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1、第六课 玻璃及其加工工艺,第一讲 玻璃材料概述,传统的玻璃是以硅酸盐系统为基础的，由于这类系统的高温熔体具有较高的粘度，在快速冷却时，结晶过程即原子或分子的有序排列过程难以发生，因而在低温下保留了高温熔体的结构特征，形成了玻璃。,一般的，我们将玻璃定义为：一种较为透明的液体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。主要成分是二氧化硅。,补充：玻璃的性能,（1）光学性能,1）透光性。材料能使光线透过的性能叫透光性。评定玻璃的透光 性能，用透光率（或称透明度）来衡量。所谓透光率，是指某一物 体能透过的光能量和射到它表面的光的总能量之比，以表示。 对一
2、般玻璃来说，光线透过的越多，被吸收的越少，其质量越好。 如良好的窗用平板玻璃（厚2mm），其透光率可达90%，反射约8%， 吸收约2%。,2）折光性。材料能使透过的光线偏离入射线方向的性能叫折光性。 衡量玻璃制品折光性能的好坏以折射率来表示。对于光学玻璃， 其折射率是一个很重要的性能，每种光学仪器玻璃都要求具有一定 的折射率。玻璃的折射率因成分不同而异，普通玻璃为1.481.53， 晶质玻璃（即铅玻璃）为1.611.96。,（2）力学性能,1）抗拉强度。玻璃的抗拉强度是玻璃最重要的力学性能之一，一般 玻璃的抗拉强度不高，约为5979MPa。在玻璃组成中增加CaO含量， 可使抗拉强度显著提高。玻
3、璃表面存在微小的裂痕，会降低其强度， 淬火玻璃的抗拉强度比退火玻璃高，可提高5-6倍。,玻璃抗拉强度的大小与其状态密切相关，块状、棒状玻璃的抗拉 强度较低，而玻璃丝的抗拉强度则很高，约为块状、棒状玻璃的 2030倍。玻璃纤维直径越细，其抗拉强度越高。,玻璃丝,玻璃棒,2）抗压强度。玻璃有很高的抗压强度，一般比抗拉强度高 1415倍，各种玻璃的抗压强度与其化学成分有关，同时取决于 结构和制造 工艺。SiO2 含量高的玻 璃有较高的 抗压强度， 而CaO, Na20 及K20等氧化 物是降低抗 压强度的因 素。玻璃在 运输、保管中，要考虑其抗拉强度小、抗压强度大这一特性， 以避免因破碎而造成损失。
4、,3）脆性。玻璃在冲击和动负荷作用下，很容易破碎，是一种典型 的脆性材料，因而限制了它的使用范围。 脆性取决于玻璃制品的形状和厚度（冲击韧度随着玻璃厚度的 增加而增加）。玻璃退火不良和化学成分均匀性差，均会降低玻璃 的冲击韧度而增加其脆性。 玻璃淬火后则可显著提高其冲击韧度。因此，为了改善玻璃的 脆性，可以通过夹层、夹丝、微晶化和淬火钢化等方法来提高玻璃 的冲击韧度和抗弯强度。,4）硬度。玻璃的硬度很高，约为莫氏68级之间，比一般金属硬， 仅次于金刚石、刚玉、碳化硅等磨料。所以加工研磨玻璃要用金刚 砂，切割玻璃要用金刚石刀具。玻璃硬度的大小，主要取决于化学 组成。石英玻璃及一些含有1012的硼
5、硅酸盐玻璃硬度较大， 含碱性氧化物（Na2O、K2O）多的玻璃硬度较小，含PbO的晶质玻璃 硬度最小。,（3）热学性能,1）热膨胀。玻璃受热后的膨胀大小，一般以线胀系数或体胀系数来 表示。玻璃的热胀系数在应用方面具有很大的实际意义，如不同成 分玻璃的焊接或熔接、叠层套料玻璃的制造，都要求具有近似的 热胀系数。电真空玻璃需将玻璃和金属熔封，也要考虑其热胀系数。 玻璃热胀系数的大小，取决于它的化学组成。石英玻璃的热胀系数 最小，含Na2O及K2O多的玻璃制品的热胀系数最高。,2）导热性。玻璃的导热能力差，其导热性只有钢的1/400。玻璃导热能力虽也和化学成分有关，但主要取决于密度。密度相同的玻璃，
6、虽然成分不同，热导率却相差极小，一般说来，透明石英玻璃的导热性最好，普通钠钙玻璃的导热性最差。,3）热稳定性。玻璃能经受急剧的温度变化而不致破裂的性能，称为 热稳定性或耐热性。玻璃是热稳定性很差的物质，在急冷急热情况 下很容易炸裂，这是由于温度急变时，玻璃内部产生的内应力超过 了玻璃强度的原故。 玻璃的热稳定性，由各种物理性质来决定，其中影响最大的是 热胀系数，其次是抗拉强度、弹性模量和热导率。石英玻璃具有最 小的热胀系数，因此，热稳定性极高，耐热最大温度差可达1000C 而不破裂。 除上述因素外，玻璃的热稳定性还和玻璃的化学组成、生产工 艺、制品结构有关。,（4）化学稳定性 化学稳定性即玻璃
7、抵抗气体、水、酸、碱或各 种化学试剂的能力，可分为耐水、耐酸性与耐碱性。化学稳定性 不仅对于玻璃的使用，而且对玻璃的加工，如磨光、镀银、酸蚀等 也有重要的关系。,初看玻璃好像完全不受化学溶液侵蚀，其实酸、碱及水都能与 玻璃起化学作用，仅是程度上的大小不同而已。当水、酸、碱的 溶液作用玻璃时，接触于溶液中的玻璃的某些部分遭受破坏，使 光亮的玻璃表面呈现出粗糙发毛的现象。,碱性溶液对玻璃的作用要比酸性溶液、水或潮气强烈得多。 因此，在日常生活中按照玻璃的用途对化学稳定性提出各种不同的 要求。假若窗玻璃的化学稳定性不够，当其长期经受大气、雨水的 侵蚀作用后，在其表面上将产生斑点、发毛和出现晕色。有时
8、当化 学稳定性不良的窗玻璃成垛堆放，经受潮气的侵蚀作用后，会溶合 成一个整体。因此，玻璃的化学稳定性是非常重要的一项性能指标。,（5）导电性 玻璃有传导电流的能力，一般属于离子导电类型。 如有些玻璃（含钒酸盐、硫、硒化合物等）具有电子导电性，已作 为玻璃半导体，应用于实际。但大部分团状硅酸盐玻璃在常温下具 有较高的电阻率，可作绝缘材料使用。因此，玻璃可以用来制造 电话、电报和其他电学仪上的绝缘器材，玻璃织物可以作为导线和 各种电机上的绝缘材料。,补充毕,玻璃简单分类主要分为平板玻璃和特种玻璃。,平板玻璃主要分为三种：引上法平板玻璃（分有槽无槽两种）、 平拉法平板玻璃和浮法玻璃。,下面按设计中常
9、用的品种一一说明。,一、平板玻璃：包括普通平板玻璃和高级平板玻璃（浮法玻璃）。,普通平板玻璃,彩色平板玻璃,高级平板玻璃,（1）普通平板玻璃普通平板玻璃有较好的透明度，表面平整。 用于建筑物采光、商店柜台、橱窗、交通工具、制镜、仪表、 农业温室、暖房以及加工其他产品等。,橱窗,商店柜台,1.3一4厘玻璃。毫米在日常生活中也称为厘。我们所说的3厘玻璃，就是指厚度3mm的玻璃。这种规格的玻璃主要用于画框表面。 2.5一6厘玻璃。主要用于外墙窗户、门扇等小面积透光造型等。 3.7一9厘玻璃。主要用于室内屏风等较大面积但又有框架保护的造型之中。,2.5一6厘玻璃应用玻璃窗,3.7一9厘玻璃应用室内屏风
10、,49一10厘玻璃。可用于室内大面积隔断、栏杆等装修项目。 5.11一12厘玻璃。可用于地弹簧玻璃门和一些活动人流较大的隔断之中。 615厘以上玻璃。一般市面上销售较少，往往需要订货，主要用于较大面积的地弹簧玻璃门、外墙整块玻璃墙面。,地弹簧玻璃门,二、其他玻璃,其他玻璃，只是在分类时相对于平板玻璃而言，并非业内正式分类。主要有： 1钢化玻璃。它是普通平板玻璃经过再加工处理而成的一种预应力玻璃。 钢化玻璃相对于普通平板玻璃来说，具有两大特征： (1）前者强度是后者的数倍，抗拉度是后者的3倍以上，抗冲击是后者的5倍以上； (2）钢化玻璃不容易破碎，即使破碎也会以无锐角的颗粒形式碎裂，对人体伤害大
11、大降低。（图6一1),（图6一1 钢化玻璃篮板),（7）钢化玻璃 具有弹性好、冲击韧度高、抗弯强度高、热稳定性 好以及光洁、透明的特点，在遇超强冲击破坏时，碎片呈分散细小 颗粒状，无尖锐棱角，因此不致伤人。 用于建筑门窗、幕墙、船舶、车辆、仪器仪表、家具、装饰等。,钢化玻璃,2磨砂玻璃。它也是在普通平板玻璃上面再磨砂加工而成。一般厚度多在9厘以下，以5、6厘厚度居多。（图6一2),磨 砂 玻 璃,3喷砂玻璃。性能上基本上与磨砂玻璃相似，不同的是改磨砂为喷砂。由于两者视觉上类同，很多业主甚至装修专业人员都把它们混为一谈，但是喷砂玻璃因为加工工艺的进步，能加工出更多造型的图,喷砂彩绘玻璃,磨砂玻璃
12、及喷砂玻璃两者均具有透光不透视的特点。 由于光线通过这种玻璃后形成漫反射，所以它们还具有避免眩光的特点。用于需要透光不透视的门窗、隔断、浴室卫生间及玻璃黑板、灯具等。,压花玻璃,压花玻璃由于玻璃表面凹凸不平，当光线通过玻璃时即产生漫反射，因此从玻璃的一面看另一面的物体时，物像就模糊不清，造成了这种玻璃透光不透明的特点。另外，又具有各种花纹图案，各种颜色，艺术装饰效果甚佳。用于办公室、会议室、浴室、厨房、 卫生间以及公共场所分隔室的门窗和隔断等。,4压花玻璃。是采用压延方法制造的一种平板玻璃。其最大的特点是透光不透明，多使用于洗手间等装修区域。,5夹丝玻璃。是采用压延方法，将金属丝或金属网嵌于玻
13、璃板内制成的一种具有抗冲击平板玻璃。,夹 丝 玻 璃,夹丝玻璃具有均匀的内应力和一定的韧性，当玻璃受外力引 起破裂时，由于碎片粘在金属丝网上，故可裂而不碎，碎而不落， 不致伤人，具有一定的安全作用及防振、防盗作用。用于高层建筑、天窗、振动较大的厂房及其他要求安全、防振、防盗、防火之处。,6 中空玻璃。多采用胶接法将两块玻璃保持一定间隔，间隔中是干燥的空气，周边再用密封材料密封而成，隔音效果好。,中空玻璃具有优良的保温、隔热、控光、隔声性能，如在玻璃 与玻璃之间，充以各种漫射光材料或介质等，则可获得更好的声控、 光控、隔热等效果。 用于建筑门窗、幕墙、采光顶棚、花盆温室、冰柜门、细菌培 养箱、防
14、辐射透视窗以及车船风窗玻璃等。,夹层玻璃 受剧烈振动或撞击时，由于衬片的粘合用，玻璃仅呈现裂纹，而不落碎片。它具有防弹、防振、防爆性能。用于高层建筑门窗、工业厂房门窗、高压设备观察窗、飞机和汽车风窗及防弹车辆、水下工程、动物园猛兽展窗、银行等。,夹层玻璃,7 夹层玻璃。夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃（也可以是钢化玻璃或其他特殊玻璃）和玻璃之间的有机胶合层构成。当受到破坏时，碎片仍钻附在胶层上，避免了碎片飞溅对人体的伤害。,8防弹玻璃。实际上就是夹层玻璃的一种，只是构成的玻璃多采用强度较高的钢化玻璃，而且夹层的数量也相对较多。,防弹玻璃,9 热弯玻璃。由平板玻璃加热软化在模具中成型，再经退火制成
15、的曲面玻璃，在产品设计中经常有所应用。（图6一4),热弯玻璃茶几,10玻璃砖。 玻璃砖的制作工艺基本和平板玻璃一样，不同的是成型方法。其中间为干燥的空气，多用于装饰性项目或者有保温要求的透光造型之中。,11玻璃纸。也称玻璃膜，具有多种颜色和花色。根据纸膜的性能不同，具有不同的性能。绝大部分起隔热、防红外线、防紫外线、防爆等作用。,第二讲 玻璃材料的成型技术,主要包括研磨和抛光两个工艺过程： 1玻璃的研磨。研磨是将制品粗糙不平或成型时余留的不需要部分的玻璃 磨去，改变受磨部分制品的外形，使制品具有所需的形状和尺寸（图6一5）。在 研磨过程中，可以根据研磨的要求，先用粗颗粒磨料，继用中等程度颗粒磨
16、料， 最后使用细颗粒磨料，直至其表面成为细致均匀的毛面玻璃。,一、玻璃的冷加工,手工研磨玻璃,2玻璃的抛光。经研磨后的玻璃表面总会留下几个微米的凹陷层，抛光过程就是要除掉这一凹陷层，使散光和不透明的玻璃变得光洁、透明（图6一6、图6一7）。,多作研磨抛光机,手工抛光玻璃,粗毛毡或半粗毛毡,二、玻璃的热加工工艺 玻璃热加工是利用玻璃受热后成塑性状态，冷却后又具有玻璃原有的一系列性能这一特点，制成各具特色的工艺品或有特殊要求的制品的过程。玻璃与玻璃、玻璃与各种金属材料的封接也是通过热加工实现的。玻璃的热加工过程一般包括玻璃热造型、玻璃火抛光和玻璃热封接三个过程：,1玻璃热造型。玻璃热造型工艺大量用于工业玻璃中有特殊造型要求的制品中。不少照明玻璃与舞台艺术效果处理的反光镜制作加工复杂、批量大、精度要求一般。为节省加工周期与成本，一般就采用热造型方法（图6一8）。,热压成型的玻璃圆盘,
