陶瓷玻璃材料與其加工工藝課件

1、玻璃材料與其加工工藝玻璃材料與其加工工藝玻璃材料玻璃材料一一 概述概述 古代稱為壁流璃、琉璃、頗璃，近代也稱為料。 玻璃是指熔融物冷卻凝固所得到的非晶態(tài)無機材料。其物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)等是各向同性的。 工業(yè)上大量生產(chǎn)的普通玻璃是以石英石英為主要成分的硅酸鹽玻璃。二二 組成組成一般通過熔燒硅土（砂、石英、和燧石），加上堿（蘇達或鉀堿、碳酸堿）而得到的，其中堿是作為助溶劑，也可以加入其他物質(zhì)，例如石灰（提高穩(wěn)定性）、鎂石灰（提高穩(wěn)定性）、鎂（去除雜質(zhì)）、氧化鋁（提高光潔度）（去除雜質(zhì)）、氧化鋁（提高光潔度）或加入各種金屬加入各種金屬氧化物得到不同的顏色氧化物得到不同的顏色玻璃分類玻璃分類1. 按玻璃

2、特性分類按玻璃特性分類 平板玻璃、容器玻璃、光學(xué)玻璃、平板玻璃、容器玻璃、光學(xué)玻璃、電真空玻璃、工藝美術(shù)玻璃、照明器具玻璃和建筑用電真空玻璃、工藝美術(shù)玻璃、照明器具玻璃和建筑用玻璃等。表玻璃等。表4-52. 按玻璃用途和使用環(huán)境分類按玻璃用途和使用環(huán)境分類 日用玻璃、技術(shù)玻璃、日用玻璃、技術(shù)玻璃、建筑玻璃和玻璃纖維四種。建筑玻璃和玻璃纖維四種。3. 按玻璃化學(xué)成分分類按玻璃化學(xué)成分分類 石英玻璃、鈉鈣硅酸鹽玻璃、石英玻璃、鈉鈣硅酸鹽玻璃、鉛玻璃、鉛玻璃、 硫系氧硫系半導(dǎo)體玻璃、金屬玻璃等。硫系氧硫系半導(dǎo)體玻璃、金屬玻璃等。 表表4-44. 按玻璃制造方法分類按玻璃制造方法分類 吹制、拉制、壓制

3、、鑄造等玻吹制、拉制、壓制、鑄造等玻璃。璃。二二 玻璃的主要性質(zhì)玻璃的主要性質(zhì)1. 強度強度 玻璃是一種脆性材料脆性材料，抗張強度較低而抗壓強度約為抗張強度的十幾倍。2. 硬度硬度 玻璃的硬度比較大，僅次于金剛石和碳化硅等材料。不能用普通刀具進行切割。3. 光學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì) 是一種高度透明的物質(zhì)，具有吸收或透過紫外線、紅外線、感光等重要光學(xué)性能。 4. 電學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì) 常溫下一般玻璃是絕緣體，有些玻璃是半導(dǎo)體材料。溫度升高時，玻璃的導(dǎo)電性迅速提高，熔融狀態(tài)則變?yōu)榱紝?dǎo)體。玻璃的導(dǎo)電性與其組成有關(guān)。5. 熱性質(zhì)熱性質(zhì) 玻璃是熱的不良導(dǎo)體，玻璃耐急冷急熱性差，制品越厚，承受溫度急劇變化的能力越差。

4、 玻璃的熱穩(wěn)定性與玻璃的熱膨脹系數(shù)有關(guān)。玻璃的熱穩(wěn)定性與玻璃的熱膨脹系數(shù)有關(guān)。6. 化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性 化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。玻璃耐酸蝕較高而耐堿蝕較差。（氫氟酸除外）7. 玻璃具有良好的加工性能玻璃具有良好的加工性能，可進行切割、研磨、鉆孔、雕刻、拋光等機械加工和化學(xué)處理等。 常用玻璃材料常用玻璃材料1. 平板玻璃 組成上屬于鈉鈣玻璃系列。軟化點低，易于成型。具有透光、透視、隔聲、隔熱、耐磨、耐氣候變化等性能。平板玻璃按厚度分為1.2、2、3、4、5、6、8、10、12、15、19mm等規(guī)格。 平板玻璃制品有以下幾類： 窗用玻璃又稱單光玻璃，作用透光、擋風(fēng)和保溫。 磨光玻璃又叫鏡面玻璃，分為單

5、面磨光和雙面磨光。 磨砂玻璃又叫毛玻璃，通過手工研磨或氫氟酸溶蝕。 花紋玻璃按加工方法分為壓花玻璃和噴花玻璃。 有色玻璃又稱彩色玻璃，分透明和不透明有色玻璃。 2. 中空玻璃中空玻璃 多采用膠接法將多采用膠接法將兩塊玻璃保持一定間隔，間隔兩塊玻璃保持一定間隔，間隔中是干燥的空中是干燥的空 氣，周邊再用密氣，周邊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、隔熱、防霜、防結(jié)露性能。能隔熱、防霜、防結(jié)露性能。能在在-2540度之間正常使用。度之間正常使用。中空玻璃原理圖中空玻璃原理圖3.夾層玻璃夾層玻璃 夾層玻璃一般由夾層玻璃一般由兩片普通平板玻璃兩片普通平板玻璃(也可以是鋼也可以是鋼

6、化玻璃或其他特殊玻璃化玻璃或其他特殊玻璃)和玻璃和玻璃之間的有機膠合層構(gòu)成。當(dāng)受之間的有機膠合層構(gòu)成。當(dāng)受到破壞時，碎片仍粘附在膠層到破壞時，碎片仍粘附在膠層上，避免了碎片飛濺對人體的上，避免了碎片飛濺對人體的傷害。多用于汽車、火車、船傷害。多用于汽車、火車、船舶、飛機及高層建筑等。舶、飛機及高層建筑等。 夾層玻璃原理夾層玻璃原理3.鋼化玻璃鋼化玻璃 是普通平板玻是普通平板玻璃經(jīng)過再加工處理而成一種預(yù)應(yīng)璃經(jīng)過再加工處理而成一種預(yù)應(yīng)力玻璃。鋼化玻璃相對于普通平力玻璃。鋼化玻璃相對于普通平板玻璃來說，具有兩大特征：板玻璃來說，具有兩大特征： （1) 前者強度是后者的數(shù)倍，前者強度是后者的數(shù)倍，抗拉

7、度是后者的抗拉度是后者的3倍以上，抗沖倍以上，抗沖擊是后者擊是后者5 倍以上。倍以上。 （2) 鋼化玻璃不容易破碎，即鋼化玻璃不容易破碎，即使破碎也會以無銳角的顆粒形式使破碎也會以無銳角的顆粒形式碎裂，對人體傷害大大降低。碎裂，對人體傷害大大降低。4. 防火玻璃：具有良好的透光性能和防火阻燃性能。它是由兩層具有良好的透光性能和防火阻燃性能。它是由兩層或兩層以上玻璃用透明防火膠黏在一起制成的。或兩層以上玻璃用透明防火膠黏在一起制成的。5. 鍍膜玻璃鍍膜玻璃 是在玻璃表面涂鍍一層或多層金屬、合金或金屬化合是在玻璃表面涂鍍一層或多層金屬、合金或金屬化合物薄膜，以改變玻璃光學(xué)性能，滿足某種特定要求。特

8、性分類：物薄膜，以改變玻璃光學(xué)性能，滿足某種特定要求。特性分類： 熱反射熱反射玻璃（建筑和玻璃幕墻）、低輻射玻璃（建筑和汽車）、導(dǎo)電膜玻璃玻璃（建筑和玻璃幕墻）、低輻射玻璃（建筑和汽車）、導(dǎo)電膜玻璃（加熱、除霜、除霧玻璃）。（加熱、除霜、除霧玻璃）。熱輻射玻璃熱輻射玻璃導(dǎo)電膜玻璃導(dǎo)電膜玻璃6. 鑲嵌玻璃鑲嵌玻璃 由許多經(jīng)過精致加工的小片異形玻璃，用晶亮的金屬由許多經(jīng)過精致加工的小片異形玻璃，用晶亮的金屬條鑲嵌成一幅美麗的圖案，兩面再用鋼化玻璃或浮法玻璃以中空的形式將條鑲嵌成一幅美麗的圖案，兩面再用鋼化玻璃或浮法玻璃以中空的形式將圖案封在兩層玻璃之中。（門、窗、屏風(fēng)）圖案封在兩層玻璃之中。（門、

9、窗、屏風(fēng)）7. 微晶玻璃微晶玻璃 在高溫下使結(jié)晶從玻璃中析出而成的材料，由結(jié)晶相和在高溫下使結(jié)晶從玻璃中析出而成的材料，由結(jié)晶相和部分玻璃相組成。微晶玻璃的吸水率接近零，所以不易污染。且硬度很大。部分玻璃相組成。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電磁爐微晶玻璃電磁爐9.玻璃馬賽克 是由石英、長石、純堿、氟化物等配合料經(jīng)高溫熔制后在加工成方形玻璃制品。8. U型玻璃型玻璃 是采用壓延方法生產(chǎn)的一種極為獨是采用壓延方法生產(chǎn)的一種極為獨特的玻璃型材，它的外形和槽鋼一樣。特的玻璃型材，它的外形和槽鋼一樣。10.噴雕、彩繪玻璃噴雕、彩繪玻璃 是技術(shù)和藝術(shù)結(jié)合的

10、裝潢品。（隔斷、是技術(shù)和藝術(shù)結(jié)合的裝潢品。（隔斷、屏風(fēng)、壁畫等）屏風(fēng)、壁畫等）11.防彈玻璃防彈玻璃 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膠片科學(xué)地組合而成。因為玻璃膠片科學(xué)地組合而成。因為玻璃有較高的硬度而有較高的硬度而PVB膠片有較好的韌性。膠片有較好的韌性。（軍事防御、銀行柜臺、珠寶首飾的展示柜（軍事防御、銀行柜臺、珠寶首飾的展示柜等）等）其他新型玻璃其他新型玻璃l鐳射玻璃l智能玻璃l呼吸玻璃l真空玻璃智能玻璃智能玻璃鐳射玻璃鐳射玻璃真空玻璃真空玻璃玻璃成型加工工藝一. 原料制備 玻璃生產(chǎn)的主要原料有玻璃形成體、玻璃調(diào)整物和玻璃中間體，其余為輔助原料。 (1) 主要

11、原料主要原料 指引入玻璃形成網(wǎng)絡(luò)的氧化物、中間體氧化物和網(wǎng)絡(luò)外氧化物。主要包括以下幾種： 石英砂、砂巖、石英巖、石英石英砂、砂巖、石英巖、石英：以硅氧四面體【SiO4】的結(jié)構(gòu)組元形成不規(guī)則的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，稱為玻璃骨架玻璃骨架。約占配料重量的6575。 硼酸、硼砂及含硼礦物硼酸、硼砂及含硼礦物：向玻璃中引入B2O3原料。降低玻璃的膨脹系數(shù)，提高其熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度，增加折射率，改善光澤。起助熔劑能加速玻璃的澄清和降低玻璃的結(jié)晶能力。 長石、瓷土、蠟石長石、瓷土、蠟石：向玻璃中引入Al2O3原料。提高玻璃熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、機械強度、硬度、折射率，減輕玻璃對耐火材料的侵蝕，并有助于氟化物

12、的乳濁。 純堿、芒硝純堿、芒硝：向玻璃中引入Na2O,良好的助熔劑，降低玻璃粘度，易于熔融和成型。但Na2O會降低玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度，在玻璃中一般不超過18。 方解石、石灰石、白堊方解石、石灰石、白堊：向玻璃中引入CaO原料。穩(wěn)定劑。含量較高時，能使玻璃的結(jié)晶化傾向增大，易使玻璃發(fā)脆易使玻璃發(fā)脆。在玻璃中一般不超過12.5。 硫酸鋇、碳酸鋇硫酸鋇、碳酸鋇：向玻璃中引入BaO原料。 含含BaO的玻璃吸收輻的玻璃吸收輻射線的能力較強。射線的能力較強。 鉛化合物鉛化合物：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澤和良好的電性能。 （2）輔助原料輔助原

13、料 包括澄清劑、助熔劑、乳濁劑、著色劑、脫色劑、氧化劑和還原劑等。 澄清劑：澄清劑： 向玻璃配合料或玻璃熔液中加入一種高溫時本身能氣化或分解放出氣體，促進排出玻璃中氣泡的添加物。 著色劑：著色劑：使玻璃制品著色的添加物。對光線選擇性吸收，從而呈現(xiàn)一定顏色。鈷化物鈷化物蘭色蘭色；銀化物銀化物黃色黃色；硒化物硒化物紅寶石色紅寶石色。 脫色劑：脫色劑：提高無色玻璃的透明度。 助熔劑（加速劑）：助熔劑（加速劑）：促使玻璃熔制過程加速的添加物。 乳濁劑：乳濁劑：對光線產(chǎn)生不透明的乳濁狀態(tài)的添加物。玻璃生產(chǎn)工藝玻璃生產(chǎn)工藝 1 原料預(yù)加工原料預(yù)加工 將塊狀原料粉碎，使潮濕原料干燥，將含鐵原料進行除鐵處理，

14、以保證玻璃質(zhì)量。 2 配合料制備配合料制備 3 熔制熔制 玻璃配合料在池窯或坩堝窯內(nèi)進行高溫加熱，使之形成均勻、無氣泡，并符合成型要求的液態(tài)玻璃。主要分為硅酸鹽的形成、玻璃的形成、澄硅酸鹽的形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷卻四個階段。清、均化和冷卻四個階段。 4 成型成型 將液態(tài)玻璃加工成所要求形狀和尺寸的玻璃制品的工藝過程。主要有壓壓制法、吹制法、拉制法、壓延法、制法、吹制法、拉制法、壓延法、澆注法和燒結(jié)法等。 5 熱處理熱處理 一般包括退火和淬火兩種工藝。退火退火是消除或減小消除或減小玻璃制品中的熱應(yīng)力熱應(yīng)力至允許值的熱處理過程。對光學(xué)玻璃和某些特種玻璃制品，通過退火處理使內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻結(jié)構(gòu)

15、均勻，達到要求的光學(xué)性能。淬火淬火使玻璃表面形成規(guī)律、均勻分布形成規(guī)律、均勻分布的壓力層的壓力層，提高機械強度和熱穩(wěn)定性提高機械強度和熱穩(wěn)定性。6.3.2 玻璃成形工藝與模具 （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?？招牟Ａе破返某尚瓮ǔ?有壓制法與吹制法兩種。有壓制法與吹制法兩種。 1 1）壓制法）壓制法 壓制法所用的壓制法所用的 主要機械部件有模型、沖頭和主要機械部件有模型、沖頭和 模杯，采用供料機供料和自動模杯，采用供料機供料和自動壓機成形。壓機成形。 圖6-5 壓制成形示意圖 6.3.2 6.3.2 玻璃成形工藝與模具玻璃成形工藝與模具2 2）吹制法）吹制法 機

16、械吹制可以分為壓機械吹制可以分為壓- -吹法、轉(zhuǎn)式吹制法。吹法、轉(zhuǎn)式吹制法。 壓壓- -吹法：該法的特點是先用壓制的方法制成制品的口部吹法：該法的特點是先用壓制的方法制成制品的口部和雛形，然后再移入成形模中吹成制品。因為雛形是壓制的，和雛形，然后再移入成形模中吹成制品。因為雛形是壓制的，制品是吹制的，所以稱為壓制品是吹制的，所以稱為壓- -吹法。吹法。 圖6-6 壓-吹法成形廣口瓶示意圖 1-雛形模； 2-成形模；3-沖頭；4-口模；5-口模鉸鏈；6-吹氣頭；7-模底 6.3.2 玻璃成形工藝與模具2 2）吹制法）吹制法 吹-吹法：該方法的特點，是先在帶有口模的雛形模中制成口部和吹成雛形，再將

17、雛形移入成形模中吹成制品。因為雛形和制品都是吹制的，所以稱為吹-吹法。 圖6-7 翻轉(zhuǎn)料泡吹制法示意圖（a）落料撲氣（b）倒吹氣（c）反轉(zhuǎn)入成形模（d）吹制 6.3.2 玻璃成形工藝與模具 （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、壓延法。壓延法。 1 1浮法成形浮法成形 浮法是指熔窯熔融的玻璃液流入錫槽后在熔融金屬錫液的浮法是指熔窯熔融的玻璃液流入錫槽后在熔融金屬錫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。 圖6-9 浮法生產(chǎn)示意圖 1-流槽；2-玻璃液；13-碹頂；4-玻璃帶，5

18、-錫液； 6-槽底；7-保護氣體管道；8-拉邊器；9-過渡輥臺；10-閘板 6.3.2 玻璃成形工藝與模具 （二）平板玻璃成形 2. 垂直引上法成形 垂直引上法成形可分為有槽垂直引上和無槽垂直引上兩種。 （1）有槽垂直引上法是使玻璃通過槽子磚縫隙成形平板玻璃的方法，其成形過程如圖6-10所示。圖6-10 有模垂直引上室 1-通路；2-小眼；3-大梁；4-槽子磚；5-主水包；6-輔助水包；7-板報；8-石棉輥；9-引上機；10-原板 6.3.2 玻璃成形工藝與模具 （二）平板玻璃成形 3. 平拉法成形 平拉法與無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高度處，經(jīng)轉(zhuǎn)向輥轉(zhuǎn)向水平方向，由平拉輥牽引，當(dāng)玻璃板溫度冷卻到退火上限溫度后，進入水平輥道退火窯退火。 圖6-12 平拉法成形示意圖1-玻璃液；2-引磚；3-拉邊器；4-轉(zhuǎn)向輥；5-水冷卻器；6-玻璃帶 6.3.2 玻璃成形工藝與模具 （二）平板玻璃成形 4.壓延法成形 壓延法有單輥壓延法和對輥壓延法兩種。圖6-13 壓延法成形示意圖 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 在常溫下通過機械方法改變外形和表面狀態(tài)。 （1）研磨和拋光）研磨和拋光 俗稱磨光，將制品上的粗糙不平或成型時余留的部分去掉，達到預(yù)定形狀和尺寸。目的使制品表面光滑、透明、平整。 （2 2）切割、噴砂和鉆孔）切割、噴砂和鉆孔 切割是利用脆性和殘余應(yīng)力的特點，在待切割的局部造成應(yīng)力集中，易于折斷。噴砂是利用夾帶細粒石英砂或金剛砂的高速氣流，使玻璃制品表面受砂粒的沖擊，形成毛面。 2. 熱加工熱加工 通過熱加工最后成型或改善制品的性能和外觀質(zhì)量。如燒口、火拋光、火焰切割、鉆孔等。 火拋光火拋光二、表面處理二、表面處理l研磨l拋光l磨邊