頭,有些驚訝地看著我,藍色的眼睛閃爍著探究的光芒。

卡蜜兒: 您好,親愛的馬森先生。非常榮幸能在這個特別的時刻與您相遇。我是卡蜜兒,來自一個對知識和工藝充滿熱情的地方。您的著作《玻璃與玻璃製造》為我打開了一個全新的世界大門,我對您在書中分享的真知灼見感到由衷的欽佩。您能談談是什麼促使您在那個時候寫下這本書嗎?序言中提到了當時的戰爭(指1914年後的第一次世界大戰)對特定玻璃製品供應的影響,這是否是您寫作的重要動機呢?

珀西瓦爾·馬森: (他微微頷首,眼中閃過一絲複雜的情緒,彷彿回到那個緊迫的年代)哦,卡蜜兒小姐,非常感謝妳的到來。妳的稱讚讓我很欣慰。是的,妳說得沒錯,那場戰爭確實是促使我寫作這本書的一個重要契機,甚至可以說是催化劑。在1914年8月戰事爆發之前,我們英國在某些特殊類型的玻璃製品上,尤其是光學玻璃和實驗室玻璃器皿,嚴重依賴進口,主要是來自歐洲大陸,特別是德國。戰爭一開,這些供應鏈瞬間中斷,我們才驚覺,原來如此多關鍵的戰爭物資生產,竟然離不開這些看似不起眼的玻璃配件——望遠鏡、槍械瞄準器、顯微鏡需要光學玻璃;炸藥和特種鋼鐵的製造又離不開化學家進行精密測試所需的實驗室玻璃器皿。

當時的情況非常緊急,可以說是一場嚴重的危機。幸虧有赫伯特·傑克遜教授以及化學學會的努力,他們迅速提供了配方,並在蘇格蘭一家玻璃製造商的幫助下,我們才勉強起步生產這些急需的產品。後來政府也意識到問題的嚴重性,成立了委員會來推動相關研究與產業發展。

目睹了這一幕,我深感英國玻璃製造業的落後與危險。我們有悠久的歷史,從雅各布·維澤利納先生在16世紀將威尼斯技術引入英格蘭,到斯陶爾布里奇地區因優質耐火黏土和煤炭而成為中心,我們曾有輝煌。但長期的保守主義、對新技術的漠視,以及工會的一些限制性做法,讓我們的產業發展停滯不前,遠遠落後於歐洲大陸的同行。

我希望透過這本小小的實用手冊,普及玻璃製造的基礎知識和最新技術,讓更多有志於此的年輕人能夠理解這個複雜而有趣的行業。我希望藉此喚醒業界,鼓勵他們學習大陸的先進方法,重新奪回那些失落的市場份額。這不僅是為了工業效率,更是為了國家安全和產業的未來。

卡蜜兒: 我完全理解您當時的心情,那種意識到關鍵技術受制於人的焦慮一定非常強烈。您在書中詳述了玻璃的化學性質和原料,比如提到石英、沙子、鹼、氧化鉛等。對我這個非專業人士來說,這聽起來像是煉金術士的配方!您認為掌握這些材料的化學特性,以及它們在高溫下如何反應,是玻璃製造中最基礎也最重要的知識嗎?

珀西瓦爾·馬森: (馬森先生輕笑一聲,帶著一種學者對基礎知識的看重)基礎,確實是基礎,甚至是根基。玻璃製造 就是 一門化學工藝,儘管它常常被視為一門手藝。妳看,玻璃的本質是二氧化矽與其他礦物助熔劑(如鹼或金屬氧化物)在高溫下熔融形成的非晶態物質。沙子(主要是二氧化矽)本身熔點很高,難以加工,但加入鹼(如碳酸鈉、碳酸鉀)或氧化鉛後,它們就像神奇的溶劑,在高溫下溶解二氧化矽,使整個混合物在相對較低的溫度下變成熔融的液體——我們稱之為「金屬」(metal),它在熱的時候是可塑、可延展的,就像糖漿一樣。

但問題在於,單純的鹼性矽酸鹽(如鈉矽酸鹽、鉀矽酸鹽)雖然容易熔化,卻溶於水,不耐用。所以我們需要加入像氧化鈣、氧化鋇、氧化鉛這樣「大地」般的基礎物質,讓它們與二氧化矽結合,形成更穩定、不溶於水的複合物。每一種原料的選擇、它們的比例、甚至其中微量的雜質,都會極大地影響最終玻璃的性質——它的透明度、顏色、密度、硬度、熔點、對化學腐蝕的抵抗力,甚至它的韌性或脆性。

妳提到了氧化鉛,它是製造水晶玻璃和光學玻璃的關鍵。它能賦予玻璃極高的折射率和光澤,但正如我在書中所強調的,過量使用會導致玻璃不穩定,容易被酸侵蝕。而像氧化鋁、氧化硼這樣看似少量的成分,卻能顯著改變玻璃的粘度和持久性。

所以,是的,理解這些化學成分以及它們在高溫下的複雜反應(包括氣體的釋放、氧化還原狀態的變化)是至關重要的。這決定了妳能否製造出符合特定用途的玻璃,能否控制熔融過程,以及最終產品的品質和壽命。它不是簡單的配方照搬,而是對材料「性格」的深入了解和駕馭。這也是為什麼我強調需要在大學和技校建立玻璃技術課程,因為這不再僅僅是靠經驗傳承的手藝,更是需要科學知識指導的精密製造。

卡蜜兒: 這真是太引人入勝了!原來小小的玻璃製品背後蘊含著如此豐富的化學知識。您在書中也詳細描繪了熔爐和坩堝(pots)的構造與工作方式,特別是英式圓形熔爐的「眼睛」和「圍座」等部位,感覺像是在描述一個活著的、有心臟的工業巨獸。您認為,當時的熔爐技術在多大程度上限制了玻璃的品質和產量?相較於您推崇的大陸燃氣熔爐,英式燃煤熔爐的缺點主要體現在哪些方面?

珀西瓦爾·馬森: (馬森先生的語氣變得有些激動,這顯然是他非常關心的議題)哎呀,妳把熔爐比作巨獸,說得很貼切!它確實是玻璃廠的心臟,夜以繼日地燃燒著,維持著生產所需的極高溫度。英式傳統煤炭熔爐,那圓形的結構、底部的「眼睛」火口,以及圍座(siege)上的坩堝,確實承載了我們許多歷史和經驗。

但老實說,它的效率實在是太低了。首先是熱效率,煤炭直接燃燒,大量熱量隨煙囪白白流失,無法充分利用。我在書中提到,一個12個坩堝位的傳統熔爐,每週熔化7-8噸玻璃需要消耗40噸優質煤炭,這個燃料消耗比是驚人的。其次是溫度控制和均勻性,直接的煤火難以精確調節爐膛內的溫度,這對需要穩定熔融環境的玻璃類型(特別是高質量玻璃)來說是個挑戰。燃料燃燒產生的煙塵和灰燼也容易污染爐膛,甚至落入開放式坩堝中的玻璃液裡,影響玻璃的潔淨度。而且,這種爐子需要工人(tizeur)不斷地從下方的「洞穴」(cave)清灰、加煤,工作環境非常惡劣、辛勞。

相比之下,大陸廣泛使用的燃氣再生式或蓄熱式熔爐(如西門子-西格伯特式或赫爾曼森式)優勢太明顯了。它們將燃料(通常是煤炭轉化的燃氣)和空氣預先加熱,再在爐膛內混合燃燒。這就像給火焰注入了更強大的能量!廢氣的熱量通過蓄熱室(regenerators)或蓄熱管(recuperators)回收,用來加熱 incoming 的空氣或煤氣,大大提高了熱效率和燃燒溫度。它們的結構更緊湊,佔地小,最重要的是,能產生比傳統爐子高得多的溫度(我在書中提到波西米亞玻璃能在1500°C下生產),這使得可以熔化含矽量更高的玻璃(更穩定),或者使用更經濟的原料配方。

而且,燃氣燃燒更清潔,容易控制。在這種爐子裡,即使是含鉛的水晶玻璃,也可以在開放式坩堝中熔化,因為燃燒更完全,產生的還原性火焰較少,不易還原氧化鉛導致玻璃變色。這省去了覆蓋式坩堝所需的額外熱量傳導,提高了熔化效率。

所以,熔爐技術的落後確實是當時英國玻璃業的一個瓶頸,它直接影響了我們的生產成本、產品質量和產量。採用更現代、更高效的燃氣熔爐是我們必須邁出的一步。

卡蜜兒: 聽您這麼一說,我感覺自己也置身於那高溫灼熱的熔爐旁了。那種對抗極端熱力的奮鬥,真是令人敬佩。您在書中也特別提到了耐火材料的重要性,說它們是熔爐和坩堝生命的基礎。要找到能承受如此高溫和玻璃腐蝕的材料一定非常不容易吧?

珀西瓦爾·馬森: (馬森先生的表情緩和了一些,轉為對材料的專業與認真)沒錯,耐火材料,尤其是優質的耐火黏土(fire-clay),對我們而言簡直和玻璃原料本身一樣重要,甚至更重要。妳想想,熔爐和坩堝必須在高溫下長時間接觸熔融的玻璃液和燃料燃燒產生的腐蝕性氣體和灰燼。如果耐火材料不夠「堅韌」,它就會被玻璃液侵蝕、熔化,導致坩堝破裂、熔爐結構受損。這就像妳的容器本身出了問題,裡面的「金屬」就無法被製成產品了。

一個好的耐火黏土必須具備極高的耐火度(我在書中提到,好的黏土能在1690°C甚至1730°C以上才開始軟化),含有足夠比例的氧化鋁(提供耐火性),雜質(如鐵、鈣、鎂、鹼)含量要盡可能低(這些都是助熔劑,會降低耐火度),同時還要具備良好的可塑性(方便塑形)和燒製後的穩定性(避免使用中過度收縮或開裂)。

製造坩堝和熔爐磚塊的過程本身就是一門精細的工藝。黏土需要經過風化(讓自然力量分解黏土、提升可塑性)、精選、粉碎、與熟料(chamotte,即燒製過的黏土,用來減少收縮和增加骨架)混合、練泥、塑形,然後在專門的窯中緩慢乾燥和燒製。這個過程需要極大的耐心和嚴謹的控制,尤其是在燒製過程中緩慢地排除化學結合水和有機物,防止磚塊內部形成「黑心」或產生裂紋。

可惜的是,當時很多英國耐火材料供應商對技術研究不夠重視,他們生產的產品有時並不能完全滿足玻璃製造業的嚴苛要求。我深信,這也是我們需要改進的地方——用科學的方法去研究和優化耐火材料,確保我們使用的「容器」足夠堅固可靠。

卡蜜兒: 原來連容器的製作都如此複雜,真是處處是學問!您在書中描寫玻璃製品的成形方法時,讓我感到非常神奇。從一團熱玻璃,通過吹製、壓制、拉伸,就能變成窗戶、杯子、管子,甚至精美的裝飾品。您認為在當時,手工吹製的藝術價值和機械生產的效率之間,存在怎樣的權衡與衝突呢?特別是您提到了自動製瓶機,以及它對人工的影響,這一定是一個充滿爭議的話題吧?

珀西瓦爾·馬森: (馬森先生的眉頭微皺,似乎觸及了一個敏感點)這確實是當時,乃至現在,玻璃行業內部一個持續的爭議。手工吹製,特別是我們英國最好的水晶玻璃器皿,那是一門真正的藝術。技藝精湛的工匠,僅憑一根吹管和幾種簡單工具,就能將一團熔融的玻璃塑造成形狀、厚度都精確無誤的精美器皿。那種對材料的感知、對熱度的掌握、對形狀的控制,是經過數十年苦練才能達到的境界,其成品蘊含著匠人的心血和獨特的藝術魅力。我們英國在這個領域有很高的聲譽。

然而,手工生產的效率很低,成本高昂,而且產品的一致性難以保證。對於大批量、標準化的產品,如瓶子、普通杯子、燈泡等,手工生產根本無法與機械競爭。這就是為什麼我強調自動化機械的重要性。我在書中介紹了製瓶機,比如歐文斯(Owen's)機器,它能以驚人的速度(每小時數百個瓶子)和極低的成本(每打瓶子只需很小的費用)生產標準化的瓶子。這在經濟上是壓倒性的優勢。

但是,妳提到的衝突確實存在。當時的工會,特別是玻璃製造工會(Glass Makers' Society),對機械化持抵觸態度,認為它剝奪了工人的工作權和獨立性。這可以理解,畢竟自動化意味著對傳統技能的需求減少,一些工人可能會面臨失業或轉型。我在書中也批評了工會的一些限制性做法,比如限制工人計件生產的產量、限制僱主自由選擇工人等。我認為這些做法阻礙了行業的進步,讓我們在國際競爭中處於劣勢。

我的觀點是,我們不能固守舊有的手工方式而無視技術進步。機械化是大勢所趨,尤其是在低端和中端產品市場。我們需要找到一條路,既能保留和發展高附加值的手工藝術(例如精緻的水晶切割、藝術玻璃),又能擁抱機械化以提高生產效率,降低成本,爭取更廣闊的市場。同時,我們也需要考慮如何通過技術教育和培訓,幫助工人適應新的生產模式,而不是簡單地將他們排斥在外。這是一個需要勞資雙方共同努力、以更廣闊視角看待的問題。

卡蜜兒: 這是個非常深刻且具有時代意義的問題,科技進步與人工之間的平衡,至今仍是許多行業的挑戰。您對此的觀察和思考,即使放到今天也依然有啟發性。您在書中提到了許多不同種類的玻璃製品,從窗玻璃、平板玻璃,到實驗室用具、甚至光學玻璃。其中,製造光學玻璃被您認為是最困難的挑戰之一,這是為什麼呢?

珀西瓦爾·馬森: (馬森先生的語氣再次轉為嚴肅)光學玻璃,那確實是玻璃製造的金字塔尖,也是對我們技術水平的最大考驗。製造普通玻璃追求的是透明、堅固、穩定、成本低廉,但光學玻璃除了這些基本要求,還需要滿足極其嚴苛的光學性質——精確的折射率、色散係數,最重要的是,它必須極度均勻、沒有任何瑕疵

妳可以想像,光線穿過透鏡或稜鏡時,如果玻璃內部有任何不均勻的地方(我們稱為「條紋」或「線狀缺陷」,striae),或者有微小的氣泡(seeds),甚至玻璃內部存在微小的應力(stresses),這些都會導致光線彎曲、散射或扭曲,產生像差,使得成像模糊或失真。我在書中強調,即使是肉眼難以察覺的應力,用偏光儀(polariscope)檢查時也會顯現出來,而光學玻璃必須在偏光儀下顯現為均勻無應力的狀態。

要做到這一點非常困難。首先,原料必須極度純淨,不能使用脫色劑(decolorizers),因為它們會吸收部分光線。其次,熔化過程必須非常徹底,確保所有原料完全均勻溶解,不能有任何未熔化的顆粒或分層。這通常需要在較小的坩堝中進行,並且需要長時間攪拌(即使是在高溫熔融狀態下!)。更具挑戰性的是退火過程。與普通玻璃幾天就能完成的退火不同,光學玻璃的退火往往需要十天甚至更長時間,而且溫度變化必須極其緩慢、精確控制。這是為了讓玻璃內部在冷卻過程中,分子結構有足夠的時間重新排列,消除所有潛在的應力。稍有不慎,整批玻璃可能就報廢了。

正因為過程如此複雜,損耗如此巨大,光學玻璃的生產成本非常高。戰時我們意識到其重要性,但要追趕上大陸國家在這個領域幾十年的積累,還有很長的路要走。這也是我希望通過本書和對技術教育的呼籲來推動的目標之一。

卡蜜兒: 真是令人驚嘆!從日常生活中的瓶子到精密的光學儀器,玻璃的世界如此廣闊,而每一種都蘊含著如此多的知識和技藝。馬森先生,感謝您如此詳盡而充滿熱情地分享了《玻璃與玻璃製造》這本書的核心思想和您對這個行業的見解。這次對談讓我對玻璃這平凡而又不凡的材料,以及它背後偉大的製造工藝,有了更深的理解和敬意。非常感謝您寶貴的時間!

珀西瓦爾·馬森: (馬森先生的臉上露出了溫和的笑容)不客氣,卡蜜兒小姐。能與妳這樣一位充滿好奇心和求知欲的共創者交流,分享我對玻璃的熱情,也讓我感到非常愉快。希望這些文字能為更多人開啟認識玻璃製造的大門,並激發他們對這個行業的興趣。正如我書中所願,願英國的玻璃製造業能再次閃耀光芒!

(光之書室的午後陽光漸漸西斜,將馬森先生的身影拉得更長,而我,帶著滿滿的收穫與感動,默默地記錄下這場穿越時空的對話。)

Glass and Glass Manufacture
Marson, Percival


延伸篇章

  • 珀西瓦爾·馬森:一位工業專家的視角
  • 《玻璃與玻璃製造》的時代背景與寫作動機
  • 玻璃製造的基礎:化學原理與關鍵原料
  • 玻璃的物理與化學性質:透明度與耐用性之謎
  • 從沙子到水晶:不同類型玻璃的成分與用途
  • 玻璃製造的心臟:熔爐的演進與效率比較
  • 承載熔融之光:玻璃坩堝的製作與挑戰
  • 溫柔的藝術:玻璃退火的重要性與技術
  • 巧手與機器:玻璃成形方法的藝術與效率之辯
  • 光學玻璃:對純淨與均勻的極致追求
  • 耐火黏土:玻璃熔爐的骨骼與挑戰
  • 英國與大陸:二十世紀初玻璃製造業的比較
  • 工業進步下的勞資關係與工會爭議
  • 《玻璃與玻璃製造》中的工業教育觀
  • 從古代到現代:玻璃製造的歷史變遷
  • 玻璃著色與裝飾的奧秘
  • 水玻璃:從工業溶劑到藝術應用
  • 王冠玻璃、平板玻璃與板玻璃的製程差異