《玻璃及加工工艺幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《玻璃及加工工艺幻灯片（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章 玻璃及加工工艺,玻璃及加工工艺,9.1 玻璃的基本特性9.2 玻璃的工艺特性9.3 常用玻璃材料9.4 玻璃在设计中的应用,9.1 玻璃的基本特性,玻璃具有一系列的优良特性，如坚硬、透明、气密性、不透性、装饰性、化学耐蚀性、耐热性及电学、光学等性能，而且能用吹、拉、压、铸、槽沉等多种成型和加工方法制成各种形状和大小的制品 。,9.1 玻璃的基本特性,玻璃是将原料加热熔融，冷却凝固所得的非晶态无机材料。由于玻璃的非晶态结构，其物理性质和力学性质等是各向同性的。(1)强度玻璃的强度取决于其化学组成、杂质含量及分布、制品的形状、表面状态和性质、加工方法等。玻璃是一种脆性材料，其强度一般用抗压
2、、抗张强度等来表示。玻璃的抗张强度较低，由于玻璃的脆性和玻璃表面的微裂纹所引起的。玻璃的抗压强度约为抗张强度的1415倍。,9.1 玻璃的基本特性,(2)硬度 玻璃的硬度较大，硬度仅次于金刚石、炭化硅等材料，它比一般金属硬，不能用普通刀和锯进行切割。玻璃的硬度值在莫氏硬度57之间。可根据玻璃的硬度选择磨料、磨具和加工方法，如雕刻、抛光、研磨和切割等。,9.1 玻璃的基本特性,(3)光学性质玻璃是一种高度透明的物质，具有一定的光学常数、光谱特性，具有吸收或透过紫外线和红外线、感光、光变色、光储存和显示等重要光学性能。通常光线透过愈多，玻璃质量越好。由于玻璃品种较多，各种玻璃的性能也有很大的差别，
3、如有的铅玻璃具有防辐射的特性。一般通过改变玻璃的成分及工艺条件，可使玻璃的性能有很大的变化。,9.1 玻璃的基本特性,(4)电学性能常温下玻璃是电的不良导体。温度升高时，玻璃的导电性迅速提高，熔融状态时则变为良导体。(5)热性质玻璃的导热性很差，一般经受不了温度的急剧变化。制品越厚，承受温度急剧变化的能力越差。,9.1 玻璃的基本特性,(6)化学稳定性玻璃的化学性质较稳定。大多数工业用玻璃都能抵抗除氢氟酸以外酸的侵蚀。玻璃耐碱腐蚀性较差。玻璃长期在大气和雨水的侵蚀下，表面光泽会失去，变得晦暗。尤其是一些光学玻璃仪器易受周围介质(如潮湿空气)等作用，表面形成白色斑点或雾膜，破坏玻璃的透光性，所以
4、在使用和保存中应加以注意。,92 玻璃的工艺特性,玻璃的成型工艺视制品的种类而异，但其过程基本上可分为配料、熔化和成型三个阶段，一般采用连续性的工艺过程，如图9-2所示。,92 玻璃的工艺特性,92 玻璃的工艺特性,9 2 1 玻璃原料用于制备玻璃配合料的各种物料统称为玻璃原料。根据用量和作用的不同，玻璃原料分为主要原料和辅助原料两类。主要原料系指为向玻璃中引入各种主要成分而配入的原料，它们决定了玻璃制品的物理化学性质。辅助原料是为了赋予玻璃制品具有某些特殊性能和加速熔制过程所加的原料。,92 玻璃的工艺特性,(1)主要原料石英砂：石英砂又称硅砂，其主要成分是二氧化硅SiO2，它是重要的玻璃形
5、成氧化物，以硅氧四面体SiO4的结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。硼酸、硼砂及含硼矿物：向玻璃中引入B2O3的原料。在玻璃中的作用是降低玻璃的膨胀系数，提高其热稳定性、化学稳定性和机械强度，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光泽。,92 玻璃的工艺特性,(1)主要原料长石、瓷土、蜡石：向玻璃中引入Al203的原料。 Al203能提高化学的稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率，减轻玻璃液对耐火材料的侵蚀，并有助于氟化物的乳浊。纯碱、芒硝：向玻璃中引入碱金属氧化物Na2O的主要原料，Na2O是玻璃的良好助熔剂，可以降低玻璃粘度，使其易于熔融和成型。,92 玻璃的工艺特性,(1)主要原料方
6、解石、石灰石、白垩：向玻璃中引入CaO的主要原料。CaO在玻璃中主要作用为稳定剂。硫酸钡、碳酸钡：向玻璃中引入BaO的主要原料。含BaO的玻璃吸收辐射线能力较强，常用于制作高级器皿玻璃、光学玻璃、防辐射玻璃等。铅化合物向玻璃中引入PbO的主要原料。PbO能增加玻璃的密度，提高玻璃折射率，使玻璃制品具有特殊的光泽和良好的电性能。,92 玻璃的工艺特性,(2)辅助原料 澄清剂：向玻璃配合料或玻璃溶液中加入一种高温时本身能气化或分解放出气体，以促进排除玻璃中气泡的添加物称为澄清剂。着色剂：使玻璃制品着色的添加剂称为着色剂，通常使用锰、钴、镍、铜、金、硫、硒等金属和非金属化合物，其作用是使玻璃对光线产
7、生选择性吸收，从而显出一定的颜色。,92 玻璃的工艺特性,(2)辅助原料脱色剂：为了提高无色玻璃的透明度，常在玻璃熔制时，向配合料中加入脱色剂，以去除玻璃原料中含有的铁、铬、钛、钒等化合物和有机物的有害杂质乳浊剂：使玻璃制品对光线产生不透明的乳浊状态的添加物称为乳浊剂。助熔剂：能促使玻璃熔制过程加速的添加物称为助熔剂或加速剂。,92 玻璃的工艺特性,9 2 2玻璃的熔制玻璃的熔制是指将配合料经过高温熔融，形成均匀无气泡并符合成形要求的玻璃液的过程，它是玻璃生产中很重要的环节，是获得优质玻璃制品的重要保证。,92 玻璃的工艺特性,玻璃的熔制是一个非常复杂的工艺过程，从工艺角度而论，大致可以分为硅
8、酸盐的形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷却五个阶段，表91所列是对常用的钠-钙-硅玻璃熔制过程以及所产生的反应、生成物和工艺条件的说明。,92 玻璃的工艺特性,92 玻璃的工艺特性,9.2.3 玻璃的成型玻璃的成型是将熔融的玻璃液加工成具有一定形状和尺寸的玻璃制品的工艺过程。常见的玻璃成型方法有；压制成型、吹制成型和拉制成型。,92 玻璃的工艺特性,(1)压制成型压制成型是在模具中加入玻璃熔料加压成形，多用于玻璃盘碟、玻璃砖。图93为玻璃压制成型示意图。,92 玻璃的工艺特性,92 玻璃的工艺特性,（2）吹制成型吹制成型是先将玻璃粘料压制成雏形型块，再将压缩气体吹入处于热熔态的玻璃型块中，使之吹
9、胀成为中空制品。吹制成型可分为机械吹制成型和人工吹制成型，用来制造瓶、罐、器皿、灯泡等。图94为机械吹制法成型广口瓶的示意图，图95为人工吹杯示意图,92 玻璃的工艺特性,92 玻璃的工艺特性,(3)拉制成型拉制成型是利用机械拉引力将玻璃熔体制成制品，分为垂直拉制(图96)和水平拉制(图97)，主要用来生产平板玻璃、玻璃管、玻璃纤维等。,92 玻璃的工艺特性,92 玻璃的工艺特性,(4)压延成型压延成型是用金属辊将玻璃熔体压成板状制品，主要用来生产压花玻璃、夹丝玻璃等该成型分为平面压延与辊间压延成型。图98为压延成型的示意图。,92 玻璃的工艺特性,92 玻璃的工艺特性,924 玻璃的热处理玻
10、璃制品在生产中，由于要经受激烈和不均匀的温度变化，导致制品内部产生热应力。结构变化的不均匀及热应力的存在会降低制品的强度和热稳定性，很可能在成型后的冷却、存放和机械加工过程中自行破裂；制品内部结构变化的不均匀性，又可能造成玻璃制品光学性质的不均匀。因此，玻璃制品成型后，一般部要经过热处理。,92 玻璃的工艺特性,玻璃制品的热处理，一般包括退火和淬火两种工艺。退火就是消除或减小玻璃制品中的热应力的热处理过程。对光学玻璃和某些特种玻璃制品，通过退火可使内部结构均匀，以达到要求的光学性能；淬火就是使玻璃表面形成一个有规律、均匀分布的压力层，以提高玻璃制品的机械强度和热稳定性。,92 玻璃的工艺特性,
11、9 . 2 . 5 玻璃制品的二次加工成型后的玻璃制品，除极少数能直接符合要求外(如瓶罐等)，大多数还须作进一步加工，以得到符合要求的制品。经过二次加工可以改善玻璃制品的表面性质、外观质量和外观效果。玻璃制品的二次加工可分为冷加工、热加工和表面处理三大类。,92 玻璃的工艺特性,(1)玻璃制品的冷加工 冷加工是指在常温下通过机械方法来改变玻璃制品的外形和表面状态所进行的工艺过程。冷加工的基本方法包括研磨、抛光、切割、喷砂、钻孔和车刻等。,92 玻璃的工艺特性,(1)玻璃制品的冷加工研磨是为了磨除玻璃制品的表面缺陷或成形后残存的凸出部分，使制品获得所要求的形状、尺寸和平整度。抛光是用抛光材料消除
12、玻璃表面在研磨后仍残存的凹凸层和裂纹，以获得光滑、平整的表面。切割是用金刚石或硬质合金刀具划割玻璃表面并使之在划痕处断开的加工过程。,92 玻璃的工艺特性,(1)玻璃制品的冷加工磨边是磨除玻璃边缘棱角和粗糙截面的方法。喷砂则是通过喷枪用压缩空气将磨料喷射到玻璃表面以形成花纹图案或文字的加工方法。钻孔是利用硬质合金钻头、钻石钻头或超声渡等方法列玻璃制品进行打孔。车刻又称刻花，是用砂轮在玻璃制品表面刻磨图案的加工方法。,92 玻璃的工艺特性,(2)玻璃制品的热加工有很多形状复杂和要求特殊的玻璃制品，需要通过热加工进行最后成型。热加工还用来改善制品的性能和外观质量。热加工的方法主要有：火焰切割、火抛
13、光、钻孔、锋利边缘的烧口等。,92 玻璃的工艺特性,(3)玻璃制品的表面处理 表面处理包括玻璃制品光滑面与散光面的形成(如器皿玻璃的化学刻蚀、灯泡的毛蚀、玻璃化学抛光等)、表面着色和表面涂层(如镜子镀银、表面导电)等等。,92 玻璃的工艺特性,(3)玻璃制品的表面处理玻璃彩饰：利用彩色釉料对玻璃制品进行装饰的过程。常见的彩饰方法有：描绘、喷花、贴花和印花等。彩饰方法可单独采用，也可组合采用。,92 玻璃的工艺特性,(3)玻璃制品的表面处理玻璃彩饰：描绘是按图案设计要求用笔将釉料涂绘在制品表面。喷花是将图案花样制成镂空型版紧贴在制品表面，用喷枪将釉料喷到制品上。贴花是先用彩色釉料将图案印刷在特殊
14、纸上或薄膜上制成花纸，然花纸贴到制品表面。印花是采用丝网印刷方式用釉料将花纹图案印在制品表面。,92 玻璃的工艺特性,(3)玻璃制品的表面处理玻璃蚀刻：利用氢氟酸的腐蚀作用，使玻璃获得不透明毛面的方法。先在玻璃表面涂覆石蜡、松节油等作为保护层并在其上刻绘图案，再用氢氟酸溶液腐蚀刻绘所露出的部分。蚀刻程度可通过调节酸液浓度和腐蚀时间来控制，蚀刻完毕除去保护层。多用于玻璃仪器的刻度和标字，玻璃器皿和平板玻璃的装饰等。,9. 3 常用玻璃材料,9 3 1 玻璃材料的分类(1)按玻璃的用途和使用环境分类： 日用玻璃瓶罐玻璃、器皿玻璃、装饰玻璃等。 技术玻璃光学玻璃仪器玻璃、管道玻璃、电器用玻璃、医药用
15、玻璃、特种玻璃等。 建筑玻璃窗用平板玻璃、镜用平板玻璃、装饰用平板玻璃、安全玻璃。 玻璃纤维无碱纤维、低碱纤维、中碱纤维、高碱纤维等。,9. 3 常用玻璃材料,9 3 1 玻璃材料的分类(2)按玻璃的特性分类 按玻璃的气密性、透光性、光学特性、化学耐久性、电及热特性、强度、硬度、加工性以及装饰性等特性可将玻璃分为平板玻璃、容器玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、工艺美术玻璃、建筑用玻璃及照明器具玻璃等。表9- 2所示为玻璃品种的主要类型及其特性和用途。,9. 3 常用玻璃材料,9. 3 常用玻璃材料,(3) 按玻璃化学成分分类 钠钙硅酸盐玻璃基本成分中SiO2含量为7073、CaO含量为1012、Na
16、2O含量为1 21 5的玻璃，广泛用于制造平板玻璃、瓶罐玻璃、灯泡玻璃等。 铅玻璃含多量氧化铅的玻璃，用于制造光学玻璃、电真空玻璃、艺术器皿玻璃等。 石英玻璃SiO2含量99. 5以上，用于制造半导体、电光源等精密光学仪器及分析仪器等。,9. 3 常用玻璃材料,9 . 3. 2常用玻璃品种1. 平板玻璃平板玻璃是板状玻璃的统称：上下表面平行，成分多属于钠-钙-硅酸盐。主要采用浮法、垂直引上法、平拉法和压延法生产。平板玻璃具有透光、透视、隔热、隔声、耐磨、耐候等特性，并且通过着色、表面处理、强化、复合等方法制成彩色玻璃、镀膜玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃等特殊制品。,9. 3 常用玻璃材料,采用浮法制造技术生产的平板玻璃称为浮法玻璃。从池窑中流出的熔融玻璃流入盛有熔融锡液的锡槽中，在洁净的锡液表面上自由摊平，达到一定厚度时，沿水平方向拉引，离开锡槽进入退火炉退火即得浮法玻璃。,
