《无机非金属材料学：第五章玻璃的热处理及加工》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机非金属材料学：第五章玻璃的热处理及加工（110页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5.1 5.1 玻璃的退火玻璃的退火5.1.1玻璃中的应力在生产过程中在生产过程中,玻璃制品经受激烈而又不均匀的温度变化，会产生热应玻璃制品经受激烈而又不均匀的温度变化，会产生热应力；溶制不良会造成玻璃中的不均匀区，导致热学性质差异而产生应力力；溶制不良会造成玻璃中的不均匀区，导致热学性质差异而产生应力。 这这些些都都会会降降低低制制品品的的强强度度和和热热稳稳定定性性,故故一一般般玻玻璃璃产产品品成成型型后后,需需经经过过退退火火处处理理,使使其其应应力力限限定定在在一一定定范范围围内内,以以防防在在冷冷却却、存存放放、再再加加工工及及使使用用过过程程中中自自行行破破裂裂或或太太易易破破裂裂
2、。第五章 玻璃的热处理及加工1玻璃工艺学一、玻璃应力的分类一、玻璃应力的分类:1.以产生原因为标准：以产生原因为标准：2.以作用范围为标准：以作用范围为标准：热应力热应力结构应力结构应力机械应力机械应力宏观应力：宏观应力：由外力作用或热作用产生；微观应力：微观应力：玻璃的微观不均匀区域中存在的或分相引起的应力; 超微观应力：超微观应力：玻璃中相当于晶胞大小的体积范围内 存在的应力.2玻璃工艺学二、热应力二、热应力 当玻璃温度低与应变点当玻璃温度低与应变点( ( =10 =10 13.613.6Pa.S)Pa.S)时处于弹性变形时处于弹性变形温度范围内温度范围内( ( 10101414Pa.S)
3、Pa.S)即脆性状态时，经受不均匀的温度即脆性状态时，经受不均匀的温度变化时产生的热应力。变化时产生的热应力。 特点特点：随温度梯度的产生而产生，随温度梯度的消失而消失。随温度梯度的产生而产生，随温度梯度的消失而消失。 在温度低于应变点时在温度低于应变点时, ,玻璃内结构集团已不能产生粘滞玻璃内结构集团已不能产生粘滞性流动性流动, ,主要靠弹性松弛来消除应力。主要靠弹性松弛来消除应力。热应力热应力: :玻璃中由于温度差而产生的应力。玻璃中由于温度差而产生的应力。按其存在的特点又可分成暂时应力和永久应力。按其存在的特点又可分成暂时应力和永久应力。1.1.暂时应力的产生过程暂时应力的产生过程: :
4、( (一一) )暂时应力暂时应力: :3玻璃工艺学* * 此示意图可以说明什么此示意图可以说明什么? ?温度(Temperature)应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度T0位置(Position)剖面实际温度示意线暂 时 应 力 示 意 线应力( Strain)0T t外界温度(1)(1) 玻璃处于某一个低于应变点的均匀温度分布状态玻璃处于某一个低于应变点的均匀温度分布状态: :说明：均匀温度场下的玻璃平板中不存在温度梯度，也不存在暂时应力。说明：均匀温度场下的玻璃平板中不存在温度梯度，也不存在暂时应力。4玻璃工艺学(2)(2)玻璃在一个低温的环境中开始冷却玻璃在一个低温的
5、环境中开始冷却: :* * 此示意图可以说明什么此示意图可以说明什么? ?说明：说明：玻璃平板表面降温比内层快，收缩就比内层大，受内层阻碍而呈张玻璃平板表面降温比内层快，收缩就比内层大，受内层阻碍而呈张应力同时内层受到反作用力而呈压应力。应力同时内层受到反作用力而呈压应力。0温度(Temperature)应变点温度 (=1013.6Pa.S)冷却起始温度外界温度应力( Strain)位置(Position)TsT0T t剖面实际温度示意线暂 时 应 力 示 意 线5玻璃工艺学(3)(3)外层逐渐达到外界温度的过程外层逐渐达到外界温度的过程: :剖面实际温度示意线温度(Temperature)应
6、变点温度 (=1013.6Pa.S)冷却起始温度外界温度 应力( Strain)位置(Position)TsT0T t0暂 时 应 力 示 意 线* * 此示意图可以说明什么此示意图可以说明什么? ? 说明：说明：表面收缩趋于停止的同时受到继续收缩的内层所施的压应力逐渐抵消表面收缩趋于停止的同时受到继续收缩的内层所施的压应力逐渐抵消原有的张应力。原有的张应力。6玻璃工艺学* * 此示意图可以说明什么此示意图可以说明什么? ?说明：说明：温度梯度在此时消失，应力同时完全抵消而呈无应力状态。温度梯度在此时消失，应力同时完全抵消而呈无应力状态。0温度(Temperature)应变点温度 (=1013
7、.6Pa.S)冷却起始温度外界温度应力( Strain)位置(Position)TsT0T t剖面实际温度示意线暂 时 应 力 示 意 线(4)内层温度逐渐达到外界温度的过程内层温度逐渐达到外界温度的过程:7玻璃工艺学2.小结:(1)在温度低于应变点温度时在温度低于应变点温度时,温度梯度的产温度梯度的产生导致玻璃弹性松弛而形成暂时应力；生导致玻璃弹性松弛而形成暂时应力；（2）温度急剧的变化产生的暂时应力若超）温度急剧的变化产生的暂时应力若超过极限时会使制品破裂；过极限时会使制品破裂；（3）不能通过退火过程来消除暂时应力。）不能通过退火过程来消除暂时应力。8玻璃工艺学（二）永久应力：二）永久应力
8、： 玻璃在高于其应变点时玻璃在高于其应变点时,温度梯度会引起玻璃结构变化温度梯度会引起玻璃结构变化,这种玻璃结构变化在低于应变点时产生并保持的热应力。这种玻璃结构变化在低于应变点时产生并保持的热应力。特点特点:温度梯度消失之后温度梯度消失之后,永久应力不消失永久应力不消失1.1.永久应力的产生过程永久应力的产生过程(1)处于某一高于应变点的均匀温度场时处于某一高于应变点的均匀温度场时*此示意图说明了什么?温度(Temperature)剖面实际温度示意线0位置(Position)外界温度T t应力( Strain) 永 久 应 力 示 意 线 应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温
9、度T0说明：说明：均匀温度场下的玻璃平板中不存在温度梯度，也不存在永久应力均匀温度场下的玻璃平板中不存在温度梯度，也不存在永久应力9玻璃工艺学(2)将玻璃放置于低温环境中降温将玻璃放置于低温环境中降温,直至外层温度到达应变点直至外层温度到达应变点:*此示意图说明了什么? 说明：高于应变点时，表面较快的收缩产生的作用力通过说明：高于应变点时，表面较快的收缩产生的作用力通过应力松弛消除，平板呈无应力状态。应力松弛消除，平板呈无应力状态。0温度(Temperature)应力( Strain)位置(Position)应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度T0外界温度T t剖面实际温度示
10、意线永 久 应 力 示 意 线 10玻璃工艺学0位置(Position)温度(Temperature)应力( Strain)应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度T0外界温度T t永 久 应 力 示 意 线 剖面实际温度示意线(3)(3)制品继续降温制品继续降温, ,直至内层温度达到应变点的过程直至内层温度达到应变点的过程: :* * 此示意图可以说明什么此示意图可以说明什么? ? 说明：说明：温度低于应变点的表面无应力松弛能力，同时降温较里层快而呈张应力温度低于应变点的表面无应力松弛能力，同时降温较里层快而呈张应力状态，里层为张应力；状态，里层为张应力；温度在应变点以上的内层
11、则由于应力松弛作用而保持无应力状态。温度在应变点以上的内层则由于应力松弛作用而保持无应力状态。11玻璃工艺学温度(Temperature)应力( Strain)位置(Position)应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度T0外界温度T t 永 久 应 力 示 意 线剖面实际温度示意线0（4）内层温度从应变点开始下降：）内层温度从应变点开始下降：* * 此示意图可以说明什么此示意图可以说明什么? ? 说明：说明：内层在至应变点以下时受到降温快、收缩快的外层内层在至应变点以下时受到降温快、收缩快的外层所施压力，同时外层受反作用力呈张应力状态所施压力，同时外层受反作用力呈张应力状态
12、。12玻璃工艺学0温度(Temperature)应力( Strain)位置(Position)应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度T0外界温度T t 永 久 应 力 示 意 线剖面实际温度示意线(5)(5)内外层继续冷却内外层继续冷却* * 此示意图可以说明什么此示意图可以说明什么? ?说明说明：随着内：随着内层逐渐降温、收缩，原先的应力逐渐被抵消而减小。层逐渐降温、收缩，原先的应力逐渐被抵消而减小。13玻璃工艺学(6)(6)内外层继续冷却直至均达到环境温度内外层继续冷却直至均达到环境温度* * 此示意图可以说明什么此示意图可以说明什么? ? 说明：说明：到此时为止，内层形成
13、较外层更致密的结构，即收缩较外层大，到此时为止，内层形成较外层更致密的结构，即收缩较外层大，更趋于紧收，但受外层阻碍故呈张应力，外层则呈相反的压应力状态更趋于紧收，但受外层阻碍故呈张应力，外层则呈相反的压应力状态0温度(Temperature)应力( Strain)位置(Position)应变点温度 (=1013.6Pa.S)Ts冷却起始温度T0外界温度T t 永 久 应 力 示 意 线剖面实际温度示意线14玻璃工艺学小结小结:(1)在高于应变点的温度时在高于应变点的温度时,通过应力松弛的作用通过应力松弛的作用,温温度梯度产生结构梯度度梯度产生结构梯度,并在低于应变点时保持下来并在低于应变点时
14、保持下来,形成永久应力形成永久应力.(2)通过缓慢降温通过缓慢降温,减小温度梯度减小温度梯度,从而减小永久应力从而减小永久应力是可能的是可能的,这也是退火作用的本质这也是退火作用的本质15玻璃工艺学三、结构应力和机械应力三、结构应力和机械应力: (一一)结构应力结构应力: 玻璃中局部区域化学组成不均匀导致结构不均匀而产生玻璃中局部区域化学组成不均匀导致结构不均匀而产生不同的膨胀系数，因而产生的应力。不同的膨胀系数，因而产生的应力。如条纹、结石、节瘤等不均匀体都会产生结构应力。如条纹、结石、节瘤等不均匀体都会产生结构应力。特点特点：结构应力是由于玻璃固有结构所造成的应力，结构应力是由于玻璃固有结
15、构所造成的应力，无法通过退火消除。无法通过退火消除。 （二）机械应力（二）机械应力: 当玻璃制品受到外力作用的时候当玻璃制品受到外力作用的时候,玻璃中产生的应力。在玻璃中产生的应力。在低温下外力撤去时，机械应力随之消失。低温下外力撤去时，机械应力随之消失。如果机械应力超过应力极限，会导致制品破裂。如果机械应力超过应力极限，会导致制品破裂。16玻璃工艺学思考题思考题: 分析平板玻璃从应变点开始降温至常温过程分析平板玻璃从应变点开始降温至常温过程中暂时应力和永久应力合成过程。中暂时应力和永久应力合成过程。分析暂时应力和永久应力产生原因之异同。分析暂时应力和永久应力产生原因之异同。玻璃在一般情况下玻
16、璃在一般情况下,可能会同时受到几种应力可能会同时受到几种应力的作用。的作用。17玻璃工艺学5.1.2玻璃的退火玻璃的退火一、退火原理一、退火原理在经过转变温度区域（在经过转变温度区域（TfTg）时，玻璃由典型的液态转变时，玻璃由典型的液态转变成脆性状态。而在成脆性状态。而在Tg点以下的相当的温度范围内玻璃分子仍然能点以下的相当的温度范围内玻璃分子仍然能够进行迁移，可以消除玻璃中的热应力和结构状态的不均匀性够进行迁移，可以消除玻璃中的热应力和结构状态的不均匀性*。同时因为粘度相当大，以致几乎不发生其外形的改变。这段温度同时因为粘度相当大，以致几乎不发生其外形的改变。这段温度区域成为玻璃的退火区域
17、，相应粘度在区域成为玻璃的退火区域，相应粘度在10121016Pa.s。即退火即退火温度区域与玻璃粘度有关。温度区域与玻璃粘度有关。*应力松弛应力松弛：由于玻璃在应变点以上时具有粘弹性，它不能长由于玻璃在应变点以上时具有粘弹性，它不能长时间承受各方向不平衡力的作用，玻璃内结构基团在力的作用下时间承受各方向不平衡力的作用，玻璃内结构基团在力的作用下产生位移和变形，使温度梯度所产生的内应力得以消失。产生位移和变形，使温度梯度所产生的内应力得以消失。玻璃的退火过程玻璃的退火过程：将玻璃放置在某一温度下保持足够时间将玻璃放置在某一温度下保持足够时间后再以缓慢的速度冷却，以便不再产生超过允许范围的永久应
18、后再以缓慢的速度冷却，以便不再产生超过允许范围的永久应力和暂时应力。实质就是减小或消除应力并防止新的应力产生。力和暂时应力。实质就是减小或消除应力并防止新的应力产生。18玻璃工艺学（一）退火温度范围与退火温度一）退火温度范围与退火温度上限退火温度：上限退火温度：三分钟内消除三分钟内消除95%应力的温度，一般相应力的温度，一般相当于退火点的温度，也称最高退火温度，粘度为当于退火点的温度，也称最高退火温度，粘度为1012Pa.s。下限退火温度：下限退火温度：三分钟内消除三分钟内消除5%应力的温度，也称最应力的温度，也称最低退火温度，粘度为低退火温度，粘度为1013.6Pa.s。在此温度以下玻璃完全
19、处在此温度以下玻璃完全处于弹性状态，该点温度也可以称为于弹性状态，该点温度也可以称为应变点应变点。精密退火精密退火：对光学玻璃或某些技术玻璃，不但要消除永对光学玻璃或某些技术玻璃，不但要消除永久应力，而且还要消除由于冷却过程中玻璃各层热历史不同久应力，而且还要消除由于冷却过程中玻璃各层热历史不同以结构转化的程度不同而产生光学上的不均匀性。以结构转化的程度不同而产生光学上的不均匀性。可以通过可以通过1、T曲线上得到曲线上得到1012Pa.s、1013.6Pa.s的的温度确温度确定上限、下限退火温度。定上限、下限退火温度。2、计算（、计算（P358）求出玻璃在求出玻璃在1012Pa.s时的时的温度
20、，即温度，即上限退火温度上限退火温度。在在退火温度范围内确定某一保温均热的温度，称之为退火温度。退火温度范围内确定某一保温均热的温度，称之为退火温度。19玻璃工艺学3、通过热膨胀曲线确定、通过热膨胀曲线确定Tg的温度值即作为最高退火温的温度值即作为最高退火温度的大约数值。度的大约数值。4、通过差热曲线确定上限或下限退火温度：、通过差热曲线确定上限或下限退火温度：加热过程的吸热峰下限退火温度，放热峰上限退火度；加热过程的吸热峰下限退火温度，放热峰上限退火度；降温过程的放热峰上限退火温度，吸热峰下限退火温度降温过程的放热峰上限退火温度，吸热峰下限退火温度TgL/L温度温度然后选取低于上限退火温度然
21、后选取低于上限退火温度2030的温度点作为的温度点作为退火温度。退火温度。20玻璃工艺学退火温度与组成：退火温度与组成：能能提提高高粘粘度度（尤尤其其低低温温）的的组组分分如如CaO、SiO2、Al2O3等等提提高高退退火火温温度度；反反之之则则降降低低退退火火温温度度（如如R2O、PbO、BaO等等）。B2O3则则因因硼硼反反常常出出现现含含量量在在1520%随随氧氧化化硼硼含量升高而升高、超过含量升高而升高、超过1520%时随含量升高而降低的情况。时随含量升高而降低的情况。（二）退火工艺（二）退火工艺工艺过程工艺过程玻璃的退火工艺过程包括四个阶段：加热、保温、慢冷玻璃的退火工艺过程包括四个
22、阶段：加热、保温、慢冷及快冷。及快冷。一次退火一次退火：玻璃制品成形后不冷却直接退：玻璃制品成形后不冷却直接退火的工艺过程。火的工艺过程。二次退火二次退火：玻璃制品成形后先冷却后加热：玻璃制品成形后先冷却后加热再退火的工艺过程。再退火的工艺过程。21玻璃工艺学加热加热保温保温慢冷慢冷快冷快冷温度温度时间时间上限退火温度上限退火温度下限退火温度下限退火温度退火温度退火温度1、加热阶段、加热阶段加热时玻璃制品表面为压应力，升温速度可较快：加热时玻璃制品表面为压应力，升温速度可较快：a空心或单面受热的玻璃制品的总厚，空心或单面受热的玻璃制品的总厚，cm实心制品的半厚，实心制品的半厚，cm22玻璃工艺
23、学光学玻璃光学玻璃2、保温阶段、保温阶段目的：消除加热过程产生的温度梯度，并消除制品中目的：消除加热过程产生的温度梯度，并消除制品中所固有的内应力。所固有的内应力。先确定保温温度，然后确定保温时间。先确定保温温度，然后确定保温时间。保温时间保温时间考虑表面微裂纹、缺陷、厚度均匀性及退火炉温度分布考虑表面微裂纹、缺陷、厚度均匀性及退火炉温度分布均匀性，一般工业中采用均匀性，一般工业中采用23玻璃工艺学3、慢冷阶段、慢冷阶段为了使制品在冷却后不再产生永久应力或仅产生微小的为了使制品在冷却后不再产生永久应力或仅产生微小的永久应力，冷却速度要求较慢，常采用线性降温。永久应力，冷却速度要求较慢，常采用线
24、性降温。开始冷却速度：开始冷却速度：下降下降10后继续冷却速度：后继续冷却速度：H每降低每降低100c后下一个后下一个100c的的降温速度降温速度To退火温度退火温度T每降低每降低100c后的后的温度温度慢冷阶段结束时温度必须小于或等于应变点温度，慢冷阶段结束时温度必须小于或等于应变点温度，否则在快冷阶段重新产生永久应力而退火无效。否则在快冷阶段重新产生永久应力而退火无效。24玻璃工艺学4、快冷阶段、快冷阶段为提高生产效率、降低燃耗，只要使该阶段的暂时应为提高生产效率、降低燃耗，只要使该阶段的暂时应力不超过极限强度，可适当加快降温速度。力不超过极限强度，可适当加快降温速度。厚度厚度5mm厚度厚
25、度5mm总共退火时间为四个阶段用时之和，约为总共退火时间为四个阶段用时之和，约为11.5小时。小时。（三）制定退火曲线使注意问题（三）制定退火曲线使注意问题1、加热阶段：保证压应力加热阶段：保证压应力压应力极限。压应力极限。慢冷阶段：降温速度同样须考虑玻璃的允许应力，结束慢冷阶段：降温速度同样须考虑玻璃的允许应力，结束时温度要低于或等于应变点温度。时温度要低于或等于应变点温度。快冷阶段：暂时应力不可超过抗张极限。快冷阶段：暂时应力不可超过抗张极限。25玻璃工艺学5、容易分相的玻璃制品退火时，退火温度不能过高，容易分相的玻璃制品退火时，退火温度不能过高，退火时间不能过长，次数要少。退火时间不能过
26、长，次数要少。2、形状复杂、厚度大的制品的加热及冷却速度要慢；形状复杂、厚度大的制品的加热及冷却速度要慢；3、多种制品共用退火窑是，取退火温度低的数值作为多种制品共用退火窑是，取退火温度低的数值作为退火温度，并延长保温时间；同组成不同规格的制品一起退火温度，并延长保温时间；同组成不同规格的制品一起退火时，由薄制品确定退火温度，以免薄制品变形；由厚退火时，由薄制品确定退火温度，以免薄制品变形；由厚制品确定升温、降温的速度，以免厚制品破裂；制品确定升温、降温的速度，以免厚制品破裂；4、确定升降温速度要考虑退火窑温度不均匀性而适当确定升降温速度要考虑退火窑温度不均匀性而适当取小值；取小值；26玻璃工
27、艺学5.2玻璃的强化玻璃的强化（一）、玻璃物理钢化原理（一）、玻璃物理钢化原理物理钢化：物理钢化：把玻璃加热到软化温度以下、把玻璃加热到软化温度以下、Tg点以上点以上5060oc后进行快速、均匀的冷却而得。玻璃外部因迅速冷却而固化，而后进行快速、均匀的冷却而得。玻璃外部因迅速冷却而固化，而内部冷却比较慢，当内部继续收缩时使玻璃表面产生压应力，而内部冷却比较慢，当内部继续收缩时使玻璃表面产生压应力，而内部为张应力。内部为张应力。一玻璃物理钢化淬火一玻璃物理钢化淬火物理钢化法是目前国内外广泛应用的一种方法物理钢化法是目前国内外广泛应用的一种方法按淬冷介质的不同按淬冷介质的不同,又可分为又可分为风冷
28、钢化、液冷钢化风冷钢化、液冷钢化和冷却板和冷却板钢化。钢化。根据生产过程中玻璃的支撑办法又可分为根据生产过程中玻璃的支撑办法又可分为垂直吊挂法垂直吊挂法（垂（垂直法）、直法）、水平法、水平支持法水平法、水平支持法（自重法）、（自重法）、气垫法气垫法等。等。27玻璃工艺学（二）、淬火玻璃的特性（二）、淬火玻璃的特性1、抗弯强度大、抗弯强度大淬火玻璃淬火玻璃普通玻璃普通玻璃因为淬火玻璃受载荷作用后上层的表面压应力增大了，而因为淬火玻璃受载荷作用后上层的表面压应力增大了，而由载荷造成的张应力被下层的表面压应力部分抵消而比退火玻由载荷造成的张应力被下层的表面压应力部分抵消而比退火玻璃小，同时最大张应力
29、不在表面而移向板中心。由于玻璃耐压璃小，同时最大张应力不在表面而移向板中心。由于玻璃耐压强度比抗张强度大得多（约强度比抗张强度大得多（约10倍），所以钢化玻璃在相同载荷倍），所以钢化玻璃在相同载荷下不易破裂，另外钢化过程中玻璃表面裂纹受强烈压缩，同样下不易破裂，另外钢化过程中玻璃表面裂纹受强烈压缩，同样也使钢化玻璃抗弯强度更高。也使钢化玻璃抗弯强度更高。28玻璃工艺学、热稳定性高、热稳定性高：当钢化玻璃骤冷时，表面产生的张应力当钢化玻璃骤冷时，表面产生的张应力与钢化玻璃表面原先存在的压应力相抵偿，因而钢化玻璃的与钢化玻璃表面原先存在的压应力相抵偿，因而钢化玻璃的热稳定性大大提高。热稳定性大大提
30、高。29玻璃工艺学、抗冲击强度高、抗冲击强度高4、安全性好、不能切割、安全性好、不能切割安全性安全性：张应力造成的裂纹在张应力造成的裂纹在玻璃内迅速扩散，同时受表面玻璃内迅速扩散，同时受表面压应力保护作用不易散落。强压应力保护作用不易散落。强化玻璃被击碎后形成圆形小颗化玻璃被击碎后形成圆形小颗粒，而不是尖锐的大块碎片。粒，而不是尖锐的大块碎片。品品种种厚度厚度抗弯强度抗弯强度耐冲击耐冲击耐热温差耐热温差(mm)(Pa)(钢球高度钢球高度m)()普通窗玻璃普通窗玻璃54.91070.560钢化窗玻璃钢化窗玻璃54.91082.525030玻璃工艺学1炉壁温度的确定炉壁温度的确定玻璃对不同波长热射
31、线具有不同的吸收能力，为此选择玻璃对不同波长热射线具有不同的吸收能力，为此选择适宜的热源温度是必要的。下表适宜的热源温度是必要的。下表列出了其间的关系。列出了其间的关系。平板玻璃的钢化温度一般都在平板玻璃的钢化温度一般都在630-750，因此，因此，炉壁温度选择在炉壁温度选择在750-850范围内是合适的，它的热辐射范围内是合适的，它的热辐射波长对玻璃是部分吸收，有利于玻璃内外层的均匀加热。波长对玻璃是部分吸收，有利于玻璃内外层的均匀加热。(四四)热钢化工艺制度的确定热钢化工艺制度的确定热源温度、波长及玻璃的吸收热源温度、波长及玻璃的吸收热源温度热源温度()900600500热源波长热源波长(
32、n)2.53.53.7波波长长(m)2.72.7-4.54.5玻璃吸收状况玻璃吸收状况透射透射部分吸收部分吸收吸收吸收31玻璃工艺学2钢化温度的确定钢化温度的确定常用以下两种方法来确定玻璃的钢化温度。常用以下两种方法来确定玻璃的钢化温度。(1)应用经验公式确定：应用经验公式确定：Tc=Tg+80(2-5-1)式中式中:Tc钢化温度；钢化温度；Tg玻璃的转变温度，以理论计玻璃的转变温度，以理论计算来确定。算来确定。(2)以玻璃粘度为以玻璃粘度为107.5Pas时的温度为钢化温度。时的温度为钢化温度。在上述两种方法中以经验公式来确定玻璃钢化温度的方法最常在上述两种方法中以经验公式来确定玻璃钢化温度
33、的方法最常用和最简便。用和最简便。3炉子温度的确定炉子温度的确定常用下式计算确定：常用下式计算确定：log(Tv一一Tc)=ct+log(Tv一一Tr)(2-5-2)式中式中:Tv炉子温度；炉子温度；Tr室温；室温；Tc玻璃钢化温度；玻璃钢化温度；t加热时间；加热时间；c与玻璃组成、厚度有关的常与玻璃组成、厚度有关的常数。数。32玻璃工艺学4电炉的宽度电炉的宽度选择炉膛宽度应考虑玻璃选择炉膛宽度应考虑玻璃能否均匀加热。其与玻璃和能否均匀加热。其与玻璃和辐射元件之间的距离、玻璃辐射元件之间的距离、玻璃和炉膛砖之间的距离密切相和炉膛砖之间的距离密切相关。此外，为使玻璃均匀受关。此外，为使玻璃均匀受
34、热，炉子上下前后可采用分热，炉子上下前后可采用分区调节。区调节。5风冷时间风冷时间玻璃的过度冷却是使玻璃产生翘曲的原因之一。另外，玻璃的过度冷却是使玻璃产生翘曲的原因之一。另外，为节约电能，应采用两段冷却法，即先急冷后缓冷，从图为节约电能，应采用两段冷却法，即先急冷后缓冷，从图2514中可以看出，在急冷中可以看出，在急冷15s后，玻璃表面温度后，玻璃表面温度已降到已降到500以下，此时已不会再增加钢化强度，所以以下，此时已不会再增加钢化强度，所以可以缓冷。可以缓冷。33玻璃工艺学热钢化产生的应力是二维各向同性的平面应力，只是随平热钢化产生的应力是二维各向同性的平面应力，只是随平板的厚度而变，习
35、惯上把中心面上的张应力板的厚度而变，习惯上把中心面上的张应力M称称“钢化程度钢化程度”，简称钢化度，以此作为钢化的量值。，简称钢化度，以此作为钢化的量值。影响玻璃钢化度的因素有：淬火温度、介质的传热速率、玻影响玻璃钢化度的因素有：淬火温度、介质的传热速率、玻璃厚度、玻璃组成等。璃厚度、玻璃组成等。（五（五)影响热钢化的因素影响热钢化的因素玻璃开始急冷的温度称淬火温度。玻璃的钢化度决定于冷玻璃开始急冷的温度称淬火温度。玻璃的钢化度决定于冷却时的应力松弛程度，它随淬火温度的提高而增大，当达到某却时的应力松弛程度，它随淬火温度的提高而增大，当达到某一值时，应力松弛程度不再增加，钢化度趋于极值，如图一
36、值时，应力松弛程度不再增加，钢化度趋于极值，如图2515所示。玻璃在急冷过程中，玻璃越厚，其内外温差就所示。玻璃在急冷过程中，玻璃越厚，其内外温差就越大，应力松弛层相应越厚，所以钢化度就越大。厚玻璃比薄越大，应力松弛层相应越厚，所以钢化度就越大。厚玻璃比薄玻璃更易钢化的原因也在此，如图玻璃更易钢化的原因也在此，如图2515所示。所示。1玻璃的淬火温度及玻璃厚度玻璃的淬火温度及玻璃厚度34玻璃工艺学35玻璃工艺学它表示淬火的冷却速率。对于风钢化，淬火的冷却速它表示淬火的冷却速率。对于风钢化，淬火的冷却速率是由风压、风温、喷嘴与玻璃间距离以及在排气过程中率是由风压、风温、喷嘴与玻璃间距离以及在排气
37、过程中是否形成了热气垫等因素决定。钢化度与综合传热速率的是否形成了热气垫等因素决定。钢化度与综合传热速率的关系如图关系如图2516所示。喷嘴与玻璃间距离对钢化度所示。喷嘴与玻璃间距离对钢化度的影响，如图的影响，如图2517所示。风温对钢化度有影响，所示。风温对钢化度有影响，例如，冬天的冷却速率比夏天大；冷却风受热后的热气流例如，冬天的冷却速率比夏天大；冷却风受热后的热气流不能很快排除，将形成热气垫，这会妨碍玻璃板的进一步不能很快排除，将形成热气垫，这会妨碍玻璃板的进一步冷却，因而降低了钢化度，为此常加长喷嘴的长度。冷却，因而降低了钢化度，为此常加长喷嘴的长度。2冷却介质的对流传热速率冷却介质的
38、对流传热速率36玻璃工艺学37玻璃工艺学3玻璃组成玻璃组成凡是能增加玻璃热膨胀系数的氧化物都能增加玻璃的钢凡是能增加玻璃热膨胀系数的氧化物都能增加玻璃的钢化度。如图化度。如图25一一18表示不同组成玻璃的钢化度。表示不同组成玻璃的钢化度。38玻璃工艺学（五）钢化玻璃自爆的原因探讨（五）钢化玻璃自爆的原因探讨自爆及其分类自爆及其分类钢化玻璃自爆可以表述为钢化玻璃在无外部直接作用的钢化玻璃自爆可以表述为钢化玻璃在无外部直接作用的情况下而自动发生破碎的现象。在钢化加工、贮存、运输、情况下而自动发生破碎的现象。在钢化加工、贮存、运输、安装、使用等过程中均可发生钢化玻璃自爆。安装、使用等过程中均可发生钢
39、化玻璃自爆。自爆按起因不同可分为两种：自爆按起因不同可分为两种：一是由玻璃中可见缺陷引起的自爆，例如结石、砂一是由玻璃中可见缺陷引起的自爆，例如结石、砂粒、气泡、夹杂物、缺口、划伤、爆边等；粒、气泡、夹杂物、缺口、划伤、爆边等；二是由玻璃中硫化镍（二是由玻璃中硫化镍（NiS）杂质膨胀引起的自爆）杂质膨胀引起的自爆（钢化玻璃自爆的主要因素）。（钢化玻璃自爆的主要因素）。前者一般目视可见，检测相对容易，故生产中可控。前者一般目视可见，检测相对容易，故生产中可控。后者则主要由玻璃中微小的硫化镍颗粒体积膨胀引发，无后者则主要由玻璃中微小的硫化镍颗粒体积膨胀引发，无法目测检验，故不可控。法目测检验，故不
40、可控。39玻璃工艺学原料也是一个不可忽视的问题，浮法玻璃的成份原料也是一个不可忽视的问题，浮法玻璃的成份有石英砂（硅砂）、纯碱、芒硝、白云石、长石（钾长有石英砂（硅砂）、纯碱、芒硝、白云石、长石（钾长石、钠长石）、石灰石、助熔剂、澄清剂、着色剂、碎石、钠长石）、石灰石、助熔剂、澄清剂、着色剂、碎玻璃等，在硅砂、白云石、长石中发现了微量的镍质成玻璃等，在硅砂、白云石、长石中发现了微量的镍质成份。份。硫化镍的来源硫化镍的来源浮法生产线的安装过程中，熔窑内镍化合物的洁净浮法生产线的安装过程中，熔窑内镍化合物的洁净度目前没有受到更多浮法玻璃生产企业的关注，其中度目前没有受到更多浮法玻璃生产企业的关注，
41、其中主要有熔窑内钢结构焊接过后遗留下的焊头、焊渣。主要有熔窑内钢结构焊接过后遗留下的焊头、焊渣。理性的讲，一个接缝在焊接时会产生上百个甚至上万理性的讲，一个接缝在焊接时会产生上百个甚至上万个小的镍化合物也是很正常的，其实这也是直接影响个小的镍化合物也是很正常的，其实这也是直接影响整个窑炉产出浮法玻璃的含镍量。表面看一片完好的整个窑炉产出浮法玻璃的含镍量。表面看一片完好的钢化玻璃也许就因为含有大于钢化玻璃也许就因为含有大于60m的硫化镍而缩短的硫化镍而缩短它的使用寿命。它的使用寿命。40玻璃工艺学玻璃内部包含的硫化镍杂质，以小水晶状态存在，在玻璃内部包含的硫化镍杂质，以小水晶状态存在，在一般情况
42、下，不会造成玻璃破损，但是由于一般情况下，不会造成玻璃破损，但是由于NiS是一种晶是一种晶体，存在二种晶相体，存在二种晶相:高温相高温相-NiS和低温相和低温相-NiS，相变温，相变温度为度为379oC.玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，相变温度，NiS全部转变为全部转变为相。然而在随后的淬冷过程中，相。然而在随后的淬冷过程中，-NiS来不及转变为来不及转变为-NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。在，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，室温环境下，-NiS是不稳定的，有逐渐转变为是不稳定的，有逐渐转变为-NiS的趋的趋势。这种转变伴随着约势。这
43、种转变伴随着约2-4%的体积膨胀，使玻璃承受巨的体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变张应力，从而导致自爆。大的相变张应力，从而导致自爆。41玻璃工艺学（六）钢化玻璃生产工艺改进：（六）钢化玻璃生产工艺改进：42玻璃工艺学5.2.2玻璃的化学钢化玻璃的化学钢化在玻璃网络结构中，高价阳离子的迁移能力小，一阶的在玻璃网络结构中，高价阳离子的迁移能力小，一阶的碱金属离子的迁移率最大。化学钢化就是基于玻璃表面离子碱金属离子的迁移率最大。化学钢化就是基于玻璃表面离子的迁移的迁移(扩散扩散)为机理的。其过程是把加热的含碱玻璃浸于为机理的。其过程是把加热的含碱玻璃浸于熔融盐浴中处理，通过玻璃与熔盐的离子交换改变玻璃
44、表面熔融盐浴中处理，通过玻璃与熔盐的离子交换改变玻璃表面的化学组成，使得玻璃表面形成压应力层的化学组成，使得玻璃表面形成压应力层（一）分类（一）分类按压应力产生的原理可以分为以下几种类型：按压应力产生的原理可以分为以下几种类型：43玻璃工艺学式中：式中：玻璃表面的压应力；玻璃表面的压应力；V由于离子交换产由于离子交换产生的体积变化；生的体积变化；V玻璃的体积，玻璃的体积，E弹性模量；弹性模量；泊松比。泊松比。置换的离子不同，其理论的压应力也不相同，如表置换的离子不同，其理论的压应力也不相同，如表256所示。所示。低温型离子交换法低温型离子交换法：这种工艺是以熔盐中半径大的离子这种工艺是以熔盐中
45、半径大的离子(K+)置换玻璃中半径小的离子置换玻璃中半径小的离子(Na)，使玻璃表面挤压，使玻璃表面挤压产生压应力层，这种压应力的大小取决于交换离子的体积产生压应力层，这种压应力的大小取决于交换离子的体积效应，如下式：效应，如下式：这种离子交换工艺是在退火温度下进行的，故称为低温型处理工艺。这种离子交换工艺是在退火温度下进行的，故称为低温型处理工艺。44玻璃工艺学不同离子所产生的理论压应力值不同离子所产生的理论压应力值玻璃中离子玻璃中离子熔盐中离子熔盐中离子离子体积的变化理论压应力离子体积的变化理论压应力(m1/100g)(kg/cm2)Na+K+2.18296Li+Na+0.92130Li+
46、K+3.10410Li+Rb+4.40452Li+Cs+6.6581345玻璃工艺学它是在转变温度以上，以熔盐中半径小的离子置换它是在转变温度以上，以熔盐中半径小的离子置换玻璃中半径大的离子，在玻璃表面形成热膨胀系数比主玻璃中半径大的离子，在玻璃表面形成热膨胀系数比主体玻璃为小的薄层，当冷却时，因表面层与主体玻璃收体玻璃为小的薄层，当冷却时，因表面层与主体玻璃收缩不一致而在玻璃表面形成压应力。这种压应力的大小缩不一致而在玻璃表面形成压应力。这种压应力的大小取决于两者的热膨胀系数。用下式表示：取决于两者的热膨胀系数。用下式表示：式中：式中：s玻璃的表面压应力；玻璃的表面压应力；1、2内外层的玻璃
47、膨胀系数内外层的玻璃膨胀系数E弹性模量；弹性模量；泊松比；泊松比；t温差。温差。高温型处理工艺高温型处理工艺46玻璃工艺学上述两种工艺都是在浓度梯度情况下进行离子交换的，上述两种工艺都是在浓度梯度情况下进行离子交换的，促进离子交换的另一途径是产生电场梯度，即使用电流以促进离子交换的另一途径是产生电场梯度，即使用电流以增大玻璃中离子迁移率。例如，对钠钙硅玻璃而言，无电增大玻璃中离子迁移率。例如，对钠钙硅玻璃而言，无电场作用下的离子交换，在场作用下的离子交换，在365经经60min后，渗透深后，渗透深度为度为6.5m；若同样为；若同样为365，施加，施加195V电压，电压，经经26min后，其渗透
48、深度为后，其渗透深度为33.6m，时间缩短一半，时间缩短一半而深度大而深度大4倍以上。倍以上。电辅助处理电辅助处理47玻璃工艺学玻璃器皿在钢化前要经过预处理，首先要去除油玻璃器皿在钢化前要经过预处理，首先要去除油污，灰尘等，然后放入处理液中进行污，灰尘等，然后放入处理液中进行Na+和和H+离子的离子的交换，这样可以加深交换，这样可以加深K+的浸入深度。预处理液配方为的浸入深度。预处理液配方为（质量比）：（质量比）：H2SO4=6.88.6%；Na2SO4=2.45.6%；MgSO4=0.51%。玻璃器皿通过预处理后用水洗涤干燥就可放入熔玻璃器皿通过预处理后用水洗涤干燥就可放入熔盐槽中进行离子交
49、换了。盐槽中进行离子交换了。（二）玻璃的化学钢化工艺过程（二）玻璃的化学钢化工艺过程48玻璃工艺学(2)热处理时间与温度的影响。热处理时间与温度的影响。图图2520示出示出了它的关系。由图可知，在离子交换过程中，它是属于了它的关系。由图可知，在离子交换过程中，它是属于不稳定扩散过程，时间与强度并不呈线性关系。不稳定扩散过程，时间与强度并不呈线性关系。（三）影响化学钢化强度的因素（三）影响化学钢化强度的因素(1)化学组成的影响。化学组成的影响。研究表明，含研究表明，含Al2O3的铝硅酸盐玻的铝硅酸盐玻璃比普通的钠硅酸盐玻璃的钢化强度大，其压应力层也较厚。璃比普通的钠硅酸盐玻璃的钢化强度大，其压应
50、力层也较厚。例如后者的最外表面的压应力为例如后者的最外表面的压应力为7001000nmcm，应力层厚应力层厚3040m，而前者相应为，而前者相应为15000nmcm和和150m。其原因有二。其一，若。其原因有二。其一，若Al3+以以A104进进入网络，则入网络，则Na+的扩散速度增大，离子交换速度增大，离的扩散速度增大，离子交换速度增大，离子交换量增多；其二，形成了热膨胀系数极小的子交换量增多；其二，形成了热膨胀系数极小的锂辉石锂辉石(Li2OAl2034SiO2)结晶，冷却后的玻璃表结晶，冷却后的玻璃表面能产生很大的压应力面能产生很大的压应力49玻璃工艺学50玻璃工艺学随时间的延长，钾离子的
51、交换率是逐渐衰减的，随时间的延长，钾离子的交换率是逐渐衰减的，且当达到一定时间，离子交换将达到平衡，交换时且当达到一定时间，离子交换将达到平衡，交换时间选取间选取1012小时为宜。小时为宜。随着交换温度的升高，离子的置换率相应地升高，随着交换温度的升高，离子的置换率相应地升高，但只限于玻璃的应变点以下。离子交换温度控制在但只限于玻璃的应变点以下。离子交换温度控制在50500比较合理。低于这一温度范围时，比较合理。低于这一温度范围时，离子交换率偏低，交换效果不理想，这是因为温度离子交换率偏低，交换效果不理想，这是因为温度低使钾离子和钠离子没有足够的迁移能量；高于这低使钾离子和钠离子没有足够的迁移
52、能量；高于这一温度范围，玻璃接近应变点，制品容易变形，溶一温度范围，玻璃接近应变点，制品容易变形，溶盐挥发严重盐挥发严重。随着离子交换深度的增加，钾离子的百分含量逐随着离子交换深度的增加，钾离子的百分含量逐渐衰减，直到达到与玻璃中原钾离子含量保持平衡渐衰减，直到达到与玻璃中原钾离子含量保持平衡为止。一般为为止。一般为50100微米左右深度。微米左右深度。51玻璃工艺学1强度高：可达一般玻璃强度的倍，是风钢化强度高：可达一般玻璃强度的倍，是风钢化玻璃的倍玻璃的倍。2热稳定性为热稳定性为150。3玻璃表面平滑、不变形、无钢化斑。不产生光学畸变。玻璃表面平滑、不变形、无钢化斑。不产生光学畸变。对厚玻
53、璃的增强效果不甚明显，特别适合对厚玻璃的增强效果不甚明显，特别适合24mm厚厚的玻璃的玻璃，各类异型玻璃，各类异型玻璃。玻璃破碎时非颗粒状。玻璃破碎时非颗粒状。化学钢化后可切割、镀膜、夹胶等再加工。化学钢化后可切割、镀膜、夹胶等再加工。（四）化学钢化产品特性：（四）化学钢化产品特性：52玻璃工艺学物理钢化法（风冷钢化）与化学钢化法（离子交换）的比较物理钢化法（风冷钢化）与化学钢化法（离子交换）的比较物理钢化法物理钢化法化学钢化法化学钢化法压应力值压应力值低（低（10-15公斤公斤/平方毫米）平方毫米）高（高（30-80公斤公斤/平方毫米）平方毫米）压应力层厚度压应力层厚度深（板厚的深（板厚的1
54、/6左右）左右）浅（一般是浅（一般是10-300微米）微米）张应力值张应力值高（约为压应力的高（约为压应力的1/2）低低处理时间处理时间短（短（5-10分钟）分钟）长（长（30分钟分钟-1周）周）处理后的变形处理后的变形稍有稍有几乎没有几乎没有玻璃形状及厚度玻璃形状及厚度受限制受限制不受限制不受限制53玻璃工艺学54玻璃工艺学55玻璃工艺学56玻璃工艺学5.3玻璃的加工玻璃的加工成形后的玻璃制品，除了极少（如瓶罐）能直成形后的玻璃制品，除了极少（如瓶罐）能直接符合使用要求外，大多数还需加工，以得到符合使接符合使用要求外，大多数还需加工，以得到符合使用要求的制品。用要求的制品。 玻璃制品加工分类
55、：玻璃制品加工分类：冷加工冷加工热加工热加工表面处理表面处理57玻璃工艺学5.3.1玻璃制品的冷加工玻璃制品的冷加工冷加工的定义：冷加工的定义：在常温下，通过机械的方法，来改变玻璃制品在常温下，通过机械的方法，来改变玻璃制品的外形和表面状态的过程的外形和表面状态的过程冷加工的基本方法冷加工的基本方法：研磨抛光研磨抛光切割切割喷砂、钻孔和切削喷砂、钻孔和切削58玻璃工艺学5.3.1.1研磨和抛光研磨和抛光研磨、抛光的目的：研磨、抛光的目的：将不平整的玻璃表面或玻璃毛坯的尺寸和形状进行加工，将不平整的玻璃表面或玻璃毛坯的尺寸和形状进行加工，使其达到要求研磨、抛光的关系：使其达到要求研磨、抛光的关系
56、：59玻璃工艺学二、研磨、抛光材料二、研磨、抛光材料1、研磨材料、研磨材料要求：要求：磨料的硬度大于玻璃的硬度，莫氏硬度磨料的硬度大于玻璃的硬度，莫氏硬度610分类：分类：天然磨料天然磨料（石英砂、刚玉、金刚石、石榴石等）（石英砂、刚玉、金刚石、石榴石等）人造磨料人造磨料（电熔刚玉、碳化硅、碳化硼、金刚石（电熔刚玉、碳化硅、碳化硼、金刚石等）等）60玻璃工艺学2、抛光材料、抛光材料要求：要求：较高的抛光能力较高的抛光能力磨料的硬度小于玻璃的硬度，莫氏硬度磨料的硬度小于玻璃的硬度，莫氏硬度15、67分类：分类：红粉（红粉（Fe2O3）、）、氧化铈（氧化铈（CeO2）、）、氧化锆（氧化锆（ZrO2
57、）、）、氧化钍（氧化钍（ThO2）还有长石粉还有长石粉61玻璃工艺学三、影响玻璃研磨过程的主要工艺因素三、影响玻璃研磨过程的主要工艺因素1、磨料的性质和粒度：粒度大，磨除量大、磨料的性质和粒度：粒度大，磨除量大2、磨料悬浮液的浓度和给料量：、磨料悬浮液的浓度和给料量：3、磨盘转速和压力：、磨盘转速和压力：与磨除量成正比与磨除量成正比4、磨盘的材料：、磨盘的材料：铸铁研磨效率为，有色金属为铸铁研磨效率为，有色金属为0.6,塑料为塑料为0.25、玻璃的组成：、玻璃的组成：质越硬越难研磨质越硬越难研磨62玻璃工艺学四、影响玻璃抛光过程的主要工艺因素四、影响玻璃抛光过程的主要工艺因素1、抛光材料的性质
58、、浓度和给料量、抛光材料的性质、浓度和给料量稀土抛光粉与传统抛光粉稀土抛光粉与传统抛光粉红粉相比，不污染环境红粉相比，不污染环境，易于从沾着物上除去，而且抛光速度快、用量少、，易于从沾着物上除去，而且抛光速度快、用量少、光洁度高和使用寿命长的优点，光洁度高和使用寿命长的优点，一般稀土玻璃抛光粉主要用富铈氧化物。用氧化一般稀土玻璃抛光粉主要用富铈氧化物。用氧化铈抛光粉抛光透镜，效率是用氧化铁抛光粉的铈抛光粉抛光透镜，效率是用氧化铁抛光粉的3060倍。氧化铈之所以是极有效的抛光用化合物，是因倍。氧化铈之所以是极有效的抛光用化合物，是因为它能用化学分解和机械摩擦二种形式同时抛光玻璃。为它能用化学分解
59、和机械摩擦二种形式同时抛光玻璃。稀土铈抛光粉由于价贵，主要用于照相机、摄影稀土铈抛光粉由于价贵，主要用于照相机、摄影机镜头、电视显像管、眼镜片等的抛光。机镜头、电视显像管、眼镜片等的抛光。浓度高效率高，但过量则降低浓度高效率高，但过量则降低水在抛光过程中比在研磨过程中所起的物化作用水在抛光过程中比在研磨过程中所起的物化作用更明显，更明显，63玻璃工艺学2、抛光盘转速和压力、抛光盘转速和压力与玻璃磨除量间存在正比关系，但太高，与玻璃磨除量间存在正比关系，但太高，玻璃温度高易破玻璃温度高易破3、周围空间温度和玻璃温度、周围空间温度和玻璃温度环境温度易维持环境温度易维持254、抛光悬浮液的性质、抛光
60、悬浮液的性质以红粉为抛光介质时，悬浮液的值在以红粉为抛光介质时，悬浮液的值在为宜，若加入硫酸锌，硫酸铁等盐类为宜，若加入硫酸锌，硫酸铁等盐类可提高效率可提高效率5、抛光盘的材料、抛光盘的材料一般用毛毡一般用毛毡64玻璃工艺学五新型抛光技术五新型抛光技术浴法抛光浴法抛光以红粉或氧化铝粉为抛光材料制成抛光液，以红粉或氧化铝粉为抛光材料制成抛光液，将玻璃和抛光盘浸入抛光液中作业将玻璃和抛光盘浸入抛光液中作业离子束抛光离子束抛光将惰性气体通过高频或放电变成离子，将惰性气体通过高频或放电变成离子，撞击被加工玻璃表面加工精度高，表面粗撞击被加工玻璃表面加工精度高，表面粗糙度达糙度达0.01m，精确度达，精
61、确度达0.6nm等离子体辅助抛光等离子体辅助抛光抛光介质激励为等离子体后须能与玻璃工件抛光介质激励为等离子体后须能与玻璃工件表面起反应生成易挥发的气体，如表面起反应生成易挥发的气体，如SiO2+CF4=SiF4+CO265玻璃工艺学5.3.1.2切割、喷砂、钻孔和切削切割、喷砂、钻孔和切削一、切割一、切割利用玻璃的脆性和残余应力，在玻璃上划痕时应力集中利用玻璃的脆性和残余应力，在玻璃上划痕时应力集中刀具有金刚石，碳化硅，硬质合金（如钨钴合金）刀具有金刚石，碳化硅，硬质合金（如钨钴合金）切割时要加水或煤油等冷却液以保护玻璃切口和刀具切割时要加水或煤油等冷却液以保护玻璃切口和刀具二、钻孔二、钻孔机
62、械法研磨钻床机械法研磨钻床冲击法电磁振荡器控制钻头冲击法电磁振荡器控制钻头超声波超声波超声波发生器控制钻头超声波发生器控制钻头66玻璃工艺学三、喷砂三、喷砂用高速气流将细砂（石英砂，金刚砂）打到制品用高速气流将细砂（石英砂，金刚砂）打到制品表面造成透光不透视的毛面，用于商标的打印或装饰表面造成透光不透视的毛面，用于商标的打印或装饰67玻璃工艺学5.3.2 玻璃制品的热加工5.3.2.1玻璃制品的热加工原理玻璃制品的热加工原理 玻璃制品的热加工原理与玻璃制品的成形原理相似，玻璃制品的热加工原理与玻璃制品的成形原理相似，主要是利用玻璃粘度随温度改变的特性以及表面张力、主要是利用玻璃粘度随温度改变的
63、特性以及表面张力、导热系数来进行。导热系数来进行。5.3.2.2玻璃制品热加工的主要方法玻璃制品热加工的主要方法一、烧口一、烧口：用火焰加热切割口部的制品使楞角边圆滑：用火焰加热切割口部的制品使楞角边圆滑二、火抛光、火切割或钻孔二、火抛光、火切割或钻孔：用高速的兰火焰对制品：用高速的兰火焰对制品局部加热局部加热三、真空成形三、真空成形: :用于制造精密内径玻璃管，将玻管套在用于制造精密内径玻璃管，将玻管套在金属棒芯上，一端熔封，从另一端抽真金属棒芯上，一端熔封，从另一端抽真空，同时均匀而缓慢地加热玻璃管使之空，同时均匀而缓慢地加热玻璃管使之贴附在棒芯上，冷却后取出精度贴附在棒芯上，冷却后取出精
64、度2/100002/1000068玻璃工艺学四、热弯：四、热弯：将玻璃加热到软化温度附近，用自重或机械将玻璃加热到软化温度附近，用自重或机械加压使玻璃变形，得到一定形状的加工方法加压使玻璃变形，得到一定形状的加工方法重力沉降法（槽沉）：热塑玻璃在自重下弯曲而重力沉降法（槽沉）：热塑玻璃在自重下弯曲而落在一定形状的模具中落在一定形状的模具中模压：热塑玻璃在阴阳模中受压而成型模压：热塑玻璃在阴阳模中受压而成型挠性弯曲法：用挠性辊弯成所需形状挠性弯曲法：用挠性辊弯成所需形状灯工灯工：以玻璃管：以玻璃管、棒为基材，在专用的喷灯火焰上棒为基材，在专用的喷灯火焰上进行局部加热后，利用其热塑性和热熔性用铁钳
65、、夹具、进行局部加热后，利用其热塑性和热熔性用铁钳、夹具、碳棒等工具进行弯、吹、按、焊等加工成型的技术。碳棒等工具进行弯、吹、按、焊等加工成型的技术。玻璃灯工用的主要设备是带调节阀的喷灯。将具有玻璃灯工用的主要设备是带调节阀的喷灯。将具有压力的煤气空气、煤气氧气或氢气氧气等混合气压力的煤气空气、煤气氧气或氢气氧气等混合气体送入喷灯，喷射不同温度的火焰。体送入喷灯，喷射不同温度的火焰。是玻璃温度计、保温瓶、灯泡、注射器、安瓿、管是玻璃温度计、保温瓶、灯泡、注射器、安瓿、管制瓶、电真空器件等生产中二次热加工的成型手段。制瓶、电真空器件等生产中二次热加工的成型手段。69玻璃工艺学五其他加工方法五其他
66、加工方法激光切割激光切割、钻空与刻花钻空与刻花：激光能使物体局部产生激光能使物体局部产生10000以上的高温以上的高温高压水射流切割与钻空：高压水射流切割与钻空：水在水在7501000MPa的压力下喷出的水流速度的压力下喷出的水流速度可达可达5001500m/s（声速（声速340m/s），水中可加入），水中可加入微粒磨料（微粒磨料（150m的石榴石或石英砂）的石榴石或石英砂）等离子弧刻花：等离子弧刻花：高温等离子体是物质的第四存在状态高温等离子体是物质的第四存在状态等离子弧可产生等离子弧可产生10000以上高温，使金属丝形以上高温，使金属丝形成金属粒子焰流喷射到玻璃表面，形成金属涂层，由成金属
67、粒子焰流喷射到玻璃表面，形成金属涂层，由于其膨胀系数与玻璃不同冷却后从玻璃表面剥落形成于其膨胀系数与玻璃不同冷却后从玻璃表面剥落形成花纹花纹金属丝：铝金属丝：铝、铜铜、号钢号钢70玻璃工艺学5.4 玻璃制品的表面处理 从清洁玻璃表面起，直到制造各种涂层的玻璃，从清洁玻璃表面起，直到制造各种涂层的玻璃，表面技术应用很广，使用的材料和方法也是多种多样表面技术应用很广，使用的材料和方法也是多种多样的。可以归结为三大类：的。可以归结为三大类： 1、玻璃的光滑面和散光面的形成，是通过玻璃的光滑面和散光面的形成，是通过表面处理以控制玻璃表面的凹凸表面处理以控制玻璃表面的凹凸2、改善玻璃表面薄层的组成，改善
68、玻璃表改善玻璃表面薄层的组成，改善玻璃表面的性质，以得到新的性能。面的性质，以得到新的性能。3、在玻璃表面上用其他的物质形成薄层从在玻璃表面上用其他的物质形成薄层从而得到新的性质。而得到新的性质。71玻璃工艺学一玻璃表面的清洁处理一玻璃表面的清洁处理清洁度的检验清洁度的检验液体接触角法液体接触角法：将水或酒精到在玻璃表面，接触角：将水或酒精到在玻璃表面，接触角为零（完全润湿），则表面清洁为零（完全润湿），则表面清洁呵痕法呵痕法：向玻璃表面吹潮湿的空气，然后将玻璃放：向玻璃表面吹潮湿的空气，然后将玻璃放置在黑色背景前，表面呈黑色均匀的气置在黑色背景前，表面呈黑色均匀的气膜，则玻璃洁净膜，则玻璃洁
69、净静摩擦系数法静摩擦系数法：洁净玻璃表面静摩擦系数法高，接：洁净玻璃表面静摩擦系数法高，接近，有污染的低半定量评价近，有污染的低半定量评价72玻璃工艺学表面清洁的方法表面清洁的方法溶剂清洗溶剂清洗：酸：酸、碱碱、洗涤剂水溶液；乙醇洗涤剂水溶液；乙醇、丙酮丙酮、四氯化碳四氯化碳、三氯乙烯三氯乙烯、异丙酮等有机溶剂异丙酮等有机溶剂加热处理加热处理：在：在100400温度下可将表面有机污物和水温度下可将表面有机污物和水分除去若加热到分除去若加热到450，同时超真空，可得原子级清，同时超真空，可得原子级清洁表面洁表面有机溶剂蒸气处理：有机溶剂蒸气处理：超声波清洗：超声波清洗：辉光放电处理辉光放电处理：
70、两片玻璃夹在一起，两端夹入锡箔并电，：两片玻璃夹在一起，两端夹入锡箔并电，即沿玻璃表面放电即沿玻璃表面放电紫外线照射：紫外线照射：可分解碳氢化合物可分解碳氢化合物离子溅射离子溅射：将表面污层剥离：将表面污层剥离干冰清洗干冰清洗：将干冰磨成细粉，喷射到物体表面，起到刮刀：将干冰磨成细粉，喷射到物体表面，起到刮刀73玻璃工艺学二二玻璃的化学蚀刻玻璃的化学蚀刻、抛光和蒙砂抛光和蒙砂 玻璃的化学蚀刻是用氢氟酸溶掉玻璃表面层的硅玻璃的化学蚀刻是用氢氟酸溶掉玻璃表面层的硅氧，根据残留在表面盐类溶解度的不同而得到有光泽氧，根据残留在表面盐类溶解度的不同而得到有光泽的表面或无光泽的表面。的表面或无光泽的表面。
71、 机理：机理：氢氟酸与钠钙硅酸盐玻璃的反应如下：氢氟酸与钠钙硅酸盐玻璃的反应如下：Na2OCaO6SiO2+28HF=2NaF+CaF2+6SiF4+14H2O由上式形成的由上式形成的SiF4还可继续与氢氟酸反应还可继续与氢氟酸反应:SiF4+2HF=H2SiF6氟硅酸与硅酸盐水解产生的氢氧化物作用：氟硅酸与硅酸盐水解产生的氢氧化物作用：H2SiF6+2NaOH=Na2SiF6+2H2O反应物盐类有两大类：反应物盐类有两大类：氢氟酸盐氢氟酸盐：氟化钙、氟化钡、氟化铅不溶于水；：氟化钙、氟化钡、氟化铅不溶于水；钾、钠等碱金属氟化物易溶水钾、钠等碱金属氟化物易溶水氟硅酸盐氟硅酸盐：钾、钠、钡、铅盐
72、不溶于水；其他盐类易溶：钾、钠、钡、铅盐不溶于水；其他盐类易溶74玻璃工艺学影响因素：影响因素：1、玻璃的化学组成、玻璃的化学组成：含氧化铅多时形成细粒毛面；含氧化铅多时形成细粒毛面；含氧化钡时形成粗粒毛面；含氧化钡时形成粗粒毛面；含氧化锌、氧化钙或氧化铝时，形成中等粒状面；含氧化锌、氧化钙或氧化铝时，形成中等粒状面；含碱或碱土金属氧化物少的玻璃不适于毛面蚀刻含碱或碱土金属氧化物少的玻璃不适于毛面蚀刻2、蚀刻液的化学组成、蚀刻液的化学组成蚀刻液由蚀刻液由水水蚀刻膏蚀刻膏l水淀粉水淀粉若加入能溶解反应生成的盐类的成分，如硫酸，则若加入能溶解反应生成的盐类的成分，如硫酸，则可得有光泽的表面可得有光
73、泽的表面75玻璃工艺学三三玻璃的化学抛光玻璃的化学抛光玻璃的化学抛光的原理与玻璃的化学蚀刻原理一样，玻璃的化学抛光的原理与玻璃的化学蚀刻原理一样，是利用氢氟酸破坏玻璃原有的硅氧膜生成一层新的硅氧是利用氢氟酸破坏玻璃原有的硅氧膜生成一层新的硅氧膜来使玻璃得到很高的光洁度与透光度。膜来使玻璃得到很高的光洁度与透光度。影响因素：影响因素：1、玻璃的化学组成、玻璃的化学组成：铅质玻璃最易抛光，钠钙硅玻璃抛：铅质玻璃最易抛光，钠钙硅玻璃抛光速度慢，效果差光速度慢，效果差2、氢氟酸与硫酸的比例、氢氟酸与硫酸的比例：中铅玻璃中铅玻璃(40%或或70%)710.，H2SO4(9296%)5860%钠钙玻璃钠钙
74、玻璃(6.117.4mol/l):H2SO4(10.7511.22mol/l):水水（1.622）：（）：（2.763）：）：13、酸液的温度、酸液的温度：40504、处理时间、处理时间：每次：每次615s，不超过，不超过10次次方法：方法：化学侵蚀化学侵蚀（玻璃器皿用）（玻璃器皿用）化学侵蚀机械研磨化学侵蚀机械研磨（平板玻璃用）（平板玻璃用）76玻璃工艺学化学蒙砂的机理化学蒙砂的机理化学蒙砂玻璃与化学蚀刻、化学抛光的原理相似，都化学蒙砂玻璃与化学蚀刻、化学抛光的原理相似，都是利用酸对玻璃表面的化学腐蚀作用。是利用酸对玻璃表面的化学腐蚀作用。在化学抛光过程中，酸与玻璃表面反应产生的某些在化学抛
75、光过程中，酸与玻璃表面反应产生的某些不溶反应物经过处理溶解后从玻璃表面冲洗掉。化学抛不溶反应物经过处理溶解后从玻璃表面冲洗掉。化学抛光过程始终是整个表面均匀侵蚀的过程，从而获得透明光过程始终是整个表面均匀侵蚀的过程，从而获得透明光滑的表面；光滑的表面；化学蒙砂不清除化学反应的难溶物，难溶物粘附于化学蒙砂不清除化学反应的难溶物，难溶物粘附于玻璃表面，随着反应时间的延续，反应物堆积成颗粒状玻璃表面，随着反应时间的延续，反应物堆积成颗粒状晶体牢固附着于表面，有反应物粘附的表面阻碍了酸蚀晶体牢固附着于表面，有反应物粘附的表面阻碍了酸蚀的进一步反应，即成为非均匀侵蚀，得到的是半透明的的进一步反应，即成为
76、非均匀侵蚀，得到的是半透明的毛面，该毛面对入射光产生散射，呈半透明状态而有朦毛面，该毛面对入射光产生散射，呈半透明状态而有朦胧的感觉，故称为蒙砂。胧的感觉，故称为蒙砂。四玻璃的化学蒙砂四玻璃的化学蒙砂77玻璃工艺学蒙砂所用化学侵蚀材料：蒙砂所用化学侵蚀材料：(1)蒙砂液由氢氟酸及添加剂配制而成的液体。蒙砂液由氢氟酸及添加剂配制而成的液体。常用：常用：HF4.6%H2SO44.6%NH3HF63.3%K2SO47.3%(NH4)2SO41.8%H2O18.4%(2)蒙砂粉由氟化物及其添加剂配制成的粉状物，蒙砂粉由氟化物及其添加剂配制成的粉状物，使用时加入硫酸或盐酸使用时加入硫酸或盐酸(3)蒙砂膏
77、由氟化物加酸调制成膏状物或氢氟酸和蒙砂膏由氟化物加酸调制成膏状物或氢氟酸和添加剂调制而成的膏状物。添加剂调制而成的膏状物。玻璃表面蒙砂的方法：玻璃表面蒙砂的方法：(1)吹法将蒙砂液喷吹到玻璃表面吹法将蒙砂液喷吹到玻璃表面(2)浸入法将玻璃制品在蒙砂液中浸入一定时间浸入法将玻璃制品在蒙砂液中浸入一定时间(3)涂布法将蒙砂膏涂布在玻璃制品表面涂布法将蒙砂膏涂布在玻璃制品表面78玻璃工艺学影响玻璃表面蒙砂的因素：影响玻璃表面蒙砂的因素：玻璃成分：玻璃成分：钠钙硅酸盐玻璃易于蒙砂，氧化钙含量越钠钙硅酸盐玻璃易于蒙砂，氧化钙含量越多毛面颗粒越细；而硼酸盐玻璃和乳白玻璃难与蒙砂多毛面颗粒越细；而硼酸盐玻璃
78、和乳白玻璃难与蒙砂酸液温度酸液温度：2025酸液成分酸液成分：盐类越多，形成的毛面颗粒越细：盐类越多，形成的毛面颗粒越细* *钠、钙、钡、铅的氟硅酸盐在水中的溶解度均很小，钠、钙、钡、铅的氟硅酸盐在水中的溶解度均很小，铵的氟硅酸盐溶解度大。所以蒙砂工艺中根据需要，配铵的氟硅酸盐溶解度大。所以蒙砂工艺中根据需要，配置酸蚀液时有意识地加入含钡、钙的添加物，以便产生置酸蚀液时有意识地加入含钡、钙的添加物，以便产生溶解度小的盐类。溶解度小的盐类。*一些能增加酸液粘稠性的材料，如木屑粉及其他有机一些能增加酸液粘稠性的材料，如木屑粉及其他有机物可以减少氟硅酸盐的溶解物可以减少氟硅酸盐的溶解度，减少氢氟酸液
79、和玻璃的度，减少氢氟酸液和玻璃的接触，易于形成毛面。接触，易于形成毛面。79玻璃工艺学五玻璃的表面涂层五玻璃的表面涂层玻璃表面上涂一层新的物质，以改变玻璃的光学性能，玻璃表面上涂一层新的物质，以改变玻璃的光学性能，或满足某种特定要求。称为玻璃的涂层。或满足某种特定要求。称为玻璃的涂层。 按涂层的性质分类：按涂层的性质分类：有机涂层：有机涂层：硅有机化合物硅有机化合物无机涂层无机涂层：金属、金属氧化物、陶瓷（玻璃）涂层：金属、金属氧化物、陶瓷（玻璃）涂层 按表面涂层的方法分类：按表面涂层的方法分类：物理法物理法：真空蒸发镀膜、阴极溅射法、真空电子枪蒸镀法：真空蒸发镀膜、阴极溅射法、真空电子枪蒸镀
80、法化学法化学法：化学还原法、气相沉积法：化学还原法、气相沉积法、溶胶凝胶法、溶胶凝胶法80玻璃工艺学化学还原法：化学还原法：将镀银液和糖液灌入已洗涤的瓶坯夹层中，保持将镀银液和糖液灌入已洗涤的瓶坯夹层中，保持一定温度并不停地旋转及翻转瓶坯，在瓶胆夹层镀上一定温度并不停地旋转及翻转瓶坯，在瓶胆夹层镀上一层银膜，达到隔热的效果，或将镀银液均匀地涂刷一层银膜，达到隔热的效果，或将镀银液均匀地涂刷在玻璃表面，制得一层银膜，形成反光面。在玻璃表面，制得一层银膜，形成反光面。多用于保温瓶胆的镀膜多用于保温瓶胆的镀膜（一）方法（一）方法镀银液镀银液：用：用AgNO3、氨水氨水、NaO配制成银氨溶液配制成银氨
81、溶液Ag(NH3)2OH还原液还原液：单糖（：单糖（C6H12O6）溶液溶液镀银液：还原液：镀银液：还原液：Ag(NH3)2OHC6H12O6AgC6H12O74NH3H2O特点：银层厚（特点：银层厚（nm），欠均匀，有污染），欠均匀，有污染81玻璃工艺学化学气相沉积法化学气相沉积法在浮法玻璃生产线上通入的涂层材料在灼热的玻璃表在浮法玻璃生产线上通入的涂层材料在灼热的玻璃表面挥发成气体，发生化学反应，均匀地沉积在玻璃表面形面挥发成气体，发生化学反应，均匀地沉积在玻璃表面形成薄膜。成薄膜。特点：特点：可镀金属膜和氧化物膜，设备投入少、易调控，产可镀金属膜和氧化物膜，设备投入少、易调控，产品成本低
82、、化学稳定好，可进行热加工，是目前最有发展品成本低、化学稳定好，可进行热加工，是目前最有发展前途的生产方法之一。前途的生产方法之一。粉末喷涂：粉末喷涂：将金属的乙酰丙酮酸盐溶于氨水或四甲基氯化将金属的乙酰丙酮酸盐溶于氨水或四甲基氯化物溶剂中干燥研细（物溶剂中干燥研细（500600m m） 分散于气分散于气流中流中喷涂于涂于600 600 玻璃上形成金属或金属氧化物膜玻璃上形成金属或金属氧化物膜液相喷涂：液相喷涂：四氯化锡四氯化锡、水水、氮气（为载体）分别通入恒氮气（为载体）分别通入恒温可控管从喷嘴中喷涂于温可控管从喷嘴中喷涂于600玻璃上形成玻璃上形成SnO2膜膜82玻璃工艺学溶胶溶胶凝胶法凝
83、胶法可将许多金属氧化物制成玻璃涂层，即可得可将许多金属氧化物制成玻璃涂层，即可得到多种颜色的镀膜玻璃工艺简单，稳定性也好到多种颜色的镀膜玻璃工艺简单，稳定性也好不足之处是产品光透射比太高。不足之处是产品光透射比太高。真空蒸发镀膜法真空蒸发镀膜法在真空条件下（在真空条件下（136.810-6Pa)，将待蒸发，将待蒸发的金属加热至蒸发温度，使之挥发沉积到玻璃表面的金属加热至蒸发温度，使之挥发沉积到玻璃表面镀铬、铝膜的反光镜多用此法生产镀铬、铝膜的反光镜多用此法生产该法生产的玻璃的品种和质量与磁控溅射镀膜玻该法生产的玻璃的品种和质量与磁控溅射镀膜玻璃相比均存在一定差距，已逐步被真空溅射法取代。璃相比
84、均存在一定差距，已逐步被真空溅射法取代。83玻璃工艺学溅射镀膜溅射镀膜在真空室中，利用几十电子伏或更高动能的荷能在真空室中，利用几十电子伏或更高动能的荷能粒子轰击靶材表面，使其原子获得足够的能量而溅出粒子轰击靶材表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。进入气相，然后在工件表面沉积的过程。具体的溅射工艺很多，如二极溅射、三极、四极具体的溅射工艺很多，如二极溅射、三极、四极溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射、射频溅溅射、磁控溅射、对向靶溅射、离子束溅射、射频溅射、吸气溅射、反应溅射等等。射、吸气溅射、反应溅射等等。与真空蒸镀法相比，阴极溅射有如下与真空蒸镀法相比，
85、阴极溅射有如下特点特点：* *可以镀多层复杂膜系；可以镀多层复杂膜系；* *可镀熔点高，蒸发困难的金属膜（如铂）；可镀熔点高，蒸发困难的金属膜（如铂）；* *阴极溅射时溅射下来的材料原子具有阴极溅射时溅射下来的材料原子具有1035ev的动能，的动能，比蒸镀时原子动能（比蒸镀时原子动能（0.11.0ev）大得多，因此溅射镀膜）大得多，因此溅射镀膜的附着力也比蒸镀膜大，膜层的耐腐蚀和耐磨性能较好的附着力也比蒸镀膜大，膜层的耐腐蚀和耐磨性能较好；* *可以在较大面积上得到均一的薄膜；可以在较大面积上得到均一的薄膜；目前生产上使用最多。目前生产上使用最多。84玻璃工艺学原理原理：当接通高压电源时，阴极
86、发出的电子在电场的当接通高压电源时，阴极发出的电子在电场的作用下会向阳极运动作用下会向阳极运动,速度在电场中不断增加，和气体速度在电场中不断增加，和气体原子相撞会发生辉光放电原子相撞会发生辉光放电,引起气体原子电离引起气体原子电离,从而产从而产生大量的离子与低速电子。离子在电场作用下加速撞生大量的离子与低速电子。离子在电场作用下加速撞击靶击靶,就会发生溅射产生待镀材料原子沉积于基体上就会发生溅射产生待镀材料原子沉积于基体上靶是一平板，由欲沉靶是一平板，由欲沉积的材料组成，一般将它积的材料组成，一般将它与电源的负极相连。故此与电源的负极相连。故此法又常称为法又常称为阴极溅射阴极溅射。真空室中需要
87、充入气真空室中需要充入气体作为媒介，使辉光放电体作为媒介，使辉光放电得以启动和维持，最常用得以启动和维持，最常用的气体是氩，的气体是氩，若其中掺入若其中掺入氧气氧气,氮气氮气,硫化氢硫化氢,甲烷甲烷等等,与靶材溅射原子或分与靶材溅射原子或分子发生化学反应子发生化学反应,则可生则可生成氧化物成氧化物,氮化物氮化物,硫化物硫化物,碳化物薄膜碳化物薄膜溅射系统简图85玻璃工艺学离子镀膜法：离子镀膜法：是一种新型的真空离子镀膜技术，它把辉光放电是一种新型的真空离子镀膜技术，它把辉光放电和磁控溅射两种技术有机地结合在一起，来获得性能和磁控溅射两种技术有机地结合在一起，来获得性能更为优异的硬质膜和装饰膜。
88、可蒸镀金属材料、合金更为优异的硬质膜和装饰膜。可蒸镀金属材料、合金材料，也可进行反应离子镀，如：材料，也可进行反应离子镀，如：TiN、TiC、（、（TiAl）N、ZrN、等超硬膜；、等超硬膜；Au、Ag、Cu高低温耐蚀膜；高低温耐蚀膜；不锈钢、黄铜、镍铬、不锈钢、黄铜、镍铬、（TiAl）N等装饰保护膜等。等装饰保护膜等。基本原理基本原理：在真空室中利用辉光放电所产生的能量将靶材在真空室中利用辉光放电所产生的能量将靶材（钛等金属或合金）直接蒸发（或溅射）离化生成金（钛等金属或合金）直接蒸发（或溅射）离化生成金属离子，并通过电场进行加速与反应气体生成金属化属离子，并通过电场进行加速与反应气体生成金
89、属化合物，最后沉积在工件表面沉积速度可达合物，最后沉积在工件表面沉积速度可达150m/min,而阴极而阴极溅射只有射只有0.011m/min86玻璃工艺学表面涂层的种类：表面涂层的种类：1、表面金属涂层；、表面金属涂层；2、表面导电膜；、表面导电膜；3、表面憎水涂层；、表面憎水涂层；4、表面着色涂层；、表面着色涂层；5、表面光学薄膜、表面光学薄膜玻璃基片必须新鲜玻璃基片必须新鲜,最好不超过一个月最好不超过一个月,新鲜的玻璃新鲜的玻璃表面活性大表面活性大,物理和化学吸附能力强物理和化学吸附能力强,膜和玻璃结合的牢膜和玻璃结合的牢固固.（二）镀膜类玻璃（二）镀膜类玻璃87玻璃工艺学热反射玻璃热反射
90、玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不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，也称为的反射率，对紫外线有较高吸收率，因此，也称为阳阳光控制玻璃光控制玻璃可见光透过率为可见光透过率为太阳辐射热全透过率为（太阳辐射热全透过率为（遮阳系数遮阳系数Sc=0.20.67）可见光反射率为（会造成可见光反射率为（会造成光污染光污染）主要用于建筑玻璃幕墙主要用于建筑玻璃幕墙镀膜玻璃
91、中应用最多的是热反射玻璃和低辐射玻镀膜玻璃中应用最多的是热反射玻璃和低辐射玻璃。基本上采用真空磁控溅射法和化学气相沉积法两璃。基本上采用真空磁控溅射法和化学气相沉积法两种生产方法。种生产方法。88玻璃工艺学低辐射玻璃（低辐射玻璃（Low-E）低辐射玻璃也是一种镀膜玻璃低辐射玻璃也是一种镀膜玻璃,膜材一般为金膜材一般为金、银银、铜铜、ZnO、TiO2等等大多采用三层膜系，第一层为大多采用三层膜系，第一层为氧化介质膜氧化介质膜，第二层为，第二层为低辐射膜低辐射膜，第三层为，第三层为保护膜保护膜与阳光控制镀膜玻璃不同的是：与阳光控制镀膜玻璃不同的是：* *它对可见光的反射率很低它对可见光的反射率很低
92、(10%,普通玻璃为普通玻璃为7%)；* *透光度很好达透光度很好达7090%；* *对红外线特别是远红外线的反射率很高对红外线特别是远红外线的反射率很高(80%).冬天室冬天室内的物体发射的红外线内的物体发射的红外线(远红外线是由物体吸收太阳光远红外线是由物体吸收太阳光、热热能后辐射出来的）碰到低辐射玻璃时能后辐射出来的）碰到低辐射玻璃时,有有80%左右反射回室左右反射回室内内,保温的作用是普通单层玻璃的倍保温的作用是普通单层玻璃的倍在寒冷地区在寒冷地区.一般不用单片一般不用单片,因单片内侧会结露因单片内侧会结露,这层水这层水膜会妨碍对红外线的反射膜会妨碍对红外线的反射,一般一般做成中空玻璃
93、做成中空玻璃使用使用低辐射玻璃主要用于建筑和汽车、船舶等交通工具。低辐射玻璃主要用于建筑和汽车、船舶等交通工具。89玻璃工艺学SnO2导电膜玻璃导电膜玻璃喷涂法制备喷涂法制备将玻璃加热至将玻璃加热至700，然后在其表面喷，然后在其表面喷涂四氯化锡的盐酸溶液。四氯化锡在高温下水解涂四氯化锡的盐酸溶液。四氯化锡在高温下水解:SnCl4+H2O=SnO2+4HCl由于反应迅速，在玻璃表面生成的由于反应迅速，在玻璃表面生成的SnO2膜中有过膜中有过剩的剩的Sn原子，形成了晶格缺陷原子，形成了晶格缺陷为提高导电性能常掺入活化剂为提高导电性能常掺入活化剂Sb2O3浸渍法浸渍法冰醋酸：无水酒精：氯化亚锡：，
94、冰醋酸：无水酒精：氯化亚锡：，在在煮沸，将加热至软化温度的玻璃浸煮沸，将加热至软化温度的玻璃浸入几秒钟，可得透过率的入几秒钟，可得透过率的SnO2膜膜表面导电膜表面导电膜主要有三种：主要有三种：SnO2膜膜、In2O3膜膜、Au膜膜90玻璃工艺学In2O3导电导电膜（常掺杂膜（常掺杂SnO2）在钠钙或硅硼基玻璃基片上，利用磁控溅射的方法在钠钙或硅硼基玻璃基片上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡（俗称镀上一层氧化铟锡（俗称ITOindiumtinOxide）膜，该膜层既可透光又反射红光线同时也能导电膜，该膜层既可透光又反射红光线同时也能导电ITO导电玻璃按电阻分为：导电玻璃按电阻分为：高电阻玻
95、璃高电阻玻璃（电阻在（电阻在150500欧姆）用于静电防护、欧姆）用于静电防护、触摸屏触摸屏普通电阻玻璃普通电阻玻璃（电阻在（电阻在60150欧姆）用于欧姆）用于TN类液类液晶显示器和电磁屏蔽晶显示器和电磁屏蔽.低电阻玻璃低电阻玻璃（电阻小于（电阻小于60欧姆）用于高阶平面显示欧姆）用于高阶平面显示器中作为透明玻璃电极、太阳电池等器中作为透明玻璃电极、太阳电池等。91玻璃工艺学液晶显示器用液晶显示器用ITO导电玻璃导电玻璃:在溅镀在溅镀ITO层之前，基片玻璃要进行抛光处理，以层之前，基片玻璃要进行抛光处理，以得到更均匀的显示控制。然后先镀上一层二氧化硅阻得到更均匀的显示控制。然后先镀上一层二氧
96、化硅阻挡层，以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。挡层，以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。观察窗用观察窗用ITO导电玻璃导电玻璃:采用磁控溅法在玻璃基片上镀过渡层、采用磁控溅法在玻璃基片上镀过渡层、In2O3Sn层和层和TiO2层，可见光透过率层，可见光透过率75%，红外线反射率，红外线反射率80%，有机污染物降解率，有机污染物降解率95%，具有通电防冰除，具有通电防冰除霜功能霜功能92玻璃工艺学电磁屏蔽导电膜玻璃电磁屏蔽导电膜玻璃防信息泄漏、防止电磁波对人体的伤害、增加屏幕画面的解防信息泄漏、防止电磁波对人体的伤害、增加屏幕画面的解像度等。像度等。主要分为以下三种：主要分为以下三
97、种：（1）丝网屏蔽玻璃）丝网屏蔽玻璃在玻璃内夹入金属丝网而制成的，它对低频带的电磁波在玻璃内夹入金属丝网而制成的，它对低频带的电磁波有较好的屏蔽作用。金属网的材料一般均采用铜、银、不锈有较好的屏蔽作用。金属网的材料一般均采用铜、银、不锈钢等钢等（2）膜层屏蔽玻璃）膜层屏蔽玻璃在优质浮法玻璃表面镀在优质浮法玻璃表面镀金、银、铜、钛、锡、铝金、银、铜、钛、锡、铝等金属等金属或金属氧化物透明导电膜层。这种膜层具有很强的反射电磁或金属氧化物透明导电膜层。这种膜层具有很强的反射电磁波的功能，它对高频带的电磁波有较好的屏蔽作用。可以用波的功能，它对高频带的电磁波有较好的屏蔽作用。可以用于电子计算机、电台保
98、密和抗干扰的屏蔽材料。于电子计算机、电台保密和抗干扰的屏蔽材料。（3）丝网与膜层复合屏蔽玻璃）丝网与膜层复合屏蔽玻璃多层膜和金属丝网多层膜和金属丝网的复合结构，透明导电膜一般采用的复合结构，透明导电膜一般采用氧氧化铟锡膜化铟锡膜，膜层的电阻率是制约屏蔽效果的关键因素。丝网，膜层的电阻率是制约屏蔽效果的关键因素。丝网与膜层复合制成的电磁屏蔽在与膜层复合制成的电磁屏蔽在40MHzlGHz的范围的屏蔽效的范围的屏蔽效果可以达到果可以达到4070dB，最高可达到，最高可达到85dB.93玻璃工艺学电致变色膜电致变色膜在复层玻璃表面镀上透明导电膜电极，膜电极间在复层玻璃表面镀上透明导电膜电极，膜电极间涂
99、上作为发色层的变价金属氧化物，在电流作用下，涂上作为发色层的变价金属氧化物，在电流作用下，金属的价态会发生变化，其颜色随价态不同而变化。金属的价态会发生变化，其颜色随价态不同而变化。从而导致玻璃的颜色变化。这种玻璃用于汽车或建筑从而导致玻璃的颜色变化。这种玻璃用于汽车或建筑物上，会发挥天然空调的功能，同时也会使汽车或建物上，会发挥天然空调的功能，同时也会使汽车或建筑物增加美感。筑物增加美感。膜材：膜材：、o、i、聚苯胺聚苯胺德国皮尔金顿公司已研制出一种建筑用电致变色德国皮尔金顿公司已研制出一种建筑用电致变色玻璃，玻璃表面镀了一层氧化钨，通过电压控制，可玻璃，玻璃表面镀了一层氧化钨，通过电压控制
100、，可使玻璃产生由完全透明到深蓝色等各种颜色变化。室使玻璃产生由完全透明到深蓝色等各种颜色变化。室外阳光强时，玻璃颜色变深，阳光弱时，玻璃颜色随外阳光强时，玻璃颜色变深，阳光弱时，玻璃颜色随之变透明之变透明94玻璃工艺学玻璃表面憎水膜玻璃表面憎水膜用硅烷、聚硅烷、硅油、硅铜等对玻璃表面进行喷用硅烷、聚硅烷、硅油、硅铜等对玻璃表面进行喷涂或浸渍，经加热处理后在玻璃表面形成一层硅氧膜涂或浸渍，经加热处理后在玻璃表面形成一层硅氧膜使使玻璃表面能降低，从而达到憎水憎油防污染的目的玻璃表面能降低，从而达到憎水憎油防污染的目的。如：如：硅有机漆：丙酮：配成溶液，将玻璃浸入硅有机漆：丙酮：配成溶液，将玻璃浸入
101、1min，然后在然后在150下热处理，即可得润湿角为下热处理，即可得润湿角为900的的憎水膜憎水膜憎水玻璃的化学稳定性强，耐水性极高。憎水玻璃憎水玻璃的化学稳定性强，耐水性极高。憎水玻璃可以制作潜水艇的潜望镜、汽车挡风玻璃、眼镜片等。可以制作潜水艇的潜望镜、汽车挡风玻璃、眼镜片等。在玻璃上先镀一层聚乙烯醇膜，再镀一层硅有机化在玻璃上先镀一层聚乙烯醇膜，再镀一层硅有机化合物膜，可防雾合物膜，可防雾95玻璃工艺学表面着色表面着色(扩散着色扩散着色)surfacecolouration在高温下用着色离子的金属、熔盐、盐类糊膏涂覆在高温下用着色离子的金属、熔盐、盐类糊膏涂覆在玻璃表面上，使着色离子与玻
102、璃中的离子进行交换，在玻璃表面上，使着色离子与玻璃中的离子进行交换，扩散到玻璃表层中，使玻璃表面着色；有些金属离子还扩散到玻璃表层中，使玻璃表面着色；有些金属离子还需要还原为原子，原子集聚成胶体而着色：需要还原为原子，原子集聚成胶体而着色：Na+硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃+AgClAg+硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃NaClAg2O+2FeO=Fe2O3+2AgAg比比Cu易还原，易还原，Ag和和Cu合用呈棕红色合用呈棕红色方法：方法：着色离子的盐类加入填充剂着色离子的盐类加入填充剂(载体载体-ZrO2、粘土、粘土等等)、粘结剂、粘结剂(糊精、阿拉伯胶、松节油等糊精、阿拉伯胶、松节油等)配成糊状物，配成糊状物
103、，涂于玻璃表面，再放在马弗炉中进行热处理。涂于玻璃表面，再放在马弗炉中进行热处理。用于玻璃用于玻璃仪器刻度仪器刻度应用电浮法可以连续生产表面着色玻璃应用电浮法可以连续生产表面着色玻璃，在锡，在锡槽的高温玻璃上面，设置一熔融金属槽，加一直流电压，槽的高温玻璃上面，设置一熔融金属槽，加一直流电压，环境保持还原气氛，上面的金属离子就扩散到玻璃中，环境保持还原气氛，上面的金属离子就扩散到玻璃中，进行离子交换而着色进行离子交换而着色96玻璃工艺学5.表面光学膜表面光学膜增透膜和增反膜增透膜和增反膜如果在一个表面上镀一层厚度相同的薄膜，并假设如果在一个表面上镀一层厚度相同的薄膜，并假设用垂直入射的平行光，
104、此时透射光或反射光干涉的光程用垂直入射的平行光，此时透射光或反射光干涉的光程差分别为差分别为（加强）或（减弱）（加强）或（减弱）n薄膜的折射率薄膜的折射率e-膜厚度膜厚度-波长波长通过调整镀膜厚度使光程差满足干涉加强的公式，通过调整镀膜厚度使光程差满足干涉加强的公式，这样就可以使透射光或反射光得到加强。此时称薄膜为这样就可以使透射光或反射光得到加强。此时称薄膜为增透膜或增反膜。由于透射光和反射光的光程差相差一增透膜或增反膜。由于透射光和反射光的光程差相差一个个/2。这意味着对相同的薄膜透射光和反射光的干涉。这意味着对相同的薄膜透射光和反射光的干涉是反相，即若反射光干涉加强则透射光干涉相消，反之
105、是反相，即若反射光干涉加强则透射光干涉相消，反之亦然。亦然。97玻璃工艺学反射膜反射膜表面涂一层反光膜，以提高反射率表面涂一层反光膜，以提高反射率常用的反光镜是常用的反光镜是铝铝和和银银涂层，银对可见光的反射涂层，银对可见光的反射率达，铝膜对可见光和紫外线的反射率都大于率达，铝膜对可见光和紫外线的反射率都大于，此外，铬和镍也常作一些对反射率要求不高而牢此外，铬和镍也常作一些对反射率要求不高而牢固度要求高的薄膜的膜料。固度要求高的薄膜的膜料。由于铝、银等材料在空气中很容易氧化而降低性由于铝、银等材料在空气中很容易氧化而降低性能，必须用电介质膜加以保护。常用的保护膜材料有能，必须用电介质膜加以保护
106、。常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等。一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等。金属反射膜的优点是制备工艺简单，工作的波长金属反射膜的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽，缺点是光损失大范围宽，缺点是光损失大98玻璃工艺学增反膜或高反射膜增反膜或高反射膜有些光学器件需要减少其透射率，以增有些光学器件需要减少其透射率，以增加反射光的强度。如氦氖激光器中的谐振腔加反射光的强度。如氦氖激光器中的谐振腔反射镜，要求对波长反射镜，要求对波长632.8nm的单色的单色光的反射率达光的反射率达99%以上。须以上。须用用高折射率高折射率的膜，则薄膜上下表面的两反射光使干涉加的膜，则薄膜
107、上下表面的两反射光使干涉加强，这就使反射光增强了，而透射光就减弱，强，这就使反射光增强了，而透射光就减弱，这样的薄膜就是增反膜或高反射膜。这样的薄膜就是增反膜或高反射膜。常用常用CeO2-MgF2和和ZnS-MgF2涂层，涂层，对红外波段（对红外波段（nm)的反射率达的反射率达99玻璃工艺学增透膜增透膜在比较复杂的光学系统中，在比较复杂的光学系统中，入射光的能量往往因入射光的能量往往因多次反射而损失。例如，高级照相机的镜头有六、七多次反射而损失。例如，高级照相机的镜头有六、七个透镜组成。反射损失的光能约占入射光能的一半，个透镜组成。反射损失的光能约占入射光能的一半，同时反射的杂散光还要影响成像
108、的质量。同时反射的杂散光还要影响成像的质量。常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜常在镜面上镀一层厚度均匀的透明薄膜,利用薄膜利用薄膜的干涉使反射光能减到最小，这样的薄膜称为增透膜。的干涉使反射光能减到最小，这样的薄膜称为增透膜。单层单层增透膜的折射率增透膜的折射率n1应满足：应满足：n1(nsn0)1/2增透膜最小厚度应为：增透膜最小厚度应为：或是其奇数倍或是其奇数倍膜材：膜材：MgF2，在，在510nm时的折射率为时的折射率为n=1.38，可，可用真空沉积法镀在加热到用真空沉积法镀在加热到250-300的玻璃基底上，的玻璃基底上，不但牢固，稳定，而且方便，经济不但牢固，稳定，而且方便，经济10
109、0玻璃工艺学单层增透膜只能使某个特定波长单层增透膜只能使某个特定波长的光尽量的光尽量减少反射，对于相近波长的其他反射光也有不同程减少反射，对于相近波长的其他反射光也有不同程度的减弱，但不是减到最弱，对于一般的照相机和度的减弱，但不是减到最弱，对于一般的照相机和目视光学仪器，人增透膜只对人眼或感光胶片上最目视光学仪器，人增透膜只对人眼或感光胶片上最敏感的绿光（敏感的绿光（nm）起增透作用当白起增透作用当白光照到（垂直）增透膜上，绿光产生相消干涉，反光照到（垂直）增透膜上，绿光产生相消干涉，反射光中绿光的强度几乎是零这时其他波长的光射光中绿光的强度几乎是零这时其他波长的光（如红光和紫光）并没有被完
110、全抵消因此，增透（如红光和紫光）并没有被完全抵消因此，增透膜呈绿光的互补色膜呈绿光的互补色淡紫色淡紫色两层两层玻璃高折射率材料层低折射率材料层空气玻璃高折射率材料层低折射率材料层空气高折射率材料高折射率材料：二氧化锆（：二氧化锆（n2.1）、二氧化钛）、二氧化钛（n2.40）和硫化锌（）和硫化锌（n2.32）等）等，低折射率材料低折射率材料：氟化镁（：氟化镁（n1.38）等。）等。101玻璃工艺学多层膜经典的经典的3层膜由一层层膜由一层1/4光学厚度的中折射率物质光学厚度的中折射率物质（1.6-1.7)，一层，一层1/2光学厚度的高折射率物质光学厚度的高折射率物质(2.0-2.2)和一层和一层
111、1/4光学厚度的低折射率物质组成。膜料的选择除光学厚度的低折射率物质组成。膜料的选择除了理想的折射率，每次镀膜时稳定的折射率，均匀的膜层，了理想的折射率，每次镀膜时稳定的折射率，均匀的膜层，低吸收性，牢固性，稳定性也非常重要。低吸收性，牢固性，稳定性也非常重要。最常用的是最常用的是Al2O3，ZrO2和和MgF2，在整个光学敏感在整个光学敏感段（段（410-680nm）的反射率低于）的反射率低于0.5%。第一层第一层是是Al2O3,它的膜层从红外到紫外线有相当高的它的膜层从红外到紫外线有相当高的透过率，十分牢固，稳定，并且每次镀膜时有稳定的折射透过率，十分牢固，稳定，并且每次镀膜时有稳定的折射
112、率。率。第二层是第二层是ZrO2。它的优点是从。它的优点是从250到到7000nm有宽广有宽广的透过率，并且，膜层牢固，稳定。但是，折射率会随着的透过率，并且，膜层牢固，稳定。但是，折射率会随着膜厚的增加而降低，这种现象可能和它的特殊晶体结构有膜厚的增加而降低，这种现象可能和它的特殊晶体结构有关。关。ZrO2的另一个缺点是在蒸发时它只是部分的溶解，因的另一个缺点是在蒸发时它只是部分的溶解，因此，很难得到均匀的膜厚。此，很难得到均匀的膜厚。MgF2是最常用的第三层低折射率物质。是最常用的第三层低折射率物质。102玻璃工艺学分光膜分光膜将入射光分为透射和反射两部分将入射光分为透射和反射两部分金属涂
113、层为：金属涂层为：银银，光吸收损失大，光吸收损失大介质膜为：高折射的介质膜为：高折射的硫化锌硫化锌，二氧化钛或二氧化铈，二氧化钛或二氧化铈，膜厚为膜厚为滤光膜滤光膜中性密度滤光片：均等降低入射光强度，为单层金膜，中性密度滤光片：均等降低入射光强度，为单层金膜，如如80%Ni和和20%Cr的合金膜，钨膜的合金膜，钨膜截止滤光片：截止滤光片：吸收滤光片吸收滤光片膜材对有些光线透过对有些截止膜材对有些光线透过对有些截止如如二氧化锗对可见光透过，对紫外线截止；二氧化锗对可见光透过，对紫外线截止；103玻璃工艺学干涉滤光片干涉滤光片用用多层干涉膜起滤光作用多层干涉膜起滤光作用如如长波通滤光片是涂硫化锌长
114、波通滤光片是涂硫化锌冰晶石冰晶石硫化锌膜硫化锌膜短波通滤光片是涂冰晶石硫化锌冰晶石膜短波通滤光片是涂冰晶石硫化锌冰晶石膜带通滤光片：透射带两侧都是截止区带通滤光片：透射带两侧都是截止区宽带通滤光片宽带通滤光片将冰晶石硫化锌冰晶石膜将冰晶石硫化锌冰晶石膜涂在玻璃上，然后再涂一层涂在玻璃上，然后再涂一层硫化锌冰晶石硫化锌膜硫化锌冰晶石硫化锌膜窄带通滤光片窄带通滤光片金属膜和介质膜金属膜和介质膜104玻璃工艺学5.5 玻璃与金属的封接封接件的要求封接件的要求：1、足够的机械强度和热稳定性、足够的机械强度和热稳定性2、必须气密即不透气性、必须气密即不透气性5.5.1封接原理封接原理一、玻璃与金属的润湿
115、问题：一、玻璃与金属的润湿问题：氧化物膜与玻璃易润湿，金属与玻璃封接前须在空氧化物膜与玻璃易润湿，金属与玻璃封接前须在空气中加热氧化气中加热氧化注注：铜和铁的氧化物膜松而多孔：铜和铁的氧化物膜松而多孔二、玻璃与金属的膨胀系数问题：二、玻璃与金属的膨胀系数问题：有差异，会产生应力，热膨胀系数差在有差异，会产生应力，热膨胀系数差在10%以内，以内，封接应力不会破坏封接件封接应力不会破坏封接件封接过程会产生很大的应力，所以封接后须退火封接过程会产生很大的应力，所以封接后须退火105玻璃工艺学5.5.2封接形式封接形式1、匹配封接、匹配封接：真对某金属配以专用玻璃来封接：真对某金属配以专用玻璃来封接2、非匹配封接、非匹配封接：利用金属的弹性变形来松弛应力：利用金属的弹性变形来松弛应力（选用细（选用细、薄薄、软的金属）；用过渡玻璃进行封接软的金属）；用过渡玻璃进行封接3、金属焊料封接、金属焊料封接：在玻璃表面涂覆金属层，然后：在玻璃表面涂覆金属层，然后用焊锡等与金属焊接用焊锡等与金属焊接4、机械封接、机械封接：玻璃和金属间涂熔融的低熔点焊料，：玻璃和金属间涂熔融的低熔点焊料，冷却即可用于石英玻璃的封接冷却即可用于石英玻璃的封接106玻璃工艺学107玻璃工艺学108玻璃工艺学109玻璃工艺学110玻璃工艺学
