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1、玻璃材料与其加工工艺,玻璃材料,一 概述 古代称为壁流璃、琉璃、颇璃，近代也称为料。 玻璃是指熔融物冷却凝固所得到的非晶态无机材料。其物理性质和力学性质等是各向同性的。 工业上大量生产的普通玻璃是以石英为主要成分的硅酸盐玻璃。,二 组成 一般通过熔烧硅土（砂、石英、和燧石），加上碱（苏达或钾碱、碳酸碱）而得到的，其中碱是作为助溶剂，也可以加入其他物质，例如石灰（提高稳定性）、镁（去除杂质）、氧化铝（提高光洁度）或加入各种金属氧化物得到不同的颜色,玻璃分类,1. 按玻璃特性分类 平板玻璃、容器玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、工艺美术玻璃、照明器具玻璃和建筑用玻璃等。表4-5 2. 按玻璃用途和使用环
2、境分类 日用玻璃、技术玻璃、建筑玻璃和玻璃纤维四种。 3. 按玻璃化学成分分类 石英玻璃、钠钙硅酸盐玻璃、铅玻璃、 硫系氧硫系半导体玻璃、金属玻璃等。 表4-4 4. 按玻璃制造方法分类 吹制、拉制、压制、铸造等玻璃。,二 玻璃的主要性质,强度 玻璃是一种脆性材料，抗张强度较低而抗压强度约为抗张强度的十几倍。 硬度 玻璃的硬度比较大，仅次于金刚石和碳化硅等材料。不能用普通刀具进行切割。 3. 光学性质 是一种高度透明的物质，具有吸收或透过紫外线、红外线、感光等重要光学性能。,电学性质 常温下一般玻璃是绝缘体，有些玻璃是半导体材料。温度升高时，玻璃的导电性迅速提高，熔融状态则变为良导体。玻璃的导
3、电性与其组成有关。 5. 热性质 玻璃是热的不良导体，玻璃耐急冷急热性差，制品越厚，承受温度急剧变化的能力越差。 玻璃的热稳定性与玻璃的热膨胀系数有关。 化学稳定性 化学性质比较稳定。玻璃耐酸蚀较高而耐碱蚀较差。（氢氟酸除外） 7. 玻璃具有良好的加工性能，可进行切割、研磨、钻孔、雕刻、抛光等机械加工和化学处理等。,玻璃成型加工工艺 一. 原料制备 玻璃生产的主要原料有玻璃形成体、玻璃调整物和玻璃中间体，其余为辅助原料。 (1) 主要原料 指引入玻璃形成网络的氧化物、中间体氧化物和网络外氧化物。主要包括以下几种： 石英砂、砂岩、石英岩、石英：以硅氧四面体【SiO4】的结构组元形成不规则的连续网
4、络，称为玻璃骨架。约占配料重量的6575。 硼酸、硼砂及含硼矿物：向玻璃中引入B2O3原料。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，增加折射率，改善光泽。起助熔剂能加速玻璃的澄清和降低玻璃的结晶能力。 长石、瓷土、蜡石：向玻璃中引入Al2O3原料。提高玻璃热稳定性、化学稳定性、机械强度、硬度、折射率，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀，并有助于氟化物的乳浊。 纯碱、芒硝：向玻璃中引入Na2O,良好的助熔剂，降低玻璃粘度，易于熔融和成型。但Na2O会降低玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械强度，在玻璃中一般不超过18。, 方解石、石灰石、白垩：向玻璃中引入CaO原料。稳定剂。含量较高时，能使
5、玻璃的结晶化倾向增大，易使玻璃发脆。在玻璃中一般不超过12.5。 硫酸钡、碳酸钡：向玻璃中引入BaO原料。 含BaO的玻璃吸收辐射线的能力较强。 铅化合物：向玻璃中引入PbO原料。增加玻璃比重，提高玻璃折射率，使玻璃具有特殊的光泽和良好的电性能。 （2）辅助原料 包括澄清剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、脱色剂、氧化剂和还原剂等。 澄清剂： 向玻璃配合料或玻璃熔液中加入一种高温时本身能气化或分解放出气体，促进排出玻璃中气泡的添加物。 着色剂：使玻璃制品着色的添加物。对光线选择性吸收，从而呈现一定颜色。钴化物兰色；银化物黄色；硒化物红宝石色。 脱色剂：提高无色玻璃的透明度。 助熔剂（加速剂）：促使玻璃
6、熔制过程加速的添加物。 乳浊剂：对光线产生不透明的乳浊状态的添加物。,二. 玻璃生产工艺 1 原料预加工 将块状原料粉碎，使潮湿原料干燥，将含铁原料进行除铁处理，以保证玻璃质量。 2 配合料制备 3 熔制 玻璃配合料在池窑或坩埚窑内进行高温加热，使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃。主要分为硅酸盐的形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷却四个阶段。 4 成型 将液态玻璃加工成所要求形状和尺寸的玻璃制品的工艺过程。主要有压制法、吹制法、拉制法、压延法、浇注法和烧结法等。 5 热处理 一般包括退火和淬火两种工艺。退火是消除或减小玻璃制品中的热应力至允许值的热处理过程。对光学玻璃和某些特种玻璃制
7、品，通过退火处理使内部结构均匀，达到要求的光学性能。淬火使玻璃表面形成规律、均匀分布的压力层，提高机械强度和热稳定性。,玻璃瓶子的步骤,压制玻璃的制造步骤,三. 玻璃制品的二次加工 一、成型加工 1. 冷加工 在常温下通过机械方法改变外形和表面状态。 （1）研磨和抛光 俗称磨光，将制品上的粗糙不平或成型时余留的部分去掉，达到预定形状和尺寸。目的使制品表面光滑、透明、平整。 （2）切割、喷砂和钻孔 切割是利用脆性和残余应力的特点，在待切割的局部造成应力集中，易于折断。喷砂是利用夹带细粒石英砂或金刚砂的高速气流，使玻璃制品表面受砂粒的冲击，形成毛面。,2. 热加工 通过热加工最后成型或改善制品的性
8、能和外观质量。如烧口、火抛光、火焰切割、钻孔等。,火抛光,二、表面处理,研磨 抛光 磨边 喷砂 车刻 蚀刻 氢氟酸腐蚀 彩饰 描绘、喷花、贴花、印花,常用玻璃材料,1. 平板玻璃 组成上属于钠钙玻璃系列。软化点低，易于成型。具有透光、透视、隔声、隔热、耐磨、耐气候变化等性能。平板玻璃按厚度分为1.2、2、3、4、5、6、8、10、12、15、19mm等规格。 平板玻璃制品有以下几类： 窗用玻璃又称单光玻璃，作用透光、挡风和保温。 磨光玻璃又叫镜面玻璃，分为单面磨光和双面磨光。 磨砂玻璃又叫毛玻璃，通过手工研磨或氢氟酸溶蚀。 花纹玻璃按加工方法分为压花玻璃和喷花玻璃。 有色玻璃又称彩色玻璃，分透
9、明和不透明有色玻璃。,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。具有隔音、隔热、防霜、防结露性能。能在-2540度之间正常使用。,中空玻璃原理图,3.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，碎片仍粘附在胶层上，避免了碎片飞溅对人体的伤害。多用于汽车、火车、船舶、飞机及高层建筑等。,夹层玻璃原理,3.钢化玻璃 是普通平板玻璃经过再加工处理而成一种预应力玻璃。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
10、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，对人体伤害大大降低。,4. 防火玻璃：具有良好的透光性能和防火阻燃性能。它是由两层或两层以上玻璃用透明防火胶黏在一起制成的。,5. 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，以改变玻璃光学性能，满足某种特定要求。特性分类： 热反射玻璃（建筑和玻璃幕墙）、低辐射玻璃（建筑和汽车）、导电膜玻璃（加热、除霜、除雾玻璃）。,热辐射玻璃,导电膜玻璃,6. 镶嵌玻璃 由许多经过精致加工的小片异形玻璃，用晶亮的金属条镶嵌成一幅美丽的图案，两面再用钢化玻璃或浮法玻璃以中空的形式将图案封在两层玻璃之中。（门、窗、
11、屏风）,7. 微晶玻璃 在高温下使结晶从玻璃中析出而成的材料，由结晶相和部分玻璃相组成。微晶玻璃的吸水率接近零，所以不易污染。且硬度很大。,微晶玻璃柱,微晶玻璃电磁炉,9.玻璃马赛克 是由石英、长石、纯碱、氟化物等配合料经高温熔制后在加工成方形玻璃制品。,8. U型玻璃 是采用压延方法生产的一种极为独特的玻璃型材，它的外形和槽钢一样。,10.喷雕、彩绘玻璃 是技术和艺术结合的装潢品。（隔断、屏风、壁画等）,11.防弹玻璃 由不同厚度的透明玻璃和多片PVB胶片科学地组合而成。因为玻璃有较高的硬度而PVB胶片有较好的韧性。（军事防御、银行柜台、珠宝首饰的展示柜等）,其他新型玻璃,镭射玻璃 智能玻璃 呼吸玻璃 真空玻璃,智能玻璃,镭射玻璃,真空玻璃,4.10 玻璃材料的设计应用,
