玻璃及其加工工藝

關(guān)于玻璃及其加工工藝第1頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三玻璃的發(fā)現(xiàn)

第2頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

玻璃是一種具有無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體。它沒有固定的熔點，在物理和力學(xué)性能上表現(xiàn)為均質(zhì)的各向同性。

大多數(shù)玻璃都是由礦物原料和化工原料經(jīng)高溫熔融，然后急劇冷卻而形成的。在形成的過程中，如加入某些輔助原料，如助熔劑、著色劑等可以改善玻璃的某些性能。玻璃的概念和組成第3頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

玻璃與特種玻璃：普通玻璃：平板玻璃、夾層玻璃、熱反射玻璃、熱吸收玻璃、建材微晶玻璃、中空玻璃、汽車玻璃、鋼化玻璃、眼鏡玻璃、瓶罐玻璃、熱水瓶玻璃、餐具玻璃、微晶玻璃餐具、耐熱玻璃餐具、光學(xué)玻璃、玻璃纖維、增強用玻璃纖維、電子玻璃（電真空玻璃）、顯象管玻璃、封接玻璃、光掩模玻璃、理化玻璃、醫(yī)用玻璃、溫度計玻璃、顏色玻璃、發(fā)泡玻璃、裝飾玻璃和工藝玻璃等。特種玻璃：通訊用玻璃光纖、激光玻璃、激光核聚變玻璃、電子器件用玻璃、法拉第旋轉(zhuǎn)玻璃、石英玻璃、放射性核廢料固化玻璃、云母微晶玻璃、多孔玻璃、生物玻璃、生化玻璃、氧氮玻璃、凝膠玻璃、水合玻璃、偏振玻璃、鍍膜玻璃、天然玻璃（黑曜石）等。第4頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三玻璃的一般制備方法

——熔化冷卻法

“熔化”也稱“熔煉”，是鋼、鐵、鋁等金屬材料；玻璃、鑄石、熔鑄耐火材料、人工晶體等無機非金屬材料材料的主要工藝過程。在實驗室條件下，玻璃熔化實驗的過程（玻璃的主要制備工藝）是：第5頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三玻璃熔制的五個階段

①硅酸鹽形成：主要的固相反應(yīng)結(jié)束，配合料變成由硅酸鹽和二氧化硅組成的不透明燒結(jié)物。800～900℃。②玻璃的形成：硅酸鹽燒結(jié)物和二氧化硅熔融、溶解、擴(kuò)散，使不透明的半熔融燒結(jié)物變?yōu)橥该鞯牟Ａб?，不再含有未反?yīng)的配合料顆粒。1200～1400℃。③澄清：排除可見氣泡。1200～1400℃。玻璃液粘度10Pa·S。④玻璃液的均化：消除條紋和其他不均體，使玻璃各部分在化學(xué)組成上達(dá)到預(yù)期的均勻一致。⑤玻璃液的冷卻：讓玻璃液的粘度增高至成形所需的范圍。通常溫度降低200～300℃。第6頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三室溫800～900oC1200~1400oC1200~1400oC300~500oC第7頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

一種是將玻璃液通過垂直引上或平拉、延壓等方法而成，稱為普通平板玻璃。一種是將玻璃液漂浮在金屬液(如錫液)面上，讓其自由攤平，經(jīng)牽引逐漸降溫退火而成，稱為浮法玻璃。一平板玻璃

平板玻璃是板狀玻璃的統(tǒng)稱。成分多屬于鈉—鈣—硅酸鹽．平板玻璃具有透光、透視．隔熱、隔聲、耐磨、耐候等特性，并且通過著色、表面處理、強化、復(fù)合等方法制成彩色玻璃、鍍膜玻璃、鋼化玻璃、夾層玻璃等特殊制品。第8頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三熱彎玻璃防彈玻璃第9頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

垂直引上法是利用拉引機械從玻璃溶液表面垂直向上引拉玻璃帶，經(jīng)冷卻變硬而成玻璃平板的方法。根據(jù)引上設(shè)備不同，又分為有槽引上、無槽引上和對輥引上等方法。

其特點是成型容易控制，可同時生產(chǎn)不同寬度和厚度的玻璃，但寬度和厚度也受到成型設(shè)備的限制，產(chǎn)品質(zhì)量也不是很高，易產(chǎn)生波筋、線道、表面不平整等缺陷。

平板玻璃的生產(chǎn)方法

垂直引上法第10頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三有槽引上法成型示意圖

第11頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三無槽引上法成型示意圖

第12頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

浮法玻璃的生產(chǎn)過程是將熔融的玻璃液經(jīng)過流槽磚進(jìn)入盛有熔融錫液的錫槽中，由于玻璃液的密度較錫液小，玻璃液便浮在錫液表面上，在其本身的重力及表面張力的作用下，能均勻地攤平在錫液表面上，同時玻璃的上表面受到高溫區(qū)的拋光作用，從而使玻璃的兩個表面均很平整。然后經(jīng)過定型、冷卻后，進(jìn)入退火窯退火、冷卻，最后經(jīng)切割成為原片。浮法玻璃工藝示意如圖所示。

浮法第13頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三浮法玻璃工藝示意圖第14頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三重油燃燒氣氛保護(hù)錫槽熔窯熔融玻璃熔融錫牽引輥玻璃帶浮法玻璃的制造過程示意圖第15頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

浮法玻璃按用途可分為制鏡級、汽車級、建筑級。浮法玻璃按厚度分為以下幾種規(guī)格：2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、15mm和19mm。浮法玻璃的分類及規(guī)格第16頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

常用玻璃材料

(1)磨砂玻璃磨砂玻璃又叫毛玻璃或暗玻璃，采用噴砂或研磨等機械方法，或者用氫氟酸溶液磨蝕等化學(xué)方法將玻璃表面處理成均勻毛面。其表面呈精細(xì)凹凸，可使光線產(chǎn)生漫射，只有透光性而不能透視，具有均勻柔和的效果。常用于建筑物中要求透光而不透像的門窗，以及玻璃黑板、照相屏板等。

(2)磨光玻璃磨光玻璃又稱鏡面玻璃，采用平板玻璃拋光而得。分為單面磨光和雙面磨光兩種。磨光玻璃表面平整光滑，有光澤，透光率達(dá)84％，物象透過玻璃不變形。磨光玻璃主要用于安裝大型門窗，制作鏡子等。第17頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三常用玻璃材料(3)夾層玻璃夾層玻璃是利用透明、粘接力強的塑料膜片將兩塊或兩塊以上的平板玻璃在高溫高壓作用之下粘接起來的玻璃。粘接用的塑料膜片常為聚乙烯醇縮丁醛樹脂和聚碳酸酯樹脂。夾層玻璃的強度高，有優(yōu)異的抗沖擊和抗穿透性能，破碎時玻璃碎片被塑料膜片粘結(jié)，不易脫離飛散．主要用作汽車、飛機的風(fēng)擋玻璃，防彈玻璃，也用于有特殊安全要求的建筑物門窗、幕墻及展示陳列等方面。第18頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(4)鋼化玻璃

鋼化玻璃又稱強化玻璃。鋼化玻璃彈性好，抗沖擊強度高(普通平板玻璃的4-6倍)，抗彎強度高(普通平板玻璃的3倍)。強化處理方式有：物理方式，如風(fēng)淬火、油淬火和熔融淬火；化學(xué)方式，如表面離子交換、表面晶化、酸處理等。通常，鋼化玻璃多指經(jīng)風(fēng)淬火處理的玻璃．鋼化玻璃破碎后裂成圓鈍的小碎片，碎片不帶尖銳棱角，可減少對人的傷害。鋼化玻璃不能進(jìn)行機械切割，鉆孔等加工。多用于交通運瑜車輛的車窗和建筑門窗，隔墻等。常用玻璃材料第19頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三凡通過物理鋼化(淬火)和化學(xué)鋼化處理的玻璃稱為鋼化玻璃。(1)物理鋼化玻璃物理鋼化又稱淬火鋼化，是將普通平板玻璃在加熱爐中加熱到接近軟化點溫度(650℃左右)，使之通過本身的形變來消除內(nèi)部應(yīng)力，然后移出加熱爐，立即用多頭噴嘴向玻璃兩面噴吹冷空氣，使之迅速且均勻地冷卻。鋼化玻璃應(yīng)力狀態(tài)見圖。鋼化玻璃的處理方法與原理第20頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三圖鋼化玻璃應(yīng)力狀態(tài)

（a）普通玻璃受彎作用截面應(yīng)力分布；（b）鋼化玻璃截面預(yù)應(yīng)內(nèi)力分布；（c）鋼化玻璃受彎作用截面應(yīng)力分布第21頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(2)化學(xué)鋼化玻璃化學(xué)鋼化玻璃采用離子交換法進(jìn)行鋼化，其方法是將含堿金屬離子鈉(Na＋)或鉀(K+)的硅酸鹽玻璃浸入熔融狀態(tài)的鋰(Li＋)鹽中，使鈉或鉀離子在表面層發(fā)生離子交換，使表面層形成鋰離子的交換層。當(dāng)冷卻到常溫后，玻璃便處于內(nèi)層受拉應(yīng)力、外層受壓應(yīng)力的狀態(tài)，其效果與物理鋼化相似，因此提高了應(yīng)用強度。第22頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(5)夾絲玻璃夾絲玻璃又稱防碎玻璃和鋼絲玻璃。它是把普通平板玻璃加熱到紅熱軟化狀態(tài)，將預(yù)熱處理的金屬絲或金屬網(wǎng)壓入玻璃中間而制成的。下圖為玻璃的夾絲形式。由于金屬絲或金屬網(wǎng)的嵌入，夾絲玻璃在遭受沖擊或溫度劇變時破而不缺，裂而不散，具有較好的安全性和防火性。央絲玻璃的顏色可以是無色的或彩色的，表面可以是壓花的或磨光的。常用于建筑物的門窗、走廊、天井等處。常用玻璃材料第23頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三常用玻璃材料第24頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(6)彩色玻璃彩色玻璃是對通過的可見光具有一定的選擇性吸收的玻璃。根據(jù)著色工藝，可分為本體著色和表面著色兩種．本體著色是在玻璃原料中加入金屬氧化物，熔融后能產(chǎn)生的顏色有茶色、蘭色、灰色、綠色等。表面著色則是在玻璃表面覆敷一層金屬的、金屬氧化物或有機物的顏色涂層，使玻璃呈色。彩色玻璃分透明和不透明兩種，其色澤有多種，可拼成各種花紋圖案，產(chǎn)生獨特的裝飾效果。(7)釉面玻璃在玻璃表面涂敷一層彩色易熔性色釉，然后加熱到彩釉的熔融溫度，使釉層與玻璃牢固結(jié)合在一起，經(jīng)退火或鋼化等不同熱處理方式而制成。常用玻璃材料第25頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(8)花紋玻璃將玻璃依設(shè)計圖案加以雕刻、印刻等無彩色處理，使表面呈現(xiàn)透明與不透明的花紋圖案，具有良好的藝術(shù)裝飾效果．根據(jù)加工方法分為：壓花玻璃、噴花玻璃和刻花玻璃。壓花玻璃又稱瑯花玻璃．是熔融玻璃經(jīng)刻有花紋圖案的壓延輥而制成，分單面壓花和雙面壓花玻璃．壓花玻璃由于花紋凸凹不平使光線漫射，失去透視性，并降低透光率(透光率為60％--70％)常用作建閱物門窗或室內(nèi)隔墻等。噴花玻璃又稱膠花玻璃，是在玻璃表面貼以刻有花紋圖案的紙型作為保護(hù)層，通過噴砂處理而成?？袒úＡ怯善桨宀ＡЫ?jīng)涂覆，雕刻、圍臘，酸蝕、研磨而成。常用玻璃材料第26頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(9)中空玻璃中空玻璃又杯隔熱玻璃，是在兩塊或多塊平板玻璃之間充以干噪氣體，四周邊緣用膠接、焊接或熔接的方法密封而成的玻璃制品，圖為中空玻璃結(jié)構(gòu)示意圖。具有優(yōu)良的保溫、隔熱、隔聲及防結(jié)露等性能。可用彩色玻璃、鋼化玻璃、夾層玻璃、鍍膜玻璃等作外層原片，以改善性能和裝飾效果。廣泛用干鐵路車輛、建筑物、冷藏庫、冷藏櫥柜等處。常用玻璃材料第27頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

(10)熱反射玻璃熱反射玻璃又稱鍍履玻璃，是在平板玻璃表面涂敷金屬或金屬氧化物涂層的玻璃。具有良好的隔熱性能和遮光性，并有單向透像性，對太陽輻射熱有較高的反射能力，可節(jié)約室內(nèi)空凋的能量。鍍膜玻璃外觀具有多種色彩及鏡面效果，增加建筑物的美觀，用作建筑物門窗、幕墻等。生產(chǎn)這種鍍膜玻璃的方法有熱分解法、噴涂法、浸涂法、金屬離子遷移法、真空鍍膜、真空磁控濺射法、化學(xué)浸漬法等。但熱反射玻璃幕墻使用不恰當(dāng)或使用面積過大會造成光污染和建筑物周圍溫度升高，影響環(huán)境的和諧。

常用玻璃材料第28頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(11)光柵玻璃光柵玻璃又稱鐳射玻璃．以玻璃為基材，用特殊材料或特殊工藝使玻璃表面形成全息光柵或幾何光柵的玻璃。在光源照射下，光柵玻璃發(fā)生物理衍射現(xiàn)象產(chǎn)生七彩光。按結(jié)構(gòu)可分為單層光柵玻璃，普通夾層光柵玻璃和鋼化夾層光柵玻璃。品種有透明光柵玻璃、印刷圖案光柵玻璃、半透明半反射光柵玻璃和金屬質(zhì)感光柵玻璃，主要用作建筑物的裝飾材料及輕工產(chǎn)品的外觀裝飾材料。(12)光致變色玻璃隨光線強弱而變色的玻璃，又稱光色玻璃。在玻璃中引入鹵化銀等光敏劑而得。光照的玻璃顏色隨光線增強而漸漸變暗，照射停止后．玻璃又恢復(fù)到原來的顏色。可用于變色眼鏡、防光材料顯示裝置的制作及全息存儲等。常用玻璃材料第29頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

這是一種用于制造日用器皿、藝術(shù)品和裝飾品的玻璃。用這種玻璃制成的器皿應(yīng)有很好的透明度和白度(日光下呈無色或很弱的藍(lán)色)，或具有鮮艷的顏色和清晰美觀的圖案，表面潔凈有一定光澤，有較好的熱抗震性、化學(xué)穩(wěn)定性、機械強度。器皿玻璃分為一般器皿玻璃和晶質(zhì)玻璃，主要用于制作茶具、餐具、炊具、藝術(shù)制品等。二器皿玻璃

第30頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三玻璃的成型玻璃的成型是將熔融的玻璃液加工成具有一定形狀和尺寸的玻璃制品的工藝過程。常見的玻璃成型方法有：壓制成型、吹制成型和拉制成型。

(1)壓制成型壓制成型是在模具中加入玻璃熔料加壓成形，多用于玻璃盤碟、玻璃磚。圖為玻璃壓制成型示意圖。第31頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第32頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(2)吹制成型吹制成型是先將玻璃粘料壓制成雛形型塊，再將壓縮氣體吹入處于熱熔態(tài)的玻璃型塊中，使之吹脹成為中空制品。吹制成型可分為機械吹制成型和人工吹制成型，用采制造瓶、罐、器皿、燈泡等。圖9—4為機械吹制法成型廣口瓶的示意圖，圖9—5為人工吹杯示意圖。第33頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第34頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三第35頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(3)拉制成型拉制成型是利用機械拉引力將玻璃熔體制成制品，分為垂直拉制和水平拉制，主要用來生產(chǎn)平板玻璃。玻璃管、玻璃纖維等。第36頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(4)壓延成型壓延成型是用金屬輥將玻璃熔體壓成板狀制品，主要用來生產(chǎn)壓花玻璃、夾絲玻璃等，該成型分為平面壓延與輥間壓延成型。圖9—8為壓延成型的示意圖。第37頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

泡沫玻璃又稱多孔玻璃，是一種氣孔率在80％以上，由均勻氣孔組成的玻璃。將玻璃粉與發(fā)泡劑混合并置于模具中加熱。發(fā)泡劑受熱產(chǎn)生大量氣體使軟化的玻璃膨脹成型，冷卻后脫模再退火而得。根據(jù)配料與生成工藝的不同，其氣孔可分為封閉的非連通孔。連通孔和部分連通孔。氣孔封閉的泡沫玻璃機械強度高、不透氣、不燃、導(dǎo)熱系數(shù)小，不變形，經(jīng)久耐用，可進(jìn)行鋸、鉆、釘?shù)燃庸?，是一種良好的保溫絕熱材料。氣孔相連或部分相連的泡沫玻璃具有較大的吸聲系數(shù)，多作吸聲材料。泡沫玻璃還可制成各種不同顏色，且永不褪色．是良好的裝飾材料。三泡沫玻璃第38頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三

微晶玻璃又稱玻璃陶瓷、將含有晶核生成劑的玻璃在一定條件下進(jìn)行熱處理，玻璃相中析出大量微晶體相，形成由晶體相和玻璃相構(gòu)成的復(fù)合體。微晶玻璃的結(jié)構(gòu)、性能及生成方法與玻璃、陶瓷有所不同．兼具了兩者的性能，具有優(yōu)良的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及機械加工性．適當(dāng)?shù)剡x擇晶核生成劑段晶化條件、可獲得性能極不相同的微晶玻璃品種，如耐熱微晶玻璃、可切削微晶玻璃、耐腐蝕微晶玻璃、光敏微晶玻璃、熱敏微晶玻璃等。微晶玻璃的結(jié)構(gòu)、性能及生產(chǎn)方法同玻璃和陶瓷都有所不同，其性能集中了兩者的特點，成為一類獨特的材料，所以在美國被稱為微晶陶瓷，在日本被稱為結(jié)晶化玻璃。四

微晶玻璃

第39頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三各種微晶玻璃共同的生產(chǎn)工藝流程是：配合料配制→玻璃熔融→成型→加工→結(jié)晶化處理→再加工(1)原料一般都使用礦物原料和化工原料。使用的礦物原料有硅砂、石灰石、白云石、長石、毒重石。使用的化工原料有鋅白、純堿、鉀堿、銻粉、硼砂、硼酸以及各種著色劑。微晶玻璃的生產(chǎn)工藝第40頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(2)玻璃熔融紅色與黃色的微晶玻璃因使用硒粉其揮發(fā)量可達(dá)90%，所以常使用密封性好的坩堝爐熔化。其他色彩的微晶玻璃都使用池窯熔化。建筑微晶玻璃的熔化溫度為1450~1500℃

(3)成型可采用吹制、壓制、拉制、壓延、離心澆注、重力澆注等各種成型方法。第41頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(4)結(jié)晶化前的加工對微晶玻璃的熱加工和冷加工，盡可能都在結(jié)晶化之前完成。(5)晶化熱處理玻璃經(jīng)晶化熱處理后，才能形成含有大量微小晶相的微晶玻璃。第42頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三微晶玻璃裝飾板主要作為高級建筑裝飾新材料替代天然石材。與天然石材相比有以下特點：

(1)自然柔和的質(zhì)地和色澤

(2)強度大、耐磨性好、質(zhì)量輕

(3)吸水性小、污染性小

(4)顏色豐富、加工容易

(5)優(yōu)良的耐候性和耐久性

(6)原料來源廣泛

微晶玻璃性能特點第43頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三微晶玻璃裝飾板類似于天然石材，用作內(nèi)外墻裝飾材料，廳堂的地面和微晶玻璃幕墻等建筑裝飾。低膨脹微晶玻璃也用作餐具、炊具等。目前主要規(guī)格有500mm×500mm、600mm

×600mm、600mm×900mm、900mm×1800

mm、1000mm×2000mm和1500mm×3000mm。微晶玻璃的應(yīng)用及規(guī)格第44頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(1)可釘坡璃日本研制成功一種可釘玻璃，它是把硼酸玻璃粉與碳化纖維混合后加熱制成的。這種玻璃的最大斷裂力為一般玻璃的2倍以上，無脆性，在上面釘釘子不須擔(dān)心破碎。

(2)天線玻璃日本研制成功一種電視天線窗戶玻璃，這種田璃內(nèi)層嵌有很細(xì)的天線，安裝后，室內(nèi)電視機就能呈現(xiàn)更為清晰的圖畫。新穎奇特的玻璃第45頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(3)滅菌玻璃在制造玻璃時，加入適露的銅離子，制出的玻璃就具有滅菌，防臂的功效。用此種玻璃制成器皿盛裝食品，能在24小時內(nèi)殺死所有大腸桿菌和田萄球菌，還能防止食品霉變。

(4)導(dǎo)電玻璃最近有一種導(dǎo)電玻璃問世．這種玻璃導(dǎo)電后，不但可直接用于飛機。汽車玻璃窗的防霧防霜層，還可作各種光學(xué)器件及儀器儀表的面板和液晶顯示。常用玻璃材料第46頁，講稿共55頁，2023年5月2日，星期三(5)發(fā)電玻璃這種玻璃吸收太陽光的能壁后可以發(fā)電，把它安裝在窗戶上可供室內(nèi)照明甚至提供電視機和收音機的電源。

(6)折光玻璃一種由美國研制的玻璃能把太陽光折射到房間的陰暗角落，使處于室內(nèi)的人能享受陽光的溫暖。對那些光線不足的房間，還是一種節(jié)電的用品。據(jù)稱，這種玻璃是因涂上了一種能折射光線的涂層，因此具有折射光線的作用。常用玻璃材料第47頁，講稿共55頁，2023年