玻璃及加工工艺.doc

玻璃及加工工艺一 玻璃的基本知识1 定义制造普通玻璃的主要原料是：纯碱（Na2CO3），石灰石（CaCO3）和石英（SiO2）。生产时，把原料粉碎，按适当的比率混合后，放入玻璃窖中加强热。原料熔融后发生了比较复杂的物理变化和化学变化，最后得到Na2SiO3，CaSiO3和SiO2熔化化在一起形成的物质，其主要成分是SiO2，这种物质不是晶体，称作玻璃态物质。玻璃与晶体不同，没有一定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化。在软化状态时，玻璃可以被人工吹制成任何形状的制品。2玻璃的基本特性(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1415倍。(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57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。(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。(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。2 玻璃的做法(目前我公司所用到的玻璃成型工艺) 1).吹制 (又名：口吹) 2).挤压 (又名：机压) 3).离心 4).气压 (又名：打风)属吹制 5).烤弯 (又名；平板烤弯)3 玻璃的材质(目前我公司所用到的玻璃)1).白玉、半玉2).明料(又名：大白料)3).套料(白玉+明料或色料+明料)4).水晶：即人造水晶(分别有：8%和24%两种常用的含铅水晶、K9无铅水晶)4名词解释1）退火：退火又称之为回火，意思就是由高温降到低温再慢慢冷却，这就是所谓的退火。玻璃成型将近千度，成型后的玻璃改需经过流水线的炉灶中慢慢降温到冷却，而炉灶中也是有区分为：高、中、低，冷却等之温度，这就是退火。2）浸酸：浸酸就是将玻璃浸泡一化学药剂中，经过数十秒之后取出，再用清水清洗，凉干。这种做法是破坏玻璃的表面，使原本表面光滑的玻璃变成粗糙无光，而成雾状，这就称之为浸酸。3）喷砂：又名金钢砂，用喷枪在玻璃的表面，覆盖这后呈考卷表面粗糙的这种效果称之喷砂。4) 气泡：分为坩埚内气泡下坩埚外气泡。所谓坩埚内气泡就是将料缸内增加土豆或苹果，使整个缸内的玻璃料内产生气泡，再生产的玻璃上就含有气泡。所谓坩埚外气泡就是将玻璃吹小泡后，将小泡上面撒上气泡粉，使其上面产生气泡。5）裂纹玻璃：将刚刚成形的玻璃将其浸入油与水的混合液体中几秒中，使玻璃的表层淬裂的效果。6）云彩玻璃：吹制云彩：先吹小泡后沾云彩粉，再沾料吹中泡、大泡。机压与离心云彩：先挑少许料后沾云彩粉，再继续挑料来做为机压与离心的坯料。二 玻璃的成型工艺玻璃熔窑玻璃熔窑有坩埚窑和池窑两大类。它们均包括玻璃熔制、热源供给、余热回收和排烟供气4个部分。坩埚窑 （圆炉）窑膛内放置单只或多只坩埚。坩埚窑（图1坩埚窑结构示意）中玻璃熔制的各阶段（熔化、澄清、均化、冷却）在同一坩埚中随时间推移依次进行，窑内温度制度随时间推移变动。成型时，用人工从坩埚口取料，再进行吹制、压制、拉引、浇注等，也可以坩埚底供料，或将整坩埚移出取料。坩埚材质以粘土居多，也有用铂的。形状有开口和横口（闭口）两种。开口坩埚的坩埚口朝向窑膛，能直接得到窑墙及热源辐射和传递的热能;横口坩埚的坩埚口朝向窑外,要通过坩埚壁间接取得热量，能避免窑内气氛对玻璃液的影响和污染。坩埚窑适用于熔制产量小、品种多或经常更换料种的玻璃。池窑窑膛包含一耐火材料砌筑的熔池，配合料投入窑池内熔化。池窑有间歇式和连续式两种。间歇式池窑又称日池窑，一般较小，熔池面积仅几平方米。熔制过程完成后,从取料口取料,大多采用手工或半机械成型。适用于生产特种玻璃。绝大多数池窑属于连续式,各个熔制阶段在窑的不同部位进行。各部位的温度制度是稳定的。配合料由投料口投入，在熔化部经历熔化和玻璃液澄清、均化的行进过程，转入冷却部进一步均化和冷却，继而进入成型部最后均化(包括玻璃液温度均化)和稳定供料温度。由于池窑靠近底部玻璃液温度低而呈滞流状态，因此窑池玻璃液总容量大于作业玻璃量，连续作业的加料量与成型量保持平衡。熔化好的玻璃液采用连续机械化成型。池窑的规模以熔化部面积(m2)表示。生产瓶罐玻璃的大型池窑熔化部面积达150m2以上，生产能力通常可达到300400t/24h，熔化率可达2.53t/24h/m2。连续式池窑容量大，相对散失热少，热效率明显高于坩埚窑，适于大批量高效率的连续性生产。一) 玻璃的工艺特性 1 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92所示。2玻璃原料 1).澄清剂：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清剂. 2).着色剂：使玻璃制品着色的添加剂称为着色剂，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加速的添加物称为助熔剂或加速剂。3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、离心成型和拉制成型及烤弯成型等。二) 玻璃的成型1机压玻璃1）何谓机压玻璃：机压玻璃的做法原理与冲压件基本上相似，是同样的一个道理。也就是说将冲压件的模具倒过来就成为机压模。机压玻璃的做法是先将玻璃的液体倒入下模，再用上模往下冲挤后移出，取出冲挤后的玻璃，那就成型了，这就是所谓的机压。（如图像机压）2）其主要生产设备为：圆炉或池炉，机压台，退火窑，烘口机，水切台，钻台，喷砂机，浸酸设计等。3）机压玻璃之模具（一般情况）：底模4个，盖圈2个（1个备用），冲头2个（1个备用）。4）机压玻璃之模具（异常情况）：玻璃较大，2或4个底模也可以生产玻璃较小，底模需开至46个，因玻璃越大，用料越多，越小越少，而每缸的容量都是大小一样，这样就不致令同时生产两种产品时，每缸料生产的时间拉得过长。5）机压之生产过程：前置预备作业：架模调整模具加热；正常生产操作流程：挑料下模剪料加盖圈下冲头成型出模退火后道加工检验包装。后道加工即按照图纸要求，一般有钻孔，切半，浸酸，喷砂。 6）机压玻璃之特性：颜色单一，尺寸精确，表面花纹较明显，玻璃较厚。7）机压玻璃之后道加工主要是钻孔。工具是钻床与钻头。玻璃的钻头是特属专用钻头（如图所示）2.吹制玻璃 1）何谓吹制玻璃：顾名思义也就是利用人工，使用一直径约1”左右，长约1米5左右的钢管，尾部沾上烧红的玻璃，再利用人工的口部吹气，先从吹小泡、中泡到大泡时，再放入模具中，一鼓作气吹足，这就是所谓的吹制。2）主要生产设备为：圆炉或池炉，退火窑，吹棒，钻台，水切台，火切台，爆口机，喷砂机，浸酸设备等。3）吹制产品的模具仅一个即可，分活模和死模两种。活模：须在生产前先上模灰（木屑，碳）用来保护模具，使玻璃不会直接同铁接触到，因此活模生产的产品不会产生接缝线，且玻璃都是光面的那种，活模大致用于表面光滑的产品，活模也需烫模。如口吹图像（一）死模：一般是下半部分为一整体，上半部分两开，三开或四开，玻璃表面有花纹的都是要用死模，所以死模的开模工艺较活模复杂，死模模具费较贵，寿命短，烫模时间较长，所需次数也多。如口吹白玉图像（二）4）吹制玻璃一般分为明料，白玉，套色及一些特殊做法，如云彩，裂纹，汽泡。5）生产过程为：烫模拌料吹小泡包料吹大泡下模成型出模退火后道加工检验包装。6）吹制玻璃在加工切口时有多种方式：火切，水切，电爆口，锅型热爆，除火切不需磨口外，其它三种都须经过磨口这道工序，把口部磨平，磨口时分组磨，一般用石英砂来磨，后细磨，采用金刚砂来磨，金刚砂较细，石英砂较粗，如有需要还可以倒角，以免口部太锋利而割手（但只能倒外口，不能倒内口）其它则按图纸要求来加工钻孔，切半，浸酸等。7）吹制玻璃一般比机压的玻璃薄，因此切口，钻孔等每道工序的损耗都大，也比较容易破碎，所以同样大小的玻璃，吹制比机压的价格要高。8）机压，吹制玻璃都可以做水晶玻璃，水晶玻璃即含铅较多的玻璃，一般所用8%，12%，24%即指含铅量的多少，其特性为玻璃透明度高，光线照射下带五彩折射光，扣指弹一下，会发出清脆的荡音。9）水晶玻璃：一般水晶玻璃都有花纹才能显示水晶折射的特性，水晶可用挤压和吹的，水晶玻璃的模具要用钢料，因钢模不用再电镀只要抛，而一般铁模需电镀。3.打风玻璃1）所谓打风玻璃：将玻璃料倒入粗胚模，下冲头后合模，再换到成型模后合模，将空气灌入模具中，再移开模具取出成型的玻璃，这种做法也就是所谓的打风玻璃。2）其主要生产设备同机压一样。3）打风之模具需：粗胚模，盖圈，冲头，成型模各一个。4）生产过程：烫模下料于粗胚模冲压换入成型模灌气吹成型出模退火加工检验包装。5）打风产品之特性：口部象机压，花纹较明显，玻璃较轻且壁厚均匀，具有机压，吹制的双重特性。4.离心玻璃1）何谓离心玻璃：也就是靠离心力的原理，旋转后所成型的玻璃称这离心玻璃。做法是底模为产品外观的形状，将玻璃料放入，再盖上平的上模，起动开关旋转数秒后，移开上模再取出玻璃退火后，这就是所谓的离心玻璃。（如图像离心）2）其主要生产设备同机压一样，只是将机压台换成离心台。3）离心的模具仅一个底模，一个盖圈即可。4）生产过程：烫模挑料下料加盖圈旋转模具成型后停止转动吊起盖圈出模退火加工检验包装。5）离心玻璃的特性：生产较方便，成品率高，玻璃比机压的轻，玻璃表面不会象机压一产生接缝线，口部一圈没有机压的均匀，如做云彩的，效果比机压的要好。5烤弯玻璃1）何谓烤弯玻璃：烤弯玻璃的模具，底模为产品外部形状的样子，但不需要上模，做法是将一块下好尺寸的平板玻璃材料，放在底模上面，利用加温的过程，使平板玻璃变软，往下垂紧靠紧底模，再经过慢慢退火，形成之后这就称之为烤弯玻璃。2）其主要设备是烤弯炉。3）烤弯之模具称为模板，按图纸要求先开冲压模，将不锈钢板裁剪至适用尺寸后冲压成型，为了配合生产，模板一般需要3050张。4）生产过程：先将平板玻璃切割至一定尺寸，经过光边，打孔，切割。放入模板，再经烤弯炉加热使其软化成型。有些产品弧度较深，一次性无法成型，则须再次烤弯成型。5）烤弯玻璃使用的材料为普通平板玻璃，规格一般有3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 8mm, 10mm这几种厚度。6 平板玻璃 平板玻璃是板状玻璃的统称。上下表面平行，成分多属于钠钙硅酸盐主要采用浮法、垂直引上法、平拉法和压延法生产：平板玻璃具有透光、透视隔热、隔声、耐磨、耐候等特性，并且通过着色、表面处理、强化、复合等方法制成彩色玻璃、镀膜玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃等特殊制品。 采用浮法制造技术生产印平板玻璃祢为浮法玻璃浮法玻璃的生产工艺过程如图9 -9所示。7钢化玻璃钢化玻璃是将玻璃加热到接近玻璃软化点的温度(600650)以迅速冷却或用化学方法钢化处理所得的玻璃深加工制品。它具有良好的机械性能玻璃和耐热冲击性能，又称为强化玻璃。玻璃经处理表面产生了均匀的压应力，它的强度是经过良好退火处理的玻璃的310倍，抗冲击性能也大大提高。钢化玻璃破碎时出现网状裂纹，或产生细小碎粒，不会伤人，故又称安全玻璃。钢化玻璃的耐热冲击性能很好，最大的安全工作温度为287.78，并能承受204.44的温差。故可用来制造高温炉门上的观测窗、辐射式气体加热器和干燥器等。1） 钢化玻璃主要性能，GB996388的规定摘录如下：(1) 平面钢化玻璃的弯曲度，弓形时不超过0.5%；波形时不超过0.3%。边长大于1.5m钢化玻璃的弯曲度由供需双方商定。(2) 外观质量：钢化玻璃的外观质量必须符合表443的规定。(3) 抗冲击性：规定用直径为63.5mm（质量为1040g）表面光滑的钢球放在距离试样表面1000mm的高度，使其自由落下。6块试样破坏数不超过1块为合格。注：磨边形状及质量由供需双方商定。(4)碎片状态：不同种类钢化玻璃的碎片状态 要求如下：类钢化玻璃 厚度为4mm钢化玻璃，所有5块试样中最大碎片的质量不得超过15g，厚度大于或等 于5mm钢化玻璃，每块试样在50mm50mm区域内的碎片数必须超过40个。类钢化玻璃 根据平面玻璃与人体等 接触，破坏时的碎片状态，4块试样全部破坏并且每块试样的最大10块碎片质量的总和不得超过相当于试样65cm面积的质量。类钢化玻璃 类钢化玻璃碎片应全部符合1类钢化玻璃和2类钢化玻璃碎片要求。(5)抗弯强度：平面类钢化玻璃的抗弯强度平均值不得低于200Mpa.(6）热稳定性：将300300mm的试样在室温下放置2小时，然后在其表面的中心位置浇注327.5C铅液，不应破碎。将同一块试样加热到200C并保温半小时，取出投入25C水中，不应破碎 。2） 钢化玻璃特点(1) 强度高钢化玻璃与同等 厚度 的普通平板玻璃相比，其抗弯曲强度 、耐冲击强度高35倍。如厚度 为56mm的钢化玻璃，其抗 弯强度达1.6710Pa。一块12003506mm的钢化玻璃的最大弯曲可达100mm。如6mm厚的钢化玻璃的抗冲击强度为8.13Pa,而普通平板玻璃的抗冲击强度仅为2.35PA.(2) 热冲击强度高钢化玻璃具有很高的温度急变时抵抗性（热冲击性）。与同等 厚度 的普通 玻璃相比，耐热 冲击强度 高3倍。钢化玻璃能经受的温度突变范围为250320C，而普通平板玻璃仅为70100C。(3)安全性钢化玻璃产生了均匀的内应力，从而在玻璃表面产生了预加压应力的效果。即使破碎，先出现网状裂纹，破碎后成不具有锐利棱角的钝角状细小碎块，较普通玻璃安全。8水晶1) K9水晶概述K9水晶也叫K9玻璃，也可以泛指以K9料制成的玻璃制品，用于光学镀膜等领域，每公斤价格10-15元（仅供参考，实际根据不同等级有一定较大区别）。透光度、折光效果、硬度和质感远高于树脂料。成型主要有切割打磨抛光和压形浇铸（需要熔炉）。K9料属于光学玻璃，晶莹剔透，因此衍生了很多以K9料为加工对象的工厂，他们加工出来的产品，在市面上称为水晶玻璃制品。 光学特性K9玻璃是一种性能优异的光学材料，作为激光薄膜的基底，其抗激光损伤的特性和能力，直接影响高功率激光薄膜的性能，特别是对激光增透，偏振膜。本论文采用10ns的1064nm激光，实验研究了K9玻璃前后的激光损伤特性，用Normaski显微镜分析损伤图貌，结果显示玻璃前后表面的激光损伤表现不同，前表面主要表现为烧伤，后表面主要表现为破斑，前后表面的损伤阈值之比约为1.4。后表面的损伤形貌与前表面相比，基本为灾难性损伤，多次激光脉冲打击显示，后表面的激光损伤尺度随着激光脉冲数呈指数增长。K9玻璃是用K9料制成的玻璃制品，用于光学镀膜等领域 K9料属于光学玻璃，由于它晶莹剔透，所以衍生了很多以K9料为加工对象的工厂，他们加工出来的产品，在市面上称为水晶玻璃制品。K9的组成如下：SiO2=69.13% B2O3=10.75% BaO=3.07% Na2O=10.40% K2O=6.29% As2O3=0.36%它的光学常数为：折射率=1.51630 色散=0.00806 阿贝数=64.062) 人造水晶synthetic quartz crystal 分子式：-SiO2 1性质：人工方法生长的石英晶体。石英在高压下能溶于碱性溶液。晶体结构较完整、含孪晶、空穴、夹杂较少。利用其溶解度随温度降低而减少，可从氢氢化钠或碳酸钠溶液中生长出石英晶体。合成压力16.5MPa，温度400。在（001）基面生长速度1.27m/日。主要用于电子工业、超声发生器、光学仪器和分析仪器。人造水晶即高铅玻璃，或称为铅晶质玻璃，即在普通玻璃(成分是二氧化硅)中加入24%的氧化铅，就会得到亮度和透明度与天然水晶类似的人造水晶。 特点 氧化铅的含量国际标准为24%，这时人造水晶的化学性能最好，与普通玻璃相比，主要是比重大，手感沉重；折射率大，能透射出光谱的五彩十色；硬度高，耐磨。 用途 含24%氧化铅的铅玻璃通过提炼，除杂质，手工吹制，打磨抛光，精细雕刻，可以制成高档优质铅玻璃艺术品，光线通过雕刻的刻面可以折射出五彩六色。 标准 国际上对玻璃有严格的概念，Glass: 即普通的玻璃产品。Crystal: 既铅玻璃，或者叫水晶，氧化铅含量达到24%。因此，含24%氧化铅优质高铅玻璃的保证。 普通玻璃VS人造水晶 人造水晶是含氧化铅的玻璃，含氧化铅的成分越高，折光率和硬度越高，成品就越显得纯净晶莹，同时越难以切割，制成品也就越稀有。因而优质的水晶器皿与普通玻璃或低折光度的水晶的价值差别是很大的。 听声音 用手弹击器皿时所听到的声音会不同，人造水晶制品的声音清脆，有如金属般撞击后会有余音缭绕的感觉，带有金属声的“铛铛”声，硬度越高的水晶，声音越响亮。而玻璃制品的声音则闷重、无回音，是较闷的“啪啪”声。 看光泽 在太阳光下比较，优质水晶折射出的七彩光颜色鲜艳，且过渡光非常自然和丰富，玻璃折光的颜色往往是不完全的而且较暗淡。其透明度在自然光下比较，优质水晶透明度高，显示出晶莹的白色，而普通玻璃或不纯净的水晶会发黄或杂有青色。 比花纹 对于同样成色的水晶，花纹的手工成度越高，在小面积上花纹成型越细致繁复，价值就越高。用手抚摸，手工花纹表面有碴手的粗糙感，而机制花纹表面是光滑的。 认品牌：选人造水晶制品要看品牌，因为，只有较好的工厂的产品才有质量技术保证，如知名水晶企业：顺元水晶等。 比硬度 由于水晶硬度远高于普通玻璃，长期使用也往往不会变污，而玻璃反复使用久了，则很易有划痕及表面变污等。人造水晶比玻璃的硬度要大，因此，用人造水晶去划玻璃的表面时会留下一道痕迹，而用玻璃划水晶时则无此痕迹出现。 掂重量：同样大小的两件物品，人造水晶制品要比玻璃的重，玻璃的相对轻一些。 人造水晶和纯天然水晶实质的区别人造水晶和天然水晶的主要区别是什么呢？据知名水晶工艺品公司“顺元水晶”介绍：天然水晶成色一般的里面会有杂质，有棉一样的东西，还有冰裂，如果是人造的水晶，有时候会有气泡。,天然水晶的温度与人造水晶的温度差别是很大的,人造的感觉不到那种冰感. 可以放到水里,可以看到它的过渡色. 天然水晶的光泽与人造不同,天然的更亮更自然,戴段时间颜色会变的更好,假的颜色只会越来越暗。9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