1、玻璃材料与其加工工艺玻璃材料与其加工工艺玻璃材料玻璃材料一一 概述概述 古代称为壁流璃、琉璃、颇璃，近代也称为料。 玻璃是指熔融物冷却凝固所得到的非晶态无机材料。其物理性质和力学性质等是各向同性的。 工业上大量生产的普通玻璃是以石英石英为主要成分的硅酸盐玻璃。二二 组成组成一般通过熔烧硅土（砂、石英、和燧石），加上碱（苏达或钾碱、碳酸碱）而得到的，其中碱是作为助溶剂，也可以加入其他物质，例如石灰（提高稳定性）、镁石灰（提高稳定性）、镁（去除杂质）、氧化铝（提高光洁度）（去除杂质）、氧化铝（提高光洁度）或加入各种金属加入各种金属氧化物得到不同的颜色氧化物得到不同的颜色玻璃分类玻璃分类1. 按玻璃
2、特性分类按玻璃特性分类 平板玻璃、容器玻璃、光学玻璃、平板玻璃、容器玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、工艺美术玻璃、照明器具玻璃和建筑用电真空玻璃、工艺美术玻璃、照明器具玻璃和建筑用玻璃等。表玻璃等。表4-52. 按玻璃用途和使用环境分类按玻璃用途和使用环境分类 日用玻璃、技术玻璃、日用玻璃、技术玻璃、建筑玻璃和玻璃纤维四种。建筑玻璃和玻璃纤维四种。3. 按玻璃化学成分分类按玻璃化学成分分类 石英玻璃、钠钙硅酸盐玻璃、石英玻璃、钠钙硅酸盐玻璃、铅玻璃、铅玻璃、 硫系氧硫系半导体玻璃、金属玻璃等。硫系氧硫系半导体玻璃、金属玻璃等。 表表4-44. 按玻璃制造方法分类按玻璃制造方法分类 吹制、拉制、压制
3、、铸造等玻吹制、拉制、压制、铸造等玻璃。璃。二二 玻璃的主要性质玻璃的主要性质1. 强度强度 玻璃是一种脆性材料脆性材料，抗张强度较低而抗压强度约为抗张强度的十几倍。2. 硬度硬度 玻璃的硬度比较大，仅次于金刚石和碳化硅等材料。不能用普通刀具进行切割。3. 光学性质光学性质 是一种高度透明的物质，具有吸收或透过紫外线、红外线、感光等重要光学性能。 4. 电学性质电学性质 常温下一般玻璃是绝缘体，有些玻璃是半导体材料。温度升高时，玻璃的导电性迅速提高，熔融状态则变为良导体。玻璃的导电性与其组成有关。5. 热性质热性质 玻璃是热的不良导体，玻璃耐急冷急热性差，制品越厚，承受温度急剧变化的能力越差。
4、 玻璃的热稳定性与玻璃的热膨胀系数有关。玻璃的热稳定性与玻璃的热膨胀系数有关。6. 化学稳定性化学稳定性 化学性质比较稳定。玻璃耐酸蚀较高而耐碱蚀较差。（氢氟酸除外）7. 玻璃具有良好的加工性能玻璃具有良好的加工性能，可进行切割、研磨、钻孔、雕刻、抛光等机械加工和化学处理等。 常用玻璃材料常用玻璃材料1. 平板玻璃 组成上属于钠钙玻璃系列。软化点低，易于成型。具有透光、透视、隔声、隔热、耐磨、耐气候变化等性能。平板玻璃按厚度分为1.2、2、3、4、5、6、8、10、12、15、19mm等规格。 平板玻璃制品有以下几类： 窗用玻璃又称单光玻璃，作用透光、挡风和保温。 磨光玻璃又叫镜面玻璃，分为单
5、面磨光和双面磨光。 磨砂玻璃又叫毛玻璃，通过手工研磨或氢氟酸溶蚀。 花纹玻璃按加工方法分为压花玻璃和喷花玻璃。 有色玻璃又称彩色玻璃，分透明和不透明有色玻璃。 2. 中空玻璃中空玻璃 多采用胶接法将多采用胶接法将两块玻璃保持一定间隔，间隔两块玻璃保持一定间隔，间隔中是干燥的空中是干燥的空 气，周边再用密气，周边再用密封材料密封而成。具有隔音、封材料密封而成。具有隔音、隔热、防霜、防结露性能。能隔热、防霜、防结露性能。能在在-2540度之间正常使用。度之间正常使用。中空玻璃原理图中空玻璃原理图3.夹层玻璃夹层玻璃 夹层玻璃一般由夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃两片普通平板玻璃(也可以是钢也可以是钢
6、化玻璃或其他特殊玻璃化玻璃或其他特殊玻璃)和玻璃和玻璃之间的有机胶合层构成。当受之间的有机胶合层构成。当受到破坏时，碎片仍粘附在胶层到破坏时，碎片仍粘附在胶层上，避免了碎片飞溅对人体的上，避免了碎片飞溅对人体的伤害。多用于汽车、火车、船伤害。多用于汽车、火车、船舶、飞机及高层建筑等。舶、飞机及高层建筑等。 夹层玻璃原理夹层玻璃原理3.钢化玻璃钢化玻璃 是普通平板玻是普通平板玻璃经过再加工处理而成一种预应璃经过再加工处理而成一种预应力玻璃。钢化玻璃相对于普通平力玻璃。钢化玻璃相对于普通平板玻璃来说，具有两大特征：板玻璃来说，具有两大特征： （1) 前者强度是后者的数倍，前者强度是后者的数倍，抗拉
7、度是后者的抗拉度是后者的3倍以上，抗冲倍以上，抗冲击是后者击是后者5 倍以上。倍以上。 （2) 钢化玻璃不容易破碎，即钢化玻璃不容易破碎，即使破碎也会以无锐角的颗粒形式使破碎也会以无锐角的颗粒形式碎裂，对人体伤害大大降低。碎裂，对人体伤害大大降低。4. 防火玻璃：具有良好的透光性能和防火阻燃性能。它是由两层具有良好的透光性能和防火阻燃性能。它是由两层或两层以上玻璃用透明防火胶黏在一起制成的。或两层以上玻璃用透明防火胶黏在一起制成的。5. 镀膜玻璃镀膜玻璃 是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合是在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，以改变玻璃光学性能，满足某种特定要求。特
8、性分类：物薄膜，以改变玻璃光学性能，满足某种特定要求。特性分类： 热反射热反射玻璃（建筑和玻璃幕墙）、低辐射玻璃（建筑和汽车）、导电膜玻璃玻璃（建筑和玻璃幕墙）、低辐射玻璃（建筑和汽车）、导电膜玻璃（加热、除霜、除雾玻璃）。（加热、除霜、除雾玻璃）。热辐射玻璃热辐射玻璃导电膜玻璃导电膜玻璃6. 镶嵌玻璃镶嵌玻璃 由许多经过精致加工的小片异形玻璃，用晶亮的金属由许多经过精致加工的小片异形玻璃，用晶亮的金属条镶嵌成一幅美丽的图案，两面再用钢化玻璃或浮法玻璃以中空的形式将条镶嵌成一幅美丽的图案，两面再用钢化玻璃或浮法玻璃以中空的形式将图案封在两层玻璃之中。（门、窗、屏风）图案封在两层玻璃之中。（门、
9、窗、屏风）7. 微晶玻璃微晶玻璃 在高温下使结晶从玻璃中析出而成的材料，由结晶相和在高温下使结晶从玻璃中析出而成的材料，由结晶相和部分玻璃相组成。微晶玻璃的吸水率接近零，所以不易污染。且硬度很大。部分玻璃相组成。微晶玻璃的吸水率接近零，所以不易污染。且硬度很大。微晶玻璃柱微晶玻璃柱微晶玻璃电磁炉微晶玻璃电磁炉9.玻璃马赛克 是由石英、长石、纯碱、氟化物等配合料经高温熔制后在加工成方形玻璃制品。8. U型玻璃型玻璃 是采用压延方法生产的一种极为独是采用压延方法生产的一种极为独特的玻璃型材，它的外形和槽钢一样。特的玻璃型材，它的外形和槽钢一样。10.喷雕、彩绘玻璃喷雕、彩绘玻璃 是技术和艺术结合的
10、装潢品。（隔断、是技术和艺术结合的装潢品。（隔断、屏风、壁画等）屏风、壁画等）11.防弹玻璃防弹玻璃 由不同厚度的透明玻璃由不同厚度的透明玻璃和多片和多片PVB胶片科学地组合而成。因为玻璃胶片科学地组合而成。因为玻璃有较高的硬度而有较高的硬度而PVB胶片有较好的韧性。胶片有较好的韧性。（军事防御、银行柜台、珠宝首饰的展示柜（军事防御、银行柜台、珠宝首饰的展示柜等）等）其他新型玻璃其他新型玻璃l镭射玻璃l智能玻璃l呼吸玻璃l真空玻璃智能玻璃智能玻璃镭射玻璃镭射玻璃真空玻璃真空玻璃玻璃成型加工工艺一. 原料制备 玻璃生产的主要原料有玻璃形成体、玻璃调整物和玻璃中间体，其余为辅助原料。 (1) 主要
11、原料主要原料 指引入玻璃形成网络的氧化物、中间体氧化物和网络外氧化物。主要包括以下几种： 石英砂、砂岩、石英岩、石英石英砂、砂岩、石英岩、石英：以硅氧四面体【SiO4】的结构组元形成不规则的连续网络，称为玻璃骨架玻璃骨架。约占配料重量的6575。 硼酸、硼砂及含硼矿物硼酸、硼砂及含硼矿物：向玻璃中引入B2O3原料。降低玻璃的膨胀系数，提高其热稳定性、化学稳定性和机械强度，增加折射率，改善光泽。起助熔剂能加速玻璃的澄清和降低玻璃的结晶能力。 长石、瓷土、蜡石长石、瓷土、蜡石：向玻璃中引入Al2O3原料。提高玻璃热稳定性、化学稳定性、机械强度、硬度、折射率，减轻玻璃对耐火材料的侵蚀，并有助于氟化物
12、的乳浊。 纯碱、芒硝纯碱、芒硝：向玻璃中引入Na2O,良好的助熔剂，降低玻璃粘度，易于熔融和成型。但Na2O会降低玻璃的热稳定性、化学稳定性和机械强度，在玻璃中一般不超过18。 方解石、石灰石、白垩方解石、石灰石、白垩：向玻璃中引入CaO原料。稳定剂。含量较高时，能使玻璃的结晶化倾向增大，易使玻璃发脆易使玻璃发脆。在玻璃中一般不超过12.5。 硫酸钡、碳酸钡硫酸钡、碳酸钡：向玻璃中引入BaO原料。 含含BaO的玻璃吸收辐的玻璃吸收辐射线的能力较强。射线的能力较强。 铅化合物铅化合物：向玻璃中引入PbO原料。增加玻璃比重，提高玻璃折射率，使玻璃具有特殊的光泽和良好的电性能。 （2）辅助原料辅助原
13、料 包括澄清剂、助熔剂、乳浊剂、着色剂、脱色剂、氧化剂和还原剂等。 澄清剂：澄清剂： 向玻璃配合料或玻璃熔液中加入一种高温时本身能气化或分解放出气体，促进排出玻璃中气泡的添加物。 着色剂：着色剂：使玻璃制品着色的添加物。对光线选择性吸收，从而呈现一定颜色。钴化物钴化物兰色兰色；银化物银化物黄色黄色；硒化物硒化物红宝石色红宝石色。 脱色剂：脱色剂：提高无色玻璃的透明度。 助熔剂（加速剂）：助熔剂（加速剂）：促使玻璃熔制过程加速的添加物。 乳浊剂：乳浊剂：对光线产生不透明的乳浊状态的添加物。玻璃生产工艺玻璃生产工艺 1 原料预加工原料预加工 将块状原料粉碎，使潮湿原料干燥，将含铁原料进行除铁处理，
14、以保证玻璃质量。 2 配合料制备配合料制备 3 熔制熔制 玻璃配合料在池窑或坩埚窑内进行高温加热，使之形成均匀、无气泡，并符合成型要求的液态玻璃。主要分为硅酸盐的形成、玻璃的形成、澄硅酸盐的形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷却四个阶段。清、均化和冷却四个阶段。 4 成型成型 将液态玻璃加工成所要求形状和尺寸的玻璃制品的工艺过程。主要有压压制法、吹制法、拉制法、压延法、制法、吹制法、拉制法、压延法、浇注法和烧结法等。 5 热处理热处理 一般包括退火和淬火两种工艺。退火退火是消除或减小消除或减小玻璃制品中的热应力热应力至允许值的热处理过程。对光学玻璃和某些特种玻璃制品，通过退火处理使内部结构均匀结构
15、均匀，达到要求的光学性能。淬火淬火使玻璃表面形成规律、均匀分布形成规律、均匀分布的压力层的压力层，提高机械强度和热稳定性提高机械强度和热稳定性。6.3.2 玻璃成形工艺与模具 （一）日用玻璃的成形（一）日用玻璃的成形 空心玻璃制品的成形通常空心玻璃制品的成形通常 有压制法与吹制法两种。有压制法与吹制法两种。 1 1）压制法）压制法 压制法所用的压制法所用的 主要机械部件有模型、冲头和主要机械部件有模型、冲头和 模杯，采用供料机供料和自动模杯，采用供料机供料和自动压机成形。压机成形。 图6-5 压制成形示意图 6.3.2 6.3.2 玻璃成形工艺与模具玻璃成形工艺与模具2 2）吹制法）吹制法 机
16、械吹制可以分为压机械吹制可以分为压- -吹法、转式吹制法。吹法、转式吹制法。 压压- -吹法：该法的特点是先用压制的方法制成制品的口部吹法：该法的特点是先用压制的方法制成制品的口部和雏形，然后再移入成形模中吹成制品。因为雏形是压制的，和雏形，然后再移入成形模中吹成制品。因为雏形是压制的，制品是吹制的，所以称为压制品是吹制的，所以称为压- -吹法。吹法。 图6-6 压-吹法成形广口瓶示意图 1-雏形模； 2-成形模；3-冲头；4-口模；5-口模铰链；6-吹气头；7-模底 6.3.2 玻璃成形工艺与模具2 2）吹制法）吹制法 吹-吹法：该方法的特点，是先在带有口模的雏形模中制成口部和吹成雏形，再将
17、雏形移入成形模中吹成制品。因为雏形和制品都是吹制的，所以称为吹-吹法。 图6-7 翻转料泡吹制法示意图（a）落料扑气（b）倒吹气（c）反转入成形模（d）吹制 6.3.2 玻璃成形工艺与模具 （二）平板玻璃成形二）平板玻璃成形 平板玻璃的成形方法主要有：浮法、垂直引上法、平拉法、平板玻璃的成形方法主要有：浮法、垂直引上法、平拉法、压延法。压延法。 1 1浮法成形浮法成形 浮法是指熔窑熔融的玻璃液流入锡槽后在熔融金属锡液的浮法是指熔窑熔融的玻璃液流入锡槽后在熔融金属锡液的表面上成形平板玻璃的方法。表面上成形平板玻璃的方法。 图6-9 浮法生产示意图 1-流槽；2-玻璃液；13-碹顶；4-玻璃带，5
18、-锡液； 6-槽底；7-保护气体管道；8-拉边器；9-过渡辊台；10-闸板 6.3.2 玻璃成形工艺与模具 （二）平板玻璃成形 2. 垂直引上法成形 垂直引上法成形可分为有槽垂直引上和无槽垂直引上两种。 （1）有槽垂直引上法是使玻璃通过槽子砖缝隙成形平板玻璃的方法，其成形过程如图6-10所示。图6-10 有模垂直引上室 1-通路；2-小眼；3-大梁；4-槽子砖；5-主水包；6-辅助水包；7-板报；8-石棉辊；9-引上机；10-原板 6.3.2 玻璃成形工艺与模具 （二）平板玻璃成形 3. 平拉法成形 平拉法与无槽垂直引上法都是在玻璃液的自由液面上垂直拉出玻璃板。但平拉法垂直拉出的玻璃板在500
19、700mm高度处，经转向辊转向水平方向，由平拉辊牵引，当玻璃板温度冷却到退火上限温度后，进入水平辊道退火窑退火。 图6-12 平拉法成形示意图1-玻璃液；2-引砖；3-拉边器；4-转向辊；5-水冷却器；6-玻璃带 6.3.2 玻璃成形工艺与模具 （二）平板玻璃成形 4.压延法成形 压延法有单辊压延法和对辊压延法两种。图6-13 压延法成形示意图 三. 玻璃制品的二次加工一、成型加工一、成型加工 1. 冷加工冷加工 在常温下通过机械方法改变外形和表面状态。 （1）研磨和抛光）研磨和抛光 俗称磨光，将制品上的粗糙不平或成型时余留的部分去掉，达到预定形状和尺寸。目的使制品表面光滑、透明、平整。 （2
20、 2）切割、喷砂和钻孔）切割、喷砂和钻孔 切割是利用脆性和残余应力的特点，在待切割的局部造成应力集中，易于折断。喷砂是利用夹带细粒石英砂或金刚砂的高速气流，使玻璃制品表面受砂粒的冲击，形成毛面。 2. 热加工热加工 通过热加工最后成型或改善制品的性能和外观质量。如烧口、火抛光、火焰切割、钻孔等。 火抛光火抛光二、表面处理二、表面处理l研磨l抛光l磨边l喷砂l车刻 l蚀刻 氢氟酸腐蚀l彩饰 描绘、喷花、贴花、印花6.5.2 玻璃在工业设计中的运用实例 （1）矩形灯 哈里柯士南设计了这个用普通碱石灰玻璃制造的矩形灯。玻璃在加热后会呈现一种粘稠的糖浆形态，冷却后它就会保持模具的形状和表面细节。 图6
21、-23 矩形灯 6.5.2 玻璃在工业设计中的运用实例 （2）窑烧玻璃 窑烧玻璃的工艺是：把浮法玻璃放到不易熔化的模具上，以此来产生皱褶和花纹。这种玻璃不仅可以赋予产品新的视觉效果、节奏感和几何图形，而且它精致的表面效果会让人产生触摸的欲望。 图6-24 窑烧玻璃 6.5.2 玻璃在工业设计中的运用实例 （3）幽灵椅 菲亚姆公司在1987年制造的幽灵椅使用了两种主要的工艺：喷水切割和凹陷。加热后的玻璃平面呈现随意的流质形态，似乎完全是在机缘巧合下创造出来的。 图6-25 幽灵椅 6.5.2 玻璃在工业设计中的运用实例 （4）玻璃杯 硼硅玻璃、铅晶玻璃和碱石灰玻璃等多种玻璃都可以应用到凹形器皿中。芬兰玻璃制造商埃塔拉公司拥有制造铅玻璃容器的优良传统，而且号称设计了最有名的玻璃餐具。 图6-26 玻璃杯 6.5.2 玻璃在工业设计中的运用实例 （5）玻璃纤维 玻璃纤维是一组加工成细绳的玻璃丝，这些玻璃丝可以分成三类：玻璃绒或绝缘玻璃、织物纤维和光学纤维，每一种都在特定的产业领域里满足不同的需要。 图6-27 玻璃纤维 透明薄玻璃板透明薄玻璃板-起火时起火时防火涂层防火涂层-瞬间产生硬瞬间产生硬质隔离泡沫使背面玻质隔离泡沫使背面玻璃不受热璃不受热
