第五节 玻璃的深加工

第四章玻璃材料第五节玻璃的深加工玻璃深加工冷加工热加工表面处理玻璃制品成型后，大部分还需要进行进一步的加工，以得到符合要求的制品。一、冷加工定义：通过机械方法改变玻璃制品的外形和表面状态，称为冷加工。基本方法：研磨抛光、切割、喷砂、钻孔和切削。研磨抛光（磨光）：1、概念：将不平整玻璃表面进行加工，成为平整而光洁的表面；或者是将玻璃毛坯制品的形状、尺寸经研磨和抛光，达到规定的形状和尺寸要求，而且表面又很光洁的冷加工方法。目前玻璃的研磨和抛光，使用最多的是光学玻璃和眼镜片的加工。玻璃的研磨分粗磨和细磨：粗磨→用粗磨料将表面粗糙不平或成型时残留的部分玻璃磨去，满足形状和尺寸需求。细磨→去除粗磨时玻璃表面留下的凹陷坑和裂纹层，使玻璃表面毛面状态变得细致。抛光→使毛面玻璃变成透明、光滑、有光泽。研磨和抛光工序合起来成为磨光→磨光玻璃。2、作用机理（1）研磨机理磨盘与玻璃相对运动→磨料对玻璃表面划痕与剥离，并产生微裂纹。磨料用水既有冷却作用，同时又与玻璃新生表面发生水解作用，生成硅胶，利于剥离。如此重复，玻璃表面形成一层凹陷的面，并带有一定深度的裂纹层。3~4μm10~15μm（2）抛光机理公认的是相互交错的机械、化学和物理化学作用的总和。抛光时需将凹陷层、裂纹层全部去除。抛光厚度小（仅为研磨时厚度的1/20~1/40），但抛光时间长（2倍或更多)。即抛光效率比研磨效率低。3、影响因素（1）影响研磨的主要工艺因素a、磨料性质与粒度磨料的硬度大，通常研磨效率高，金刚砂和碳化硅的研磨效率都比石英砂高得多。但硬度大的磨料使研磨表面的凹陷深度较大。研磨玻璃凹陷深度是随粒度的增大而增加，即研磨质量是随粒度增大而变坏。先用较粗的粒度，提高研磨效率；之后，用细磨料逐级研磨，以使研磨质量逐步提高；最后达到抛光要求的表面质量。b、磨料悬浮液的浓度和给料量磨料悬浮液一般由磨料加水制成悬浮液使用。水不仅使磨料分散、均匀分布于工作面，并且带走研磨下来的玻璃碎屑，冷却摩擦产生的热，以及促成玻璃表面水解成硅胶薄膜。磨料给料量与研磨效率关系磨料浓度与研磨效率关系c、研磨盘转速和压力研磨盘的转速和压力与研磨效率都成正比关系。磨盘转速快，将磨料往外甩的就多；压力增大，磨料的磨损度也显著增加。所以都必须相应提高磨料的给料量，否则不仅研磨效率不会增加，甚至降低，还会出现伤痕等缺陷。d、磨盘材料磨盘材料硬度大能提高研磨效率。铸铁材料的研磨效率为1，有色金属则为0.6，塑料仅为0.2。但硬度大的研磨盘使研磨表面的凹陷深度也较深。而硬度小的塑料盘，可使玻璃的凹陷深度比铸铁盘降低30％。因此，如最后一级粒度的磨料用塑料盘，就可大大缩短抛光时间。e、玻璃的化学组成质软的玻璃易研磨，但留下的凹陷深度较大。（2）影响抛光的主要工艺因素a、抛光材料的性质b、抛光盘材质一般抛光盘都用毛毡制作，也有用呢绒、马兰草根等。粗毛毡或半粗毛毡的抛光效率高、细毛毡和呢绒的抛光效率低。4、研磨与抛光材料（1）研磨材料由于玻璃研磨时，机械作用是主要的，所以磨料的硬度必须大于玻璃的硬度。光学玻璃和日用玻璃研磨加工余量大，所以一般用刚玉或天然金刚砂研磨效率高。平板玻璃的研磨加工余量小，但面积大，用量多，一般采用价廉的石英砂。光学玻璃、日用玻璃平板玻璃（2）抛光材料常用抛光材料有红粉（氧化铁）、氧化铈、氧化铬、氧化锆、氧化钍等，日用玻璃加工也有采用长石粉的。红粉是α-Fe2O3结晶，为玻璃抛光材料中使用得最早最广泛的材料。对抛光材料的要求：除了须有较高的抛光能力外，必须不含有硬度大、颗粒大的杂质，以免对玻璃表面造成划伤。1、热加工机理玻璃制品的热加工原理与成形的原理相似，主要是利用玻璃粘度随温度改变的特性以及表面张力与导热系数来进行的。各种类型的热加工、都必须把制品加热到一定的温度，由于玻璃的粘度随温度升高而减小，同时玻璃导热系数较小，所以能采取局部加热的方法，在需要热加工的地方使之局部达到变形、软化，甚至熔化流动，以进行切割、钻孔、焊接等加工。二、热加工2、热加工方法烧口、火抛光、火焰切割、钻孔、焊接a、烧口许多吹制品经过切割后，制品口部常具有尖锐、锋利的边缘。通常用集中的高温火焰将其局部加热，依靠表面张力的作用使玻璃在软化时变得圆滑。b火抛光火抛光是采用最少辐射热的燃烧器发出强烈的火焰，对玻璃制品在制造过程中所形成的尖锐缺陷进行加热，使缺陷熔化修复而制品不变形的一种加工工艺。由于玻璃制品在成型过程中常常不可避免会在表面出现微裂纹、小凸起、褶皱、波纹等缺陷，火抛光是最简单实用的消除方法。c、火焰切割：通过火焰加热来达到切割玻璃的目的。d、钻孔通过火焰局部加热熔融进行穿孔的方法，在玻璃需要穿孔的部位集中熔融，三、玻璃的表面处理玻璃的光滑面或散光面的形成表面着色表面涂层化学刻蚀、化学抛光改善的化学稳定性表面镀银、导电等1、玻璃的化学刻蚀机理：用氢氟酸溶掉玻璃表面层的硅氧，根据残留盐类的溶解度的不同，得到有光泽表面或无光泽表面。刻蚀后玻璃的表面性质决定于氢氟酸与玻璃作用后所生成的盐类性质、溶解度大小、结晶的大小以及是否容易从玻璃表面清除。刻蚀液：HF加入NH4F，KF与水组成。机理：用氢氟酸破坏玻璃表面层原有的硅氧膜，生成一层新的硅氧膜，使玻璃得到很高的光洁度与透明度。2、化学抛光方法：一种是单纯的化学侵蚀：用于大多器皿玻璃一种是化学侵蚀和机械研磨结合：适于平板玻璃。影响因素：玻璃成分、氢氟酸与硫酸的比例、酸液温度、处理时间等。机理：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，使着色离子与玻璃中的离子进行交换，扩散到玻璃表层中，使玻璃表面着色。方法：把着色离子的盐类加入填充剂、粘结剂配成糊状物，涂于玻璃表面，再放到马弗炉中进行热处理。3、表面着色建筑玻璃的深加工建筑玻璃深加工的主要产品有：钢化玻璃、夹层玻、中空玻璃、镀膜玻璃等。（1）钢化玻璃物理钢化：把玻璃加热到一定温度，在冷却介质中急剧均匀冷却，玻璃内外层产生很大的温度梯度，所产生应力由于玻璃处于粘滞流动状态而被松弛，成为有温度梯度而无应力状态。当玻璃温度梯度消失，原松弛应力转为永久应力，玻璃表面产生一层压应力，玻璃因此而增强。化学钢化：基于玻璃表面离子的迁移（扩散），其过程是把加热的含碱玻璃浸于熔融盐浴（如KNO3等）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。（2）夹层玻璃两片或两片以上玻璃用合成树脂胶片（聚乙烯醇缩丁醛薄膜）粘结在一起而制成的一种安全玻璃。（3）中空玻璃节约能源的玻璃制品，主要用于采暖和空调的建筑中。主要有导热、隔热、隔音等性能。生产方法：胶接法、焊接法、熔接法。两块玻璃周边加热后对接而成。玻璃与周边支撑框架焊接在一起玻璃与周边支撑框架胶接在一起复习思考题1、玻璃研磨抛光的机理是什么？2、影响研磨抛光过程的主要工艺因素有哪些？3、玻璃钢化的机理？