產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料與工藝課件章

第7章玻璃及加工工藝本章要點(diǎn)1.玻璃的光學(xué)性質(zhì)、玻璃的物理機(jī)械性質(zhì)、玻璃的化學(xué)性質(zhì)。2.玻璃的幾種分類方法。3.常用玻璃加工工藝的特點(diǎn)和適用范圍。4.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中常用玻璃，功能各異的新型玻璃。5.玻璃在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。玻璃：一種較為透明的固體物質(zhì)，在熔融時(shí)形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，冷卻過(guò)程中粘度逐漸增大并硬化而不結(jié)晶的硅酸鹽類非金屬材料。普通玻璃是由化學(xué)氧化物的組成（），主要成份是二氧化硅。

玻璃具有一系列優(yōu)良的性能，玻璃在日常環(huán)境中呈化學(xué)惰性，亦不會(huì)與生物起作用，玻璃一般不溶于酸（例外：氫氟酸與玻璃反應(yīng)生成

，從而導(dǎo)致玻璃的腐蝕）；但溶于強(qiáng)堿，例如氫氧化銫。7.1玻璃的特性產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝圖7-1玻璃制品1.光學(xué)性質(zhì)玻璃是一種高度透明的物質(zhì)，具有良好的透視、透光性能，具有一定的光學(xué)常數(shù)，具有吸收或透過(guò)紫外線和紅外線的性能，具有感光、光變色、光存、光顯示等光學(xué)性能。2.硬度玻璃的硬度較大，僅次于金剛石、碳化硅等材料，不能用普通刀具切割。玻璃常溫下的硬度值在莫氏5～7之間。3.強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，是典型的脆性材料；

4.熱性質(zhì)玻璃的導(dǎo)熱性很差，熱穩(wěn)定性較差，極冷極熱易發(fā)生炸裂。5.電學(xué)性能常溫下玻璃是電的不良導(dǎo)體，溫度升高導(dǎo)電性迅速提高，熔融狀態(tài)則是良導(dǎo)體6.化學(xué)性質(zhì)有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，通常情況下，對(duì)酸堿鹽及化學(xué)試劑和氣體都有較強(qiáng)的抵抗能力，但長(zhǎng)期遭受侵蝕性介質(zhì)的作用也能導(dǎo)致變質(zhì)和破壞。7.1玻璃的特性產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝玻璃通常按主要成分分為氧化物玻璃和非氧化物玻璃。非氧化物玻璃品種和數(shù)量很少，主要有硫系玻璃和鹵化物玻璃。氧化物玻璃按其成分可分為：

1.普通玻璃（Na2SiO3·CaSiO3·SiO2

或Na2O·CaO·6SiO2）

2.石英玻璃（以純凈的石英為主要原料制成的玻璃，成分僅為SiO2）

3.鉀玻璃（K2O·CaO·SiO2）

4.硼酸鹽玻璃（SiO2·B2O3）

5.有色玻璃在（普通玻璃制造過(guò)程中加入一些金屬氧化物。Cu2O——紅色；CuO——藍(lán)綠色；CdO——淺黃色；CO2O3——藍(lán)色；Ni2O3——墨綠色；MnO2——紫色；膠體Au——紅色；膠體Ag——黃色）

。7.2玻璃的分類產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.2.1按成分分類

6.變色玻璃（用稀土元素的氧化物作為著色劑的高級(jí)有色玻璃）

7.光學(xué)玻璃（在普通的硼硅酸鹽玻璃原料中加入少量對(duì)光敏感的物質(zhì)，如AgCl、AgBr等，再加入極少量的敏化劑，如CuO等，使玻璃對(duì)光線變得更加敏感）

8.彩虹玻璃（在普通玻璃原料中加入大量氟化物、少量的敏化劑和溴化物制成）

9.防護(hù)玻璃（在普通玻璃制造過(guò)程加入適當(dāng)輔助料，使其具有防止強(qiáng)光、強(qiáng)熱或輻射線透過(guò)而保護(hù)人身安全的功能。如灰色——重鉻酸鹽，氧化鐵吸收紫外線和部分可見(jiàn)光；藍(lán)綠色——氧化溴、氧化亞鐵吸收紅外線和部分可見(jiàn)光；鉛玻璃——氧化鉛吸收X射線和r射線；暗藍(lán)色——重鉻酸鹽、氧化亞鐵、氧化鐵吸收紫外線、紅外線和大部分可見(jiàn)光；加入氧化鎘和氧化硼吸收中子流。

7.2玻璃的分類產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.2.1按成分分類玻璃按性能特點(diǎn)又分為：普通玻璃、鋼化玻璃、多孔玻璃(即泡沫玻璃，孔徑約40

μ，用于海水淡化、病毒過(guò)濾等方面）、導(dǎo)電玻璃(用作電極和飛機(jī)風(fēng)擋玻璃)、微晶玻璃、乳濁玻璃（用于照明器件和裝飾物品等）和中空玻璃（用作門窗玻璃）等。7.2玻璃的分類產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.2.2按性能分類

壓制成形，其工藝過(guò)程如圖7-2所示，是利用壓力將置于模具內(nèi)玻璃熔料擠壓成型，適用于形狀容易脫模的制品，如玻璃盤碟、玻璃磚等。7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.1壓制成型圖7-2壓制成型圖7-3壓制成型的玻璃盤工藝過(guò)程如圖7-4所示，是先將玻璃粘料，壓制成雛形型快，再將壓縮空氣吹入處于熱熔態(tài)的玻璃型塊中，使之吹脹成中空的制品。吹制成形分為機(jī)械吹制成形和人工吹制成形。7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.2吹制成形圖7-4吹制成型人工吹制成形的方法是，吹制工手持一條長(zhǎng)約1.5M的空心鐵管，一端從熔爐中蘸取玻璃液（挑料），一端為吹嘴。挑料后在滾料板（碗）上滾勺。吹氣，形成玻璃料泡，在模中吹成制品，也可無(wú)模自由吹制，最后從吹管上敲落。冷卻后成型。7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.2吹制成形圖7-5人工吹制成形圖7-6吹制成形的制品拉制成形是利用機(jī)械拉力將熔融玻璃制成制品的成形方法，拉制成型分水平拉制和垂直拉制，主要用于加工平板玻璃、玻璃管、玻璃纖維等。7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.3拉制成形圖7-7垂直引上拉管壓延成形是利用金屬輥的滾動(dòng)將玻璃熔融體壓制成板狀制品，主要用來(lái)生產(chǎn)壓花玻璃、夾絲玻璃等。7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.4壓延成形圖7-8壓延成型玻璃產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中由于溫度的變化劇烈和不均勻，玻璃制品內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，降低了制品的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，在后期的存放或機(jī)械加工過(guò)程中自行破裂，制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的不均勻性，又可能造成玻璃制品光學(xué)性質(zhì)的不均勻，因此玻璃制品成形后，都要進(jìn)行熱處理。玻璃的熱處理包括淬火和退火兩種工藝。

退火就是消除玻璃制品內(nèi)部的熱應(yīng)力的過(guò)程，對(duì)光學(xué)玻璃通過(guò)退火可以使內(nèi)部均勻，提高光學(xué)性能。

淬火就是使玻璃形成一個(gè)有規(guī)律、均勻分布的壓力層，提高玻璃制品的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.5玻璃的熱處理

1.玻璃的冷加工

玻璃的冷加工是指在常溫下，用機(jī)械的方法對(duì)玻璃進(jìn)行加工，常用的冷加工方法有切割、鉆孔等。（1）切割：玻璃的切割是利用金鋼石刀具在玻璃表面劃割，形成劃痕，并沿著劃痕處斷裂。（2）鉆孔：利用金剛石鉆頭、硬合金鉆頭、超聲波對(duì)玻璃進(jìn)行打孔。2.玻璃的熱加工

有些形狀復(fù)雜和要求特殊的玻璃制品，需要通過(guò)熱加工進(jìn)行最后成形。常用熱加工方法有；火焰切割、火拋光、燒口等。7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.6玻璃的二次加工3.玻璃制品的表面處理

玻璃的表面處理是對(duì)成形后的玻璃制品表面再加工，以獲得所需的表面效果，包括消除表面缺陷的研磨、拋光、磨邊；形成特殊效果的噴砂、車刻、蝕刻、彩飾、涂層等。（1）研磨：研磨是利用磨具，將玻璃制品表面的缺陷或殘留凸出部分加工掉，使制品的形狀、尺寸以及表面質(zhì)量滿足使用要求。（2）拋光：利用拋光材料，消除研磨后玻璃表面殘留的凹凸層和裂紋，以獲得光滑、平整的表面。（3）噴砂：通過(guò)噴槍用壓縮空氣將磨料噴射到玻璃表面，形成毛面或花紋圖案、文字等。7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.6玻璃的二次加工3.玻璃制品的表面處理（4）雕刻：雕刻又稱刻花，分為人工雕刻和電腦雕刻兩種。其中人工雕刻利用嫻熟刀法的深淺和轉(zhuǎn)折配合，更能表現(xiàn)出玻璃的質(zhì)感，使所繪圖案給人呼之欲出的感受。雕刻玻璃是家居裝修中很有品位的一種裝飾玻璃，所繪圖案一般都具有個(gè)性“創(chuàng)意”，反映著居室主人的情趣所在和追求。

7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.6玻璃的二次加工圖7-9雕刻玻璃3.玻璃制品的表面處理（5）蝕刻：先在玻璃表面涂覆石蠟等保護(hù)層并在其上刻出花紋圖案，讓后利用化學(xué)藥物（多用氫氟酸）的腐蝕作用，蝕刻出露出的部分，再去除保護(hù)層，即得到所需圖案。（6）彩飾：利用玻璃色釉對(duì)玻璃器皿進(jìn)行藝術(shù)裝飾。有描繪、噴花、印花、貼花等不同技法。所有的玻璃彩飾，均在最后經(jīng)彩燒，彩釉才能牢固地熔附于玻璃表面，經(jīng)久耐用,，并使色釉平滑，色彩鮮艷、光亮。

7.3玻璃的加工工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.3.6玻璃的二次加工圖7-10彩飾玻璃制品在所有玻璃制品中，平板玻璃是應(yīng)用做多的一種玻璃制品。普通平板玻璃按其生產(chǎn)方法不同主要分為三種：即上引法平板玻璃(分有槽/無(wú)槽兩種)、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。浮法玻璃由于厚度均勻、上下表面平整平行，沒(méi)有波筋、勞動(dòng)生產(chǎn)率高且有利于管理等的因素的影響，正成為生產(chǎn)平板玻璃的主流。

浮法玻璃生產(chǎn)的成型過(guò)程如圖7-11所示，熔融玻璃從熔窯中連續(xù)流出，進(jìn)入通入保護(hù)氣體（

及

）的錫槽中并漂浮在相對(duì)密度較大的錫液表面上，在重力和表面張力的作用下，玻璃液在錫液表面上鋪開(kāi)、攤平，硬化、冷卻后被引上過(guò)渡輥臺(tái)。輥臺(tái)上的輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)，把玻璃拉出錫槽進(jìn)入退火窯，經(jīng)退火、裁切，就得到平板玻璃產(chǎn)品。

7.4常用玻璃產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.4.1普通平板玻璃圖7-11浮法玻璃生產(chǎn)示意圖1．鋼化玻璃它是普通玻璃經(jīng)過(guò)再加工處理而成的一種預(yù)應(yīng)力玻璃。鋼化玻璃相對(duì)于普通玻璃來(lái)說(shuō)，具有兩大特征：

（1）鋼化玻璃抗拉度是普通玻璃的3倍以上，抗沖擊是普通玻璃的5倍以上。

（2）鋼化玻璃不容易破碎，即使破碎也會(huì)以無(wú)銳角的顆粒形式碎裂，對(duì)人體傷害大大降低。

2．磨砂玻璃在普通玻璃上面用機(jī)械研磨的方法，將玻璃表面加工成毛面，使光線產(chǎn)生漫射，只透光而不透視。一般多用在厚度在9毫米以下的玻璃，以5、6毫米厚度居多。

3．噴砂玻璃性能上基本上與磨砂玻璃相似，不同的是改磨砂為噴砂。由于兩者視覺(jué)上類同，很多情況下人們都把它們混為一談。

7.4常用玻璃產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.4.2加工玻璃4．壓花玻璃是采用壓延方法制造的一種平板玻璃，表面具有凹凸不平的花紋，其最大的特點(diǎn)是透光不透視，多用于洗手間等裝飾區(qū)域。

7.4常用玻璃產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.4.2加工玻璃圖7-12壓花玻璃5．夾絲玻璃是采用壓延方法，將金屬絲或金屬網(wǎng)嵌于玻璃板內(nèi)制成的一種具有抗沖擊平板玻璃，受撞擊時(shí)只會(huì)形成輻射狀裂紋而不至于墮下傷人。故多用于高層樓宇和震蕩性強(qiáng)的建筑。

6．中空玻璃采用膠接法將兩塊玻璃保持一定間隔，間隔中間是干燥的空氣，周邊再用密封材料密封而成，具有隔熱、隔音、防霜、防結(jié)露的作用，中空玻璃可以在-25到-40條件下正常使用，是新型的透明墻體材料。

7.夾層玻璃夾層玻璃一般由兩片普通平板玻璃(也可以是鋼化玻璃或其它特殊玻璃)和玻璃之間的有機(jī)膠合層（如尼龍等）構(gòu)成。當(dāng)受到破壞時(shí)，碎片仍粘附在膠層上，避免了碎片飛濺對(duì)人體的傷害。多用于安全要求較高的場(chǎng)合下。

7.4常用玻璃產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.4.2加工玻璃8.防彈玻璃實(shí)際上就是夾層玻璃的一種，只是構(gòu)成的玻璃多采用強(qiáng)度較高的鋼化玻璃，而且?jiàn)A層的數(shù)量也相對(duì)較多。多用于銀行或者豪宅等對(duì)安全要求非常高的工程之中。

7.4常用玻璃產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.4.2加工玻璃圖7-13夾層防彈玻璃1.低輻射玻璃低輻射玻璃又稱low-e（樓依）玻璃，是鍍膜玻璃家庭中的一員，此玻璃可減低室內(nèi)外溫差而引起的熱傳遞。

它是一種既能像普通玻璃一樣讓室外太陽(yáng)光、可見(jiàn)光透過(guò)，又像紅外線反射鏡一樣，將物體二次輻射熱反射回去的新一代鍍膜玻璃。在任何氣候環(huán)境下使用，均能達(dá)到控制陽(yáng)光、節(jié)約能源、熱量控制調(diào)節(jié)及改善環(huán)境。

低輻射玻璃又被稱其為恒溫玻璃：即無(wú)論室內(nèi)外溫差有多少，只要裝上這種玻璃，就可以花費(fèi)很少的空調(diào)費(fèi)用而保持室內(nèi)恒定的溫度，呈現(xiàn)冬暖夏涼的境地。

但要注意的是，低輻射玻璃除了影響玻璃的紫外線、遮光系數(shù)外，從某個(gè)角度上觀察會(huì)有小許不同顏色顯現(xiàn)在玻璃的反射面上。

2.聰敏彩色玻璃這種玻璃在空氣中出現(xiàn)某些化學(xué)物質(zhì)時(shí)會(huì)改變顏色，這使它在環(huán)境監(jiān)視、醫(yī)學(xué)診斷以及家居裝飾等方面能發(fā)揮重要的作用。

7.4常用玻璃產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.4.3新型玻璃

3.鐳射玻璃在玻璃上涂敷一層感光層，利用激光在上刻劃出任意的幾何光柵或全息光柵，鍍上鋁（或銀、鋁）再涂上保護(hù)漆，這就制成了鐳射玻璃。它在光線照射下，能形成衍射的彩色光譜，而且隨著光線的入射角或人眼觀察角的改變而呈觀出變幻多端的迷人圖案。其使用壽命可達(dá)50年，而且正向家庭裝潢發(fā)展。

4.智能玻璃這種玻璃是利用電致變色原理制成。智能玻璃的特點(diǎn)是，當(dāng)太陽(yáng)在中午，朝南方向的窗戶，隨著陽(yáng)光輻射量的增加，會(huì)自動(dòng)變暗，與此同時(shí)，處在陰影下的其它朝向窗戶開(kāi)始明亮。裝上智能窗戶后，人們不必為遮擋驕陽(yáng)配上暗色或裝上遮光窗簾了。5.真空玻璃這種玻璃是雙層的，由于在雙層玻璃中被抽成為真空，所以絕熱性能極佳，具有熱阻極高的特點(diǎn)，這是其它玻璃所不能比擬的。真空窗戶有很高的實(shí)用價(jià)值。酷暑，室外高溫?zé)o法“鉆”入室內(nèi)；嚴(yán)冬，房?jī)?nèi)的暖氣不會(huì)逸出，稱得上是抵御炎暑、寒冷侵襲的“忠誠(chéng)衛(wèi)士”，而且沒(méi)有空調(diào)所帶來(lái)的種種弊端。7.4常用玻璃產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.4.3新型玻璃

玻璃，往往給人一種神秘和優(yōu)雅的感覺(jué)，玻璃具有天然的美感，玻璃的透明性和變幻無(wú)窮的色彩感和流動(dòng)感，充分展現(xiàn)了玻璃的材質(zhì)美。玻璃的材質(zhì)美在于透明性，這是玻璃“最可貴的品質(zhì)”。有人把玻璃藝術(shù)創(chuàng)作比喻為“猶如在水和空氣中工作”這道出了玻璃的材質(zhì)特點(diǎn)：似有似無(wú)，實(shí)中有虛。面對(duì)一件純凈無(wú)瑕的玻璃藝術(shù)品，人們時(shí)時(shí)會(huì)產(chǎn)生種種遐想，甚至有一種超凡入圣的感覺(jué)。7.5玻璃在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝圖7-14玻璃的材質(zhì)美玻璃的材質(zhì)美的另一個(gè)特點(diǎn)是，反射性。玻璃具有光滑而且堅(jiān)硬的表面，使玻璃具有強(qiáng)烈的光反射能力。玻璃是光的載體，光是玻璃的韻律。無(wú)論是透明的，還是半透明的，玻璃都呈現(xiàn)了光與影融為一體的質(zhì)感美，這是其它材料所無(wú)法仿效的的情調(diào)。利用玻璃的透光、反光特性，對(duì)玻璃進(jìn)行雕刻、繪畫(huà)等藝術(shù)創(chuàng)作，可制作出晶瑩剔透，豐富多彩的具有光的旋律的藝術(shù)玻璃制品，它們可以作為裝飾材料用作各種室內(nèi)、室外裝飾，也可以用作家具，器皿等器物的裝飾。藝術(shù)玻璃將光學(xué)和美學(xué)完美地結(jié)合在一起，具有獨(dú)特的質(zhì)感美，這是其它材料無(wú)法替代的。人們?cè)谏钊肓私獠ＡУ奶匦灾校粩鄶U(kuò)大著玻璃的表現(xiàn)力，以致玻璃在日益融進(jìn)人們物質(zhì)生活的同時(shí)，一步步登上了藝術(shù)殿堂。7.5玻璃在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.6.1藝術(shù)玻璃制品圖7-15雕刻玻璃圖7.5玻璃在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.6.1藝術(shù)玻璃制品圖7-17藝術(shù)玻璃移動(dòng)門7-16玻璃裝飾品7.5玻璃在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.6.1藝術(shù)玻璃制品圖7-16花瓶7.5玻璃在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.6.2玻璃器皿圖7-17咖啡用具隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，當(dāng)代玻璃器皿的設(shè)計(jì)不僅僅是單純的功能設(shè)計(jì)，而是在滿足玻璃器皿使用功能的前提下，充分運(yùn)用工藝技術(shù)和美觀因素的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)展示了人類駕馭玻璃材料，運(yùn)用技術(shù)手段的能力和創(chuàng)造藝術(shù)美的才華，高度體現(xiàn)了玻璃玻璃材料卓越的工藝技術(shù)和藝術(shù)化表現(xiàn)方式的完美結(jié)合，從分展現(xiàn)了玻璃材質(zhì)的自然美。圖7-18酒杯7.5玻璃在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.6.2玻璃器皿圖7-19茶具7.5玻璃在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料概論7玻璃及加工工藝7.6.3玻璃家具圖7-20玻璃桌子在現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)中，各種透明、半透明材質(zhì)越來(lái)越受到一些設(shè)計(jì)師的偏愛(ài)，晶瑩透明的藝術(shù)玻璃家具也倍受