玻璃及加工工艺

玻璃及其加工工艺李锦堂2主要内容：玻璃的历史玻璃的特性玻璃的工艺玻璃的分类玻璃的应用3玻璃发展历程玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固而得。约公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃装饰品和简单玻璃器皿，当时只有有色玻璃。约公元前1000年前，中国制造出无色玻璃。公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃。1873年，比利时首先制出平板玻璃。1906年，美国制出平板玻璃引上机。此后，随着玻璃生产的工业化和规模化，各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现代，玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。4玻璃发展趣闻3000多年前，一艘欧洲腓尼基人的商船，满载着晶体矿物“天然苏打，航行在地中海沿岸的贝鲁斯河上。由于海水落潮，商船搁浅了。于是船员们纷纷登上沙滩。有的船员还抬来大锅，搬来木柴，并用几块“天然苏打”作为大锅的支架，在沙滩上做起饭来。船员们吃完饭，潮水开始上涨了。他们正准备收拾一下登船继续航行时，突然有人高喊：“大家快来看啊，锅下面的沙地上有一些晶莹明亮、闪闪发光的东西！”船员们把这些闪烁光芒的东西，带到船上仔细研究起来。他们发现，这些亮晶晶的东西上粘有一些石英砂和融化的天然苏打。原来，这些闪光的东西，是他们做饭时用来做锅的支架的天然苏打，在火焰的作用下，与沙滩上的石英砂发生化学反应而产生的晶体，这就是最早的玻璃。后来腓尼基人把石英砂和天然苏打和在一起，然后用一种特制的炉子熔化，制成玻璃球，使腓尼基人发了一笔大财。大约在4世纪，罗马人开始把玻璃应用在门窗上。到1291年，意大利的玻璃制造技术已经非常发达。5现代玻璃的开始1688年，一名叫纳夫的人发明了制作大块玻璃的工艺，从此，玻璃成了普通的物品。我们现在使用的玻璃是由石英砂、纯碱、长石及石灰石经高温制成的。熔体在冷却过程中黏度逐渐增大而得的不结晶的固体材料。性脆而透明。有石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟化物玻璃等。通常指硅酸盐玻璃，以石英砂、纯碱、长石及石灰石等为原料，经混和、高温熔融、匀化后，加工成形，再经退火而得。广泛用于建筑、日用、医疗、化学、电子、仪表、核工程等领域。6我国的玻璃发展玻璃，古称琉璃、颇黎。我国西周至战国时期的玻璃工艺已趋于成熟。汉代玻璃产地分布在中原地区(生产铅钡玻璃)、河西走廊(生产以铅钡玻璃配方兼用钠钙为助溶剂的玻璃)及岭南地区(生产钾硅玻璃)。魏晋南北朝时期，随着罗马、波斯玻璃器的大量输入，我国自制玻璃减少。隋统一全国，内监何稠借助烧绿瓷的方法烧造玻璃，获得成功。唐代玻璃器零星出土，陕西临潼出土了玻璃果、玻璃瓶等器物，其器型都是中国传统式样，采用吹制方法制成。五代、宋、辽、金、西夏的出土玻璃器物，主要有玻璃葫芦瓶、花瓣口杯、壶形鼎以及玻璃饰物等。7我国玻璃的发展元代设立了烧造仿玉玻璃器的“廷署玉局”。明代的颜神镇是玻璃生产的重要基地，当地的民间玻璃作坊，以生产簪、珠为主。清代的玻璃生产，南方以广州为中心，北方仍以颜神镇为中心。康熙三十五年(1696)，内廷成立了玻璃厂，专门为皇室制造各种玻璃器。清代玻璃器，绝大部分是造办处玻璃厂制造的。清代末年，长沙已有玻璃作坊，用废旧碎玻璃以明炉熔化制造灯罩，花瓶等产品。民国元年（1912年）长沙工商业者彭次英，肖丽生等人集股白银18万两，于长沙六铺街建麓山玻璃公司，制品除煤油灯具外还有彩缸，花瓶，电灯罩等。89.1玻璃的基本特性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)。9第九章玻璃及加工工艺(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。10第九章玻璃及加工工艺9.1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。11第九章玻璃及加工工艺9.1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。12第九章玻璃及加工工艺9.1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。13第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性9．2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。14第九章玻璃及加工工艺9.2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。15第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性9．2.2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．16第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性17第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性9.2.3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。18第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性19第九章玻璃及加工工艺9.2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。20第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性21第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性22第九章玻璃及加工工艺9.2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。23第九章玻璃及加工工艺9.2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。24第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性25第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性9．24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。26第九章玻璃及加工工艺9.2玻璃的工艺特性9．25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。27第九章玻璃及加工工艺9.2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。28第九章玻璃及加工工艺9.2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。29第九章玻璃及加工工艺9.2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。30第九章玻璃及加工工艺9.2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。31第九章玻璃及加工工艺9.3常用玻璃材料93．1玻璃材料的分类(1)按玻璃的用途和