玻璃加工工艺及其应用

玻璃加工工艺及其应用玻璃加工工艺及其应用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(图9—1)。11玻璃的基本特性玻璃加工工艺及其应用(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，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瑚裂纹所引起的。玻璃的抗压强度约为抗张强度的14—15倍。2玻璃加工工艺及其应用1玻璃的基本特性(2)硬度玻璃的硬度较大，硬度仅次子金刚石、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5—7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。(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，玻璃质雪越好．由干玻璃品种较多，各种玻璃的性能也有很大的差别，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。3玻璃加工工艺及其应用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。4玻璃加工工艺及其应用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展蚀．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，变得陶暗．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，所以在使用和保存中应加以注意。5玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性2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。6玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性921玻璃原料1.澄滴剂：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滴剂.2.着色剂：使玻璃制品着色的添加剂你为着色剂，通常使用锰．钻、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生选择性吸收，从而显出一定的颜色.3.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、帆等化合物和有机物的有害杂质。4.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祢为乳浊剂．5.助熔剂：能促使玻璃熔制过程0口速的添加物称为助熔剂或加速剂。7玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性2.2玻璃的熔制玻璃的熔制是指将配合料经过高温熔融，形成均匀无气泡井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，足获得优质玻璃制品的重要保证。玻璃的熔制是一个非常复杂的工艺过程．它包括一系列物理的、化学的、物理化学的现象和反应，其结果是使各种原料混合物变成复杂的熔融物，即玻璃蔽。各种配合料在加热至高温并形成玻璃的过程中所发生的变化，从工艺角度而论，大致可以分为硅酸盐的形成、玻璃的形成、迢漓、均化和冷却五个阶段，表9-1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．8玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性9玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性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。(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9—3为玻璃压制成型示意图。10玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性11玻璃加工工艺及其应用2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，用采制造瓶、罐、器皿、灯泡等。图9—4为机械吹制法成型广口瓶的示意图，图9—5为人工吹杯示意图。12玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性13玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性14玻璃加工工艺及其应用2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9—6)和水平拉制(图9—7)，主要用来生产平板玻璃。玻璃管、玻璃纤维等。15玻璃加工工艺及其应用2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9—8为压延成型的示意图。16玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性17玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性24玻璃的热处理玻璃制品在生产中．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、存放和机械加工曰程中自行破裂；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，一般都要经过热处理。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。18玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性25玻璃制品的二次加工成型后的玻璃制品，除极少数能直扭符合要求外(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．(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印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。19玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性1.研磨是为了唐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。2.抛光是用抛光材料稍除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。3.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割处断开的加工过程。4.磨边是磨除玻璃边缘棱角和粗糙截面的方法。20玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性5.喷砂则是通过喷枪用压缩空气将唐料喷射到玻璃表面以形成花纹图案或文字的加工方法。6.钻孔是利用硬质合金钻头、钻石钻头或超声波等方法对玻璃制品进行打孔。7.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。21玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性(2)玻璃制品的热加工有很多形状复釉和要求特殊的玻璃制品，需要通过热加工进行最后成型。此外，热加工还用来改善制品的性隆和外观质量。热加工的方法主要有：火焰切割、火抛光．钻孔、锋利边缘的烧口等。(3)玻璃制品的表面处理表面处理包括玻璃制品光滑面与敞光面的形成(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。1.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。描绘是按图案设计要求用笔将釉料涂绘在制品表面。22玻璃加工工艺及其应用2玻璃的工艺特性喷花是褐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纸上或薄嗅上制成花纸，然后将花纸贴到制品表面；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；所有玻璃制品彩饰后都需要进行彩烧，才能使釉料牢固的熔附在玻璃表面，并使色釉平滑、光亮、鲜艳，且经久耐用。2.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。先在玻璃表面涂霾石蜡、松节油等作为保护层井在其上刻绘图案，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秉控制，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。23玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料93．1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、医药用玻璃。特种玻璃等。建筑玻璃——固用平板玻璃、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。(2)按玻璃的特性分类：按玻璃的气密性、适光性，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。24玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料工艺美术玻璃，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。25玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料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。采用浮法制造技术生产印平板玻璃祢为浮法玻璃．浮法玻璃的生产工艺过程如图9-9所示。26玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料27玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料(1)磨砂玻璃磨砂玻璃又叫毛玻璃或暗玻璃，采用喷砂或研磨等机械方法，或者用氢氟酸溶液磨蚀等化学方法将玻璃表面处理成均匀毛面。其表面呈精细凹凸，可使光线产生漫射，只有透光性而不能透视，具有均匀柔和的效果。常用于建筑物中要求透光而不透像的门窗，以及玻璃黑板、照相屏板等。(2)磨光玻璃磨光玻璃又称镜面玻璃，采用平板玻璃抛光而得。分为单面磨光和双面磨光两种。磨光玻璃表面平整光滑，有光泽，透光辜达84％，物象透过玻璃不变形。磨光玻璃主要用于安装大型门窗，制作镜子等。28玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料(3)夹层玻璃夹层玻璃是利用透明、粘接力强的塑料膜片将两块或两块以上的平板玻璃在高温高压作用之下粘接起来的玻璃。粘接用的塑料膜片常为聚乙烯醇缩丁醛树脂和聚碳酸酯树脂。夹层玻璃的强度高，有优异的抗冲击和抗穿透性能，破碎时玻璃碎片被塑料膜片粘结，不易脱离飞散．主要用作汽车、飞机的风挡玻璃，防弹玻璃，也用于有特殊安全要求的建筑物门窗、幕墙及展示陈列等方面。图9-11为防弹玻璃的结构示意图。29玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料30玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料(4)钢化玻璃钢化玻璃又称强化玻璃。经强化处理而具有良好机械性能和耐热震性能的玻璃。强化处理方式有：物理方式，如风淬火、油淬火和熔融淬火；化学方式，如表面离子交换、表面晶化、酸处理等。通常，钢化玻璃多指经风淬火处理的玻璃．钢化玻璃破碎后裂成圆钝的小碎片，碎片不带尖锐棱角，可减少对人的伤害。钢化玻璃不能进行机械切割，钻孔等加工。多用于交通运瑜车辆的车窗和建筑门窗，隔墙等。31玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料(5)夹丝玻璃夹丝玻璃又称防碎玻璃和钢丝玻璃。它是把普通平板玻璃加热到红热软化状态，将预热处理的金属丝或金属网压入玻璃中间而制成的。图9-12为玻璃的夹丝形式。由于金属丝或金属网的嵌入，夹丝玻璃在遭受冲击或温度剧变时破而不缺，裂而不散，具有较好的安全性和防火性。央丝玻璃的颜色可以是无色的或彩色的，表面可以是压花的或磨光的。常用于建筑物的门窗、走廊、天井等处。32玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料33玻璃加工工艺及其应用3常用玻璃材料(6)彩色玻璃彩色玻璃是对通过的可见光具有一定的选择性吸收的玻璃。根据着色工艺，可分为本体着色和表面着色两种．本体着色是在玻璃