彩色玻璃画窗的流变

彩色玻璃画窗的流变

15彩色玻璃画窗的历史演变埋玻璃是一种建筑装饰玻璃，用于建筑门、窗、墙和内部装饰。远在公元前1世纪到公元后1世纪,埃及的亚里山大里亚玻璃制造中心即已研制了各种花梗纹的镶嵌玻璃画,我国西汉早期的广州南越王墓(该墓年代约为公元前122年)也发现了浅蓝半透明平板玻璃,尺寸已达9.5cm×4.5cm×0.3cm大小。公元200～300年时罗马教堂内就出现了彩色玻璃窗,公元5世纪时法国图尔(Tours)教堂以及中亚耶路撒冷的洛克(Rock)大教堂也有了彩绘玻璃画窗。英国约克(York)大教堂施彩釉的玻璃画窗建于669年,在森得来的某隐修院的废墟内,可找到彩色玻璃的残片。这些早期的玻璃窗比较简单,有些是在大理石磨成薄片中间开—个小孔,嵌上玻璃。公元700年时英国的彩绘平板玻璃直径只有32cm,为很浅的颜色。有图案的彩色画玻璃窗大概10世纪开始出现,公元1066年意大利蒙特卡西诺大教堂以及法国兰斯圣雷米教堂的窗上有彩色玻璃拼成的各种人物、图案。德国洛西地区发掘出来的玻璃碎片,估计是9～12世纪的,可重新拼凑成耶稣的头像。12世纪的德国科隆大教堂、14世纪意大利圣马可大教堂、法国圣加蒂恩大教堂的彩色玻璃画窗均有很高的历史价值和艺术价值。12世纪早期的彩色玻璃画窗上的图像一般是单人的,如圣母或圣婴等。12世纪末出现了彩色玻璃连环画窗,如英国坎特伯雷大教堂制作的从亚当到耶稣各代名人像(公元1178-1200年)。13世纪开始采用无色玻璃窗,以利于透光,以后又发展到与彩色玻璃相结合,并镶嵌成橡树、枫树、蔓生植物等图案。14世纪初叶,彩色玻璃画窗的图案多数为神仙故事。15世纪早期,彩色玻璃画窗的造型主要为宫廷式的。到了16世纪,彩色玻璃画窗由传统艺术逐渐向现代派结合方向发展,以使与壁画、画屏相竞争。17、18世纪,由于用彩釉在玻璃上涂色,彩色玻璃画窗一度衰落。直到19世纪才复兴,特别是19世纪后期,彩色玻璃画窗再度为各方面所接受,如英国牛津的基督教堂、索尔兹伯里和伯明翰大教堂的彩色玻璃画窗等。虽然公元2世纪罗马的教堂就采用了彩色玻璃画窗,但在罗马并没有得到很大发展,而在西欧、北欧等地区的教堂得到广泛应用,其原因有两大方面,一方面是西欧、北欧比较寒冷,玻璃窗除遮风挡雨以外,透光性比纸张、贝壳都要强,密闭性也较好,冬季温暖阳光可通过玻璃窗直射到室内,并且减少室内热量向室外散失,具有很好的接纳阳光、抗拒风寒的作用;另一方面是适合于哥特式宗教建筑的需要,在高大空旷、庄严肃穆的教堂内,彩色玻璃画窗对光的效果比其他材料更加直接和强烈,特别是光投射到镶嵌的彩色玻璃宗教神像,随着光源及其强度变化,可产生变幻无穷的视觉效果,强化了宗教神秘气氛,因此有人将彩色玻璃画窗称为教堂玻璃。中世纪欧洲教堂中的彩色玻璃画窗图案、人物和国外现代彩色镶嵌玻璃见图44～47。19世纪末20世纪初彩色玻璃画窗走出了教堂,建筑家、玻璃艺术家不仅将其用于教堂,而且用于宾馆、会堂、学校、茶室的门窗,还有室内大堂、屏风、间壁,也有用于灯罩和室内固定家具的装饰。20世纪50年代以后,彩色玻璃画有了创造的发展,出现很多艺术流派,法国和德国艺术家作出了新的贡献。我国改革开放以来,随着人们对居住环境要求愈来愈高,艺术气氛逐步引起重视,我国艺术家将彩色玻璃画用于幕墙,一改玻璃幕墙的单调感觉,烘托出建筑的高贵、典雅而又充满神秘气氛。彩色玻璃画还用于穹顶、隔断、廊柱、扶手和其他室内装饰,以及灯具、灯箱等,无论是大型建筑、酒店、剧院、博物馆、学校、医院,还是小型公司、企业、住宅、别墅、公寓,采用彩色玻璃画窗日益增多。现代彩色玻璃画窗除了单独使用镶嵌彩色玻璃、彩绘玻璃、斑纹玻璃、彩色透明玻璃马赛克(水晶马赛克)这些材料之外,还有同时运用数种材料,如用整体着色玻璃、彩色乳浊玻璃、贴层彩色平板玻璃、斑纹玻璃、彩绘玻璃等,另外还使用了多种表面处理技术,如彩绘色釉、喷绘涂料、扩散着色、描金、研磨、抛光、雕刻、冰花、冰砂、磨砂、喷砂、蒙砂、蚀刻等手段。15.1镶嵌玻璃的特点镶嵌玻璃(stainedglass)是指用各种有色玻璃镶嵌成各种图象的门、窗、画屏。对英语中stainedglass学者有不同的解释,简明不列颠百科全书(ConciseEncyclopædiaBritannica)中译本1985年版第2卷188页译为彩色玻璃画窗;中国硅酸盐学会编译的玻璃制造词典(DictionaryofGlassMaking)1988年版第171页则将stainedglasswindow译为着色玻璃窗;有的学者将stainedglass称为彩绘玻璃,而将mosaicglass译为镶嵌玻璃。笔者根据各学者论文与著作中所附照片和国际玻璃会议中的报告,结合笔者在意大利、英、法、德、俄、西班牙、梵蒂冈等国家的教堂实际考察,认为采用简明不列颠百科全书的译名较妥当,stainedglass是彩色玻璃画窗,至于mosaicglass还是译为玻璃马赛克较好,因为此译名已为国内人们所熟悉,马赛克虽然也可以进行镶嵌成各种图案、花鸟和人像等画面,但马赛克基本是不透明的,而且大都为小方块,仅用于拼凑、镶嵌为壁画、画屏、墙壁、地面、穹顶、天花板等处使用,不能用作采光的玻璃画窗。所以笔者认为镶嵌玻璃的特点为:(1)镶嵌在铅或其他金属框架内;(2)大都为透明的彩色平板玻璃,也有彩色乳浊玻璃;(3)根据金属框架图切裁成各种形状;(4)根据构图需要,可在无色玻璃和有色玻璃上绘彩釉、喷绘涂料、上金、雕刻、蒙砂、蚀刻等表面装饰后再镶嵌。镶嵌玻璃窗的制造工艺流程如图48所示。根据镶嵌玻璃窗安装的场所、尺寸、受力情况,结合艺术要求,作出镶嵌玻璃图案设计,用水彩画出实际效果,或用电脑绘出效果图,经客户认同后,用电脑进行放大到1∶1,与实际尺寸一致,然后由电脑画出放样模板,用透明纸剪下模板,作为切割玻璃的依据,用人工切割或用异形靠模切割机切割。完成1∶1放大图样后,即可绘制镶嵌铅条的施工图,先分成若干个局部图,按此图样选择铅条,一般铅条厚2mm。用铅条将彩色玻璃镶嵌成各个局部图,同时用电烙铁熔化焊丝,将已镶嵌好彩色玻璃的各个局部画面拼成原作图样,再将各个局部画之间的铅条焊接起来,就使镶嵌好的彩色玻璃成为一个完整的原作画面。焊接好镶嵌玻璃的铅条后,就需要嵌油灰,将油灰加桐油混合成膏状,嵌入铅条和玻璃之间的缝隙,使之牢固,并加深色泽,增强铅条的厚重感。最后根据镶嵌玻璃整体的牢固程度、受力状态和抗风压情况,在有些接点上焊铁丝加固,以使安装时能和窗框上的铁条相连接,增强牢度。玻璃艺术家在作镶嵌玻璃画时,除了选择市场上能购买到的彩色玻璃外,必要时还需要手工彩绘,如人物的脸部、手部,需要多次描绘色釉与烧成,譬如第1次用黑色釉描绘轮廓线并烧成,第2次再施底色釉并烧成,第3次绘暗部的色釉,然后烧成,第4次是在前3次施釉烧成后,画面中的轮廓线、底色、暗部均已形成的基础上,再用色釉进行中间层次的描绘,即细部的刻画,然后经烧成,使镶嵌玻璃中色彩层次更为丰富。由于铅条比较柔软,易于弯曲成形,剪切也方便,同时不易受大气侵蚀风化,与雨水作用也不易生锈,价格低廉,所以成为镶嵌玻璃常用的材料。铅条有扁平形、圆形、U形、工字形等多种,尺寸大小不同,软硬程度也有区别,可根据需要选择。铅为有害物质,欧盟从2007年7月起,很多产品都禁用铅,因此镶嵌玻璃也需要用其他材料代替。最适合的材料为铜,铜的柔展性好,化学稳定性也不错,有时为了达到深沉的效果,可用酸洗变色。镶嵌用的彩色平板玻璃颜色品种比较多,用量比较少,一般采用机筒法、贴层法、浇注法、辊压法生产,对于用量很少又很薄的彩色平板玻璃,也有采用冕冠法制作的。15.2彩色玻璃的制备镶嵌用彩色平板玻璃历史已悠久,但随着时代的进展,这些玻璃成分也有所变化。公元10世纪或之前,镶嵌用彩色平板玻璃基础成分为SiO2-CaO-Na2O系统,其中K2O含量很少,Na/K比在10～20之间,MgO含量也不多,Ca/Mg比在3～10之间;SiO2+Al2O3+Fe2O,含量在65%～70%之间,之后K2O的含量超过Na2O含量,成为SiO2-CaO-K2O系统,Na/K比在0.1～0.3之间。成分变化的原因在于欧洲应用了大量含K2O的草木灰作原料,同时钾钙玻璃料性比较长,便于成形,少数镶嵌玻璃成分引入PbO,基础成分为SiO2-PbO-K2O系统,其成分范围(质量分数)为SiO2+Al2O340%～48%、PbO25%～35%、K2O15%～20%,玻璃折射率提高,光泽度好,料性更长,易于成形和加工,但耐酸性较差。为了得到颜色纯正的玻璃,玻璃中Fe2O3含量不应超过0.1%,制造蔷薇色玻璃时,Fe2O3含量不应超过0.05%。国内器皿玻璃厂生产的有色玻璃中,Fe2O3的含量往往低于此值。现代镶嵌玻璃用离子着色的彩色平板玻璃,基本上为钠钙硅酸盐成分系统,只有用硫硒化镉着色的红色、黄色、橙色玻璃,在钠钙硅酸盐基础成分中加入B2O3、ZnO、K2O。坩埚窑内熔制,人工用圆筒或冕冠法吹制成形彩色平板玻璃,或人工浇注与辊压成形彩色平板玻璃,可采用艺术玻璃与器皿玻璃所用彩色玻璃成分,不必另行配制成分。采用机械压延法或垂直引上法生产彩色玻璃时,所用玻璃成分除了考虑玻璃色泽和物理、化学性质外,还必须满足成形机所需的粘度—温度曲线和硬化曲线。为了方便起见,就以压延法和垂直引上法生产普通无色平板玻璃成分作为基础成分,对用离子着色剂的彩色玻璃完全适合,对半导体微晶着色硫硒化镉的红色、黄色玻璃,则需要加入13%ZnO,在熔化时,锌与硫和硒化物生成ZnS和ZnSe,减少Se、S的挥发,冷却时再生成CdS和CdSe,使玻璃着色。表18中No1为茶色玻璃,利用FenSm着色基团着色,即俗称为硫碳着色,加入少量碳粉,保持还原气氛;No2为绿色,用氧化气氛;No3为蓝色,在氧化气氛下熔制;No4为紫色,要保持氧化气氛,当Mn2O3还原为MnO,玻璃就不着色;No5为天蓝色,在氧化气氛下熔制;No6为玫瑰色,着色很微弱;No7为灰色,也需要氧化气氛;No8为红色,需在中性或弱还原气氛中熔化;No9为橙黄色,在中性或弱还原气氛中熔化;No10为黄色,也需在中性或弱还原气氛中熔化。彩色玻璃生产时,对原料质量必须严格要求,特别是天然原料中杂质氧化铁,在氧化条件下使玻璃着成黄绿色,在还原条件下熔化时着成蓝绿色。当制造浅色玻璃时,着色剂产生的浅色为铁着成的颜色所遮盖,导致玻璃产生灰暗色调。在某些情况下,氧化铁与着色剂相互作用,生成不希望的有色化合物,如铁与硒,生成铁的硒合物,使玻璃着成褐色。对彩色玻璃来讲,要求原料中氧化铁杂质含量低于0.05%,粉红色玻璃氧化铁含量应更少些。用离子着色的彩色平板玻璃,对可见光的透过率曲线如图49所示,用半导体微晶着色和硫碳着色的彩色平板玻璃可见光透过曲线如图50所示。各种彩色平板玻璃对可见光透过率见表19。可见光的总透过率根据着色剂的浓度而波动,着色剂浓度愈高,总透光率愈低。根据艺术设计及安装门窗透光率的需要来选择不同颜色的玻璃;也可根据总透光率的要求来调整着色剂的浓度。彩色玻璃配色的数量可能很多,国外也制成几千种色调的彩色玻璃。镶嵌用彩色玻璃不像有色光学玻璃、滤光玻璃和信号玻璃对色度坐标、主波长、色纯度、总透过率的数值有严格要求的指标,为了艺术设计时选择颜色玻璃,要考虑颜色玻璃制造企业和施工单位的方便,仅依赖色彩的感觉还是不够的,因此制定了色卡(色板),将色卡(色板)上色名和孟塞尔符号相对照,既有感性认识,又有科学的定量,无论对艺术设计、玻璃制造和施工都有标准,以便检查。按叶洪盘所编的颜色科学一书所介绍的颜色有200多种,但玻璃艺术家所采用的彩色玻璃远远超过此数值,有2000种以上。玻璃技术人员要根据艺术家所确定的色卡上的颜色,进行玻璃成分设计,往往不是采用一种着色剂,而是采用两种以上的着色剂,多种着色剂按—定比例配制,通过不断的试验,才得到要求的多种彩色玻璃。为了减少试验次数,缩短研发时间和成本,在已知要求彩色玻璃可见光透过率曲线的前提下,如何有目的地选择彩色玻璃基础成分和着色剂的用量,可以采用俄罗斯科学家Pelven和Mazurin所开发的SciGlass6.6版本(2006年6月版),根据提供的透过率曲线即可选择出几种有色玻璃成分。由一种彩色玻璃更换为另一种彩色玻璃,需要考虑着色剂的性质和着色能力,使所得中间色玻璃液的数量最少,也就是换料时产生的废品率最低,必须按一定顺序:肉红色(蔷薇色)→紫色→茶黄色→浅绿色→蓝色→紫水晶色。这样换料的顺序是以一系列的原理为基础。以硒着成的肉红色很微弱,且只有无色玻璃才能着成这种颜色,微弱的肉红色易于被其他任何颜色所遮盖,对以后熔化玻璃颜色的改变没有任何影响。在氧化锰着成紫色玻璃中,氧化锰大部分以Mn2+氧化亚锰(MnO)形式存在,不能使玻璃着色。当向配合料中加入还原剂碳粉时,Mn2O3很容易变成MnO,所以将玻璃紫色改为茶色(琥珀色),要向配合料加入碳粉,并在还原气氛中熔化玻璃,由于玻璃中Mn2O3被还原而生成不着色的MnO,因而Mn2O3着成的紫色迅速消失,这时玻璃将由硫碳着色起作用而着成茶色,不是形成紫色和茶色的混合色调。氧化锰着成紫色玻璃,在变为茶色之后再变成浅绿色,是通过玻璃成分中加入氧化铬而得到的。除了加入氧化铬以外,玻璃配合料中需加入氧化剂硝酸盐,在氧化气氛条件中熔化,这样氧化气氛与还原气氛中和,也使茶色减弱,氧化铬的着色剂作用才显现出来,玻璃变成浅绿色。玻璃的蓝色是由氧化钴着色的,氧化钴的着色能力很强,配合料中加入氧化钴可使蓝色迅速遮盖浅绿色。紫水晶色是由氧化钴和氧化锰一起加入到配合料中而获得的,这样的改变玻璃颜色的程序,形成一种新的颜色,不会使玻璃产生混杂的灰暗色调,蓝色将转变为紫水晶色。对于硒硫化镉半导体微晶着色的玻璃来讲,颜色改变可采用下列顺序:金黄色一橙黄色一红色(硒镉红),由于金黄色是在配合料中仅加入硫化镉而得到的,而橙黄色和红色是由于配合料中同时加入硫化镉和硒化镉得到的,因此从黄色玻璃到橙色玻璃,只要在配合料中加入适量硒化镉就可以,而从橙色玻璃到红色玻璃,也只要硒化镉比例逐步增加,因此全部中间色是纯净的。用铜着色的玻璃,则遵循深红色(铜红)→浅蓝色→绿色→深绿色的变色顺序是合理的。铜红玻璃中加入氧化亚铜(Cu2O)和还原剂(金属锡粉、酒石酸)才能得到红色,如加入氧化铜(CuO)和氧化剂,此时玻璃熔化过程在氧化剂作用下,胶体(Cu0)被氧化成CuO,红色消失而成浅蓝色。深绿色玻璃是由氧化铜和氧化铬着色的,在浅蓝色玻璃中再加入氧化铬,这样玻璃随氧化铬的逐步增加,就由浅蓝色变成绿色再到深绿色。有色玻璃变换颜色时,特别在池窑中换料,必须逐步进行,每次改变不能太大。池窑中换颜色,可分为运行中换料和放料、冲洗、投料两种方法。前面介绍的用氧化锰着成紫色、硫化镉着成金黄色以及铜着色的玻璃换色顺序,就可用在运行中换料,如由茶色换成绿色,即可在运行中换料,也就是一边生产、一边换料,其中会产生—些不合格的中间色产品,但总体换料时间比较短,16～20h即可。当换料顺序与前面介绍的顺序相反,则需要先放料,再清洗,最后再投需要颜色的配合料,总的时间需要96h左右。彩色平板玻璃的特点是颜色品种特别多,上千种甚至上万种,每块面积都不大,需要量也不大,如采用浮法、大平拉(格法)等大规模生产方法,设备投资太高,产量太大,变更颜色品种不易,虽然蓝色、绿色、灰色、茶色等整体着色吸热玻璃采用浮法生产,但对镶嵌玻璃来说,产量远远超过需要。至于小浮法,设备投资虽然较低,但变换颜色品种同样不易,且锡槽中的还原气氛对需要氧化气氛的玻璃成分、着色剂均有不利影响。国内外实际应用制备彩色平板玻璃方法可分为:(1)冕冠法。是最古老的平板玻璃制造方法,大约在公元3世纪,古罗马即用此法制造小块平板玻璃,配合料在坩埚窑内熔化,每个坩埚可熔化一种颜色的玻璃料,且每天都可变更颜色,成形过程如图51所示。由于扩口后的扁平料泡(见图51的e和f)与古代的冕冠(clown)形成相似,故称冕冠法,或称王冠法。近代利用此法可制造2～3mm、直径最大达1.5m的平板玻璃。采用此法成形,产品尺寸受到限制(不能太大),玻璃平直度也有一定影响,表面或多或少有些曲率,但此法比较简单,小作坊也可制作,切裁成小片再拼成图案后,肉眼不一定能观察到平直度的不足。(2)吹筒法。吹筒法制造平板玻璃与冕冠法有类似之处,起源于欧洲,比冕冠法晚,其成形过程如图52所示。在成形过程中,需要不断烘烤,以保持成形所需温度,摊平则在摊平窑内进行。吹筒法不仅可人工成形,也可利用机械成形。1