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1、1 玻璃深加工工艺培训讲义 2 玻璃的定义与通性 玻璃的定义广义 玻璃 GLASS 是呈现玻璃转变现象的非晶态固体 狭义 玻璃是一种在凝固时基本不结晶的无机熔融物 即通常所说的无机玻璃 最常见的为钠钙硅玻璃 3 玻璃的基本特性 玻璃的密度玻璃单位体积的质量称为玻璃密度 它主要取决于构成玻璃的原子的质量 也与原子堆积的紧密程度及其配位数有关 是表示玻璃结构的一个标志 玻璃密度与成分的关系十分密切 平板玻璃和瓶玻璃的密度为2 50 2 52kg m3 硼硅酸盐玻璃密度为2 2 2 3kg m3 玻璃的电学性质玻璃的电学性质主要是电导 介电性和半导性 普通硅酸盐玻璃属绝缘体 具有离子导电性 4 脆性
2、 即缺少塑性的性能 一般来说 随着强度或硬度增加 脆性趋势提高 玻璃的最大弱点是脆性大 多数非晶态金属呈现塑性变形 玻璃 陶瓷 微晶玻璃则呈现脆性 其根本原因在于材料内部原子间键性不同 金属键结合呈现塑性 共价键结合 离子键结合则呈现脆性 玻璃的脆性是由其结构特点决定的 玻璃的远程无序性使其没有屈服极限阶段 而玻璃的近程有序性使其在低温下裂纹扩展而不产生塑性变形 呈现典型的脆性 在一定条件下 裂纹尖端处产生较大拉应力出现脆性断裂 5 硬度 硬度是表示物体抵抗其他物体侵入的能力 可以用莫氏硬度 显微硬度 研磨硬度和刻划硬度表示 玻璃硬度为压入硬度 金刚石正方锥压入试样 量得压痕的对角线 代入 H
3、 1 854P L2得到玻璃硬度H 约5 7之间 根据玻璃组成不同而不同 玻璃的硬度决定于化学成分 石英玻璃和含有10 12 的硼酸盐玻璃硬度最大 含铅或碱性氧化物的玻璃硬度较小 各种氧化物组分对提高玻璃硬度的作用大致是 SiO2 B2O3 MgO ZnO BaO Ai2O3 Fe2O3 K2O NaO PbO 6 1 光吸收光入射到玻璃上时 玻璃中的各组分以不同方式吸收紫外光 可见光 近红外光和红外光能量 转移至高能态 前三种吸收使玻璃组分电子能级发生变化 红外光的吸收伴随着离子振动能级的变化 2 折射率玻璃折射率可以理解为电磁波在玻璃中传播速度的降低 这是由于光通过玻璃时 光波引起玻璃内部
4、质点的极化变形 光波损失部分能量 使光速降低 玻璃的热历史不同 则折射率不同 淬火样品和退火样品在620 保温时 折射率趋向平衡的典型变化曲线 玻璃的化学稳定性玻璃抵抗表面变质或破坏的能力称为玻璃的化学稳定性 玻璃几乎不会与除HF外的其他化学物质起反应 玻璃的光学性质 7 水对硅酸盐玻璃的侵蚀始于玻璃中的碱离子与水溶液中的氢离子的交换 其反应为 Si O Na H Si OH Na 硅酸盐玻璃表面形成SiO2保护膜 以后侵蚀速度变得特别慢 硅酸盐玻璃一般不耐碱 其侵蚀是通过OH 离子破坏硅氧骨架 使Si O Si键断裂 增加了非桥氧的数目 被破坏的SiO2骨架溶解到溶液中 发生下列反应 Si
5、O Si OH Si OH O Si 8 摄氏450度 徐冷点摄氏600度 玻璃有下坠现象摄氏700度 可烤弯玻璃会粘在一起摄氏800度 熔合像麦牙糖一样会流动摄氏850度 脱蜕铸造摄氏900度 吹制摄氏1000度 拉丝摄氏1150度 胚心成形摄氏1300度 压模成形接近水一样柔软摄氏1450度 熔融点沸点起泡 玻璃的温度特性 9 玻璃的原料玻璃的原料主要是硅砂与其他化学物质的结合 加热熔融而成 一般玻璃是硅酸 成分含有硅 钠 钙 硼 铝等氧化物 经过高温熔化形成 呈现出晶莹剔透的质感 三种组成及内容特性效用1 玻璃形成物组织 含硅砂 硼酸等 2 玻璃助熔物组织 增加助熔 降低熔融温度 低化学
6、耐久性 3 玻璃稳定物组织 增加化学耐久性 与助熔物组织调配以控制玻璃的工作特性 粘度等 原料分析及功能硅砂 火成岩经崩坏作用而瓷土化所生 内含石英粒 为玻璃主要原料 玻璃屑 碎玻璃 制作玻璃时 玻璃配料投入熔融窑炉 会产生大量气体 加入玻璃屑的功用 在于防止粉末飞散 降低玻璃熔融温度 约占30 70 批量 硼酸 或硼砂 降低玻璃熔融温度使玻璃具有低澎涨性 化学耐久性 耐热等优点 石灰 降低玻璃之熔融温度并稍加化学耐久性 纯碱 显著降低玻璃之熔融温度 但会增加玻璃的澎涨性 并降低化学耐久性 其他 含镁 钾 锌 铝等腰三角形氧化物成分之原料 10 从前的原料中常含有不纯物 所制造的玻璃或多或少会
7、带有颜色 所以有色玻璃比无钯玻璃的制造历史更为悠久 今日科技已更了解玻璃如何着色 并更致力于玻璃色彩的研究开发 许多金属氧化物可以使玻璃着色 不同种类及性质的玻璃 如铅玻璃 硼硅酸玻璃等 对着色的效果也有所差异 氧化铁 呈橄榄绿 黄绿 绿 氧化锰 呈紫色 钠 石灰玻璃 且在强氧化状态下形成 氧化钴 非常低的含量即会着色 钾含量多的玻璃 呈现纯蓝色 钠或硼含量多的玻璃 呈现有带红的蓝色氧化铜 钠石灰玻璃成蓝绿色铅玻璃中呈蓝绿色氧化亚铜 呈宝石红硒 钾 石灰玻璃中呈鲜粉红色 钠 石灰玻璃中呈带有棕色之粉红 铅玻璃中呈带金之琥珀色 玻璃的色彩 11 建筑玻璃基本分类 开介玻璃电子玻璃家私玻璃钢化玻璃
8、夹层玻璃镀膜玻璃中空玻璃工艺玻璃 12 开介玻璃 切割开介经切割处理 呈现一定规格形状的玻璃制品 生产流程切割包装磨边开介经切割 磨边处理 具有相应形状和一定安全性的玻璃制品生产流程切割磨边包装 13 电子玻璃 广泛应用于电子称 显示屏等电子仪器上的玻璃制品 外观质量要求较高 生产流程 切割磨边钢化全检包装 14 家私玻璃 一种用于户 内外装饰 装潢领域的玻璃制品 其特点是外观精美 质量要求超高 生产流程 切割磨边钢化包装 生产设备 22 钢化玻璃 钢化玻璃的分类半钢化平钢化彩釉全钢化普通钢化玻璃压花弯钢化化学钢化 23 物理钢化玻璃 将玻璃加热到一定的温度 然后迅速冷却 使玻璃内形成均匀内应
9、力 从而增加玻璃的强度与热稳定性的工艺 称为玻璃的淬火 俗称玻璃的钢化处理 24 钢化玻璃的性能 高强度退火玻璃通过高温和淬冷 表层形成强大的压应力 使玻璃的机械强度数倍增加 即为钢化玻璃 钢化玻璃表面应力为 69 168Mpa 热稳定性热稳定性可提高到165 310 左右 安全性物理钢化玻璃破碎后 碎片呈多边形细小颗粒 相邻两边夹角为钝角 25 生产流程 普通钢化玻璃切割磨边钢化包装彩釉钢化玻璃切割磨边彩釉钢化包装 26 钢化玻璃的自爆问题 产生的原因钢化玻璃自爆是由玻璃中硫化镍 NiS 相变引起的体积膨胀所导致 自爆率一般为2 左右 引起自爆的硫化镍直径在0 04 0 65mm之间 平均粒
10、径为0 2mm 硫化镍在玻璃中一般位于张应力区 大部分集中在板芯部位的高张应力区 钢化程度及钢化均匀度都是通过影响临界直径数值继而影响自爆率 解决自爆的对策控制钢化应力 均质处理 HST 等 其中对玻璃进行均质处理是最有效且根本的办法 27 澳大利亚研究人员对8幢建筑幕墙进行了长达12年的跟踪研究 1 在共计17760块钢化玻璃 共发生306例自爆 自爆率为1 72 广义自爆一般定义为钢化玻璃在无直接外力作用下发生自动炸裂的现象 实际上 钢化加工过程中的自动爆裂与贮存 运输 使用过程中的自爆是二个完全不同的概念 二者不可混淆 前者一般由玻璃中的砂粒 气泡等夹杂物及人为造成的缺口 刮伤 爆边等工
11、艺缺陷引起的 后者则主要由玻璃中硫化镍 NiS 相变引起的体积膨胀所导致 2 只有后者才会引起严重的质量问题及社会关注 所以一般提到的自爆均指后一种情况 28 均质炉 均质炉必须采用强制对流加热的方式加热玻璃 对流加热靠热空气加热玻璃 加热元件布置在风道中 空气在风道中被加热 然后进入炉内 这种加热方式可避免元件直接辐射加热玻璃 引起玻璃局部过热 对流加热的效果依赖于热空气在炉内的循环路线 因此均质炉内的气体流股必须经过精心设计 总的原则是尽可能地使炉内气流通畅 温度均匀 即使发生玻璃破碎 碎片也不能堵塞气流通路 只有全部玻璃的温度达到至少280oC并保温至少2小时 均质处理才能达到满意的效果
12、 然而在日常生产中 控制炉温只能依据炉内的空气温度 因此必须对每台炉子进行标定试验 找出玻璃温度与炉内空气温度之间的关糸 炉内的测温点必须足够多 以满足处理工艺的需要 29 化学钢化玻璃 化学钢化玻璃是利用钠硅玻璃 一般的浮法玻璃 压花玻璃等均属于钠钙玻璃 以离子交换的方法使其玻璃表面形成钾玻璃层 在冷却时由于表面的钾玻璃层收缩小 内层的钠玻璃收缩大 内外层之间产生很强的应力 从而制成的钢化玻璃 性能耐热强度和一般物理钢化 即风冷钢化 想似 可提高耐热温度达150度以上 使用温度可达200度 耐冲击强度约为物理钢化玻璃的3倍 因加工温度低 故不会产生扭曲变形 表面平整度和处理前完全一样 所以适
13、合做夹层玻璃 化学钢化玻璃破裂后 不会变成颗烂状 其破裂后的情形与普通玻璃一样 优点强度超强 表面不变形 不会有波纹 易于作夹层玻璃加工 可加工的厚度 一般物理钢化最大极限2 8mm以上 化学钢化为0 5mm以上 不同尺寸 厚度 可同时进行化学钢化 可克服物理钢化无法解决的问题 必要时钢化后仍可切割 30 加工范围不限形状和厚度均可同时钢化 其最大加工尺寸则依据所涉及的化学槽尺寸来确定 最小尺寸则无限制 突破传统物理钢化2 88MM的玻璃厚度极限 各种颜色的钠钙玻璃均可用化学钢化方法加工 高钾玻璃及高硼玻璃 化学钢化的效果不佳 规格厚度 0 5 6mm尺寸 1800 2400mm以下任何尺寸及
14、形状 31 应用领域 可单片直接使用或加工成夹层玻璃 广泛用于复印机 潜水镜 微波炉 烤箱 仪表盖 钢化夹层玻璃等 可加工成特殊用途夹层玻璃 用于军车 高级车辆 火车 电车 工程车 航空 舰船及各种防弹玻璃等 32 生产设备 33 35 夹层玻璃 夹层玻璃就是在两片或者多片玻璃之间夹上一种叫做PVB塑料中间膜的材料经高温高压处理后制成的一种深加工玻璃 由于中间膜与玻璃之间的韧性粘接 使得夹层玻璃在受到外力的撞击下 整块玻璃会牢牢地粘附在PVB中间膜上 中间膜的韧性可以保持夹层玻璃的完整 在一段时间内不会被穿透 因此 它的防盗性能大大优于普通玻璃 36 夹层玻璃的性能 高安全性夹层玻璃由于玻璃被
15、PVB粘合很紧 而PVB富有弹性及缓冲冲击的能力 所以夹层玻璃被击碎时碎片仍会与PVB胶片粘在一起 不会因碎玻璃掉落造成人体伤害或财产损失 隔音 隔热夹层玻璃在整个声波频率范围内在降低噪音非常出色 抗紫外线夹层玻璃的隔紫外线率高达99 9 因此能够保护家具和陈列品不退色 37 适用范围 由于夹层玻璃具有很高抗冲击强度和使用的安全性 因而适用于建筑物的门 窗 天花板 地板和隔墙 工业厂房的天窗 商店的橱窗 幼儿园 学校 体育馆 私人住宅 别墅 疯人院 银行 珠宝店 邮局等保存贵重物品或玻璃易碎的建筑的门窗等 38 生产流程 开介夹层玻璃切割磨边夹层包装夹层切割磨边包装平 弯 钢化夹层玻璃切割磨边
16、 弯 钢化夹层包装 39 防弹玻璃 防弹防盗玻璃由多片不同厚度的透明浮法玻璃和多片PVB胶片科学地组合而成 为了增强玻璃的防弹防盗性能 玻璃的厚度和PVB的厚度均增加了 由于玻璃和PVB胶片粘合得非常牢固 几乎成为一个整体 且因玻璃具有较高的硬度而PVB胶片具有良好的韧性 当子弹接触到玻璃后 它们的冲击能量被削弱到很低的程度乃至为零 所以不能穿透 同样 金属的撞击也只能将玻璃击碎而不能穿透 因此起到防弹防盗的效果 各单片玻璃的厚度和成品玻璃的总厚度视使用场所而定 防弹防盗玻璃可用作军事防御 银行柜台的护卫玻璃 珠宝玉器 金银手饰等贵重物品展示柜以及其他特定的工作 生活场所 41 五 镀膜玻璃 镀膜玻璃是在玻璃表面涂镀一层或多层金属 合金或金属化合物薄膜 以改变玻璃的光学性能 满足某种特定要求 镀膜玻璃按产品的不同特性 可分为以下几类 热反射玻璃 低辐射玻璃 Low E 导电膜玻璃等 42 热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬 钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜 使产品呈丰富的色彩 对于可见光有适当的透射率 对红外线有较高的反射率 对紫外线有较高吸收率 因此 也称为阳光控制玻璃
