第11讲 玻璃及加工工艺
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(2)玻璃的辅助原料
澄清剂 着色剂 脱色剂 乳浊剂 助熔剂
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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。
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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。 脆性材料,强度用抗压、抗张强度来表 示。 抗张强度较低,抗压强度约为抗张强度 的14~15倍。
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2 硬度
硬度仅次于金刚石、碳化硅等材料,比 一般金属硬,不能用普通刀和锯迚行切 割。 硬度值在摩氏硬度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。
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11.3 常用玻璃材料
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
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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。
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11.2 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 基本上可以分为配料、融化和成型三个阶段, 一般采用连续性的工艺. 如图所示:
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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。
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垂直引上拉管示意图:
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玻璃板水平拉制示意图:
1-玻璃板;2-转动辊;3-成型辊 4-水冷挡板;5-燃烧器;6-熔融玻璃
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(4)压延成型
压延成型是用金 属锟将玻璃熔体 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 为平面压延和锟 间压延成型。
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玻璃压制成型示意图:
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(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融状态的 玻璃型块中,使之膨胀成为中空制品。 吹制成型可以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。如图所示:
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吹制成型示意图:
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人工吹杯示意图:
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(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, 分为垂直拉制和水平拉制,主要用 来生产平板玻璃、玻璃管、玻璃纤 维等。
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①浮法玻璃
采用浮法制造技术生 产的平板玻璃称为浮 法玻璃。
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②磨砂玻璃
又称毛玻璃或暗玻璃,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 呈微细凹凸,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。
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4、玻璃的热处理
玻璃的热处理,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。对光学玻璃和某种特种玻璃制品, 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觃律、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。
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(2)按玻璃的特性分类
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(3)按玻璃化学成份分类
钠钙硅酸盐玻璃 铅玻璃 石英玻璃 特殊成分玻璃 另外,按制造方法可以分为吹制玻璃、拉 制玻璃、压制玻璃和铸造玻璃。
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2、常用玻璃品种
表面处理包括玻璃制品的光滑面与散光面 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 表面涂层(如镜子镀银、表面导电)
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①玻璃彩饰:
玻璃彩饰是利用釉料对玻璃制品迚行装饰 的过程。 常见的彩饰方法有:描绘、喷花、贴花和 印花等。 彩饰方法可以单独采用,也可以组合采用。
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表面着色是在玻璃表面覆敷一层金属 的、金属氧化物或有机物的颜色涂层, 使玻璃呈色。 彩色玻璃分为透明和不透明两种,其 色泽有多种,可拼成各种花纹图案, 产生独特的装饰效果。
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⑧釉面玻璃
在玻璃表面涂覆一层彩色易溶性色釉, 然后加热到彩釉的熔融温度,使釉层 与 玻璃牢固结合在一起,经退火或钢化等 不同热处理方式而制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。蚀刻程度可以通 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。
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夹层玻璃示意图和典型防弹玻璃示意图:
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⑤钢化玻璃
又叫强化玻璃,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 淬火和熔盐淬火;化学方式——如表面离子交 换、表面晶化、酸处理等。 通常钢化玻璃多是指经过风淬火处理的玻璃。 钢化玻璃不能迚行机械切割、钻孔等加工,多 用于交通运输车辆的车窗和建筑门窗、隔墙等。
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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。
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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。 玻璃制品越厚,承受温度急剧变化 的能力越差。
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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 液。
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各种配料在加热至高 温并形成玻璃的过程 中所収生的变化,从 工艺角度而论,大致 可以分为硅酸盐的形 成、玻璃的形成、澄 清、均化和冷却五个 阶段,如图表:
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5、玻璃制品的二次加工
玻璃制品的二次加工分为冷加工、 热加工和表面处理三大类。
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(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迚行的 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。
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⑥夹丝玻璃
又叫防碎玻璃和钢丝玻璃。 它是将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。如图为玻璃的夹丝形式:
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⑦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 以分为本体着色和表面着色两种。 本体着色是在玻璃原料中加入金属氧化 物,熔融后能产生的颜色有茶色、蓝色、 灰色、绿色等。
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6 化学稳定性
玻璃的化学性质比较稳定。大多数工业用 的玻璃都能抵抗除了氢氟酸以外酸的侵蚀。 玻璃的耐蚀性较差。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。 尤其是一些化学玻璃仪器容易受周围介质 (如潮湿空气)的作用,表面形成白色斑 点或雾膜,破坏玻璃的透光性,所以在使 用和保存时应注意。
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钠-钙-硅玻璃的熔制过程
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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。
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(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。
主要原料是指向玻璃 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。