玻璃加工过程及深加工（钢化玻璃）.doc

玻璃加工工艺及深加工（刚化玻璃）目录：1.玻璃加工工艺 2.璃深加工（刚化玻璃）玻璃加工工艺流程简述：我们知道固体材料可以分为有机材料和无机材料两大类。有机材料有木材、塑料、有机玻璃、棉布、羊毛、尼龙等等。无机材料按照结构可以分成单晶体、多晶体和玻璃三大类。单晶体有规则的外形和严格规则的结构，例如红宝石是氧化铝单晶，水晶是二氧化硅单晶，金刚钻则是碳的单晶。多晶体是大量小单晶的集合体，各种陶瓷、金属都是多晶材料。玻璃是经熔融、冷却、固化而得到的非结晶固体。它的结构在原子、分子范围内有一定规则（近程有序），但在宏观范围却又没有规则（远程无序）。它可以依靠模具做成各种形状。玻璃的这种无规则结构，决玻璃的特性： 玻璃定义：1各向同性，玻璃的质点排列总的说来是无规则的，但又是统计均匀的，因此，它的物理、化学性质在任何方向都是相同的。而晶体则是各向异性的。例：电阻率、导热系数、透过率、折射率等。 2无固定熔点，玻璃由固体转变为液体是在一定温度范围内逐渐变化的。而晶体是有确定的熔点的，例如，冰（水的晶体）在0C融化。玻璃的这一特性使它可用吹、拉、压等多种方法成形。 3组成和性能的可调性，玻璃的性能可随其成分在一定范围内发生连续和逐渐的变化。而晶体则具有固定的成分和确定的性能。这样，我们就可以调节玻璃的成分，使它的性能满足使用的要求。 玻璃是生产工艺过程配料技术及成形：1 配料，按照设计好的料方单，将各种原料称量后在一混料机内混合均匀。玻璃的主要原料有：石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。 2 熔制，将配好的原料经过高温加热，形成均匀的无气泡的玻璃液。这是一个很复杂的物理、化学反应过程。玻璃的熔制在熔窑内进行。熔窑主要有两种类型：一种是坩埚窑，玻璃料盛在坩埚内，在坩埚外面加热。小的坩埚窑只放一个坩埚，大的可多到20个坩埚。坩埚窑是间隙式生产的，现在仅有光学玻璃和颜色玻璃采用坩埚窑生产。另一种是池窑，玻璃料在窑池内熔制，明火在玻璃液面上部加热。玻璃的熔制温度大多在13001600C。大多数用火焰加热，也有少量用电流加热的，称为电熔窑。现在，池窑都是连续生产的，小的池窑可以是几个米，大的可以大到400多米。 3 成形，是将熔制好的玻璃液转变成具有固定形状的固体制品。成形必须在一定温度范围内才能进行，这是一个冷却过程，玻璃首先由粘性液态转变为可塑态，再转变成脆性固态。成形方法可分为人工成形和机械成形两大类。 A 人工成形。又有（1）吹制，用一根镍铬合金吹管，挑一团玻璃在模具中边转边吹。主要用来成形玻璃泡、瓶、球（划眼镜片用）等。（2）拉制，在吹成小泡后，另一工人用顶盘粘住，二人边吹边拉主要用来制造玻璃管或棒。（3）压制，挑一团玻璃，用剪刀剪下使它掉入凹模中，再用凸模一压。主要用来成形杯、盘等。（4）自由成形，挑料后用钳子、剪刀、镊子等工具直接制成工艺品。B 机械成形。因为人工成形劳动强度大，温度高，条件差，所以，除自由成形外，大部分已被机械成形所取代。机械成形除了压制、吹制、拉制外，还有（1）压延法，用来生产厚的平板玻璃、刻花玻璃、夹金属丝玻璃等。（2）浇铸法，生产光学玻璃。（3）离心浇铸法，用于制造大直径的玻璃管、器皿和大容量的反应锅。这是将玻璃熔体注入高速旋转的模子中，由于离心力使玻璃紧贴到模子壁上，旋转继续进行直到玻璃硬化为止。（4）烧结法，用于生产泡沫玻璃。它是在玻璃粉末中加入发泡剂，在有盖的金属模具中加热，玻璃在加热过程中形成很多闭口气泡这是一种很好的绝热、隔音材料。此外，平板玻璃的成形有垂直引上法、平拉法和浮法。浮法是让玻璃液流漂浮在熔融金属（锡）表面上形成平板玻璃的方法，其主要优点是玻璃质量高（平整、光洁），拉引速度快，产量大。4退火，玻璃在成形过成中经受了激烈的温度变化和形状变化，这种变化在玻璃中留下了热应力。这种热应力会降低玻璃制品的强度和热稳定性。如果直接冷却，很可能在冷却过程中或以后的存放、运输和使用过程中自行破裂（俗称玻璃的冷爆）。为了消除冷爆现象，玻璃制品在成形后必须进行退火。退火就是在某一温度范围内保温或缓慢降温一段时间以消除或减少玻璃中热应力到允许值。 此外，某些玻璃制品为了增加其强度，可进行刚化处理。包括：物理刚化（淬火），用于较厚的玻璃杯、桌面玻璃、汽车挡风玻璃等；和化学刚化（离子交换），用于手表表蒙玻璃、航空玻璃等。刚化的原理是在玻璃表面层产生压应力，以增加其强度。 钢化玻璃的定义钢化玻璃又称强化玻璃。它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力层，玻璃本身具有较高的抗压强度，不会造成破坏。当玻璃受到外力作用时，这个压力层可将部分拉应力抵销，避免玻璃的碎裂，虽然钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态，但玻璃的内部无缺陷存在，不会造在成破坏，从而达到提高玻璃强度的目的。 钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品，钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。 物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。它时将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度（600）时，通过自身的形变消除内部应力，然后将玻璃移出加热炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面，使其迅速且均匀地冷却至室温，即可制得钢化玻璃。这种玻璃处于内部受拉，外部受压的应力状态，一旦局部发生破损，便会发生应力释放，玻璃被破碎成无数小块，这些小的碎片没有尖锐棱角，不易伤人。 化学钢化玻璃是通过改变玻璃的表面的化学组成来提高玻璃的强度，一般是应用离子交换法进行钢化。其方法是将含有碱金属离子的硅酸盐玻璃，浸入到熔融状态的锂（Li）盐中，使玻璃表层的Na或K离子与Li离子发生交换，表面形成Li离子交换层，由于Li的膨胀系数小于Na、K离子，从而在冷却过程中造成外层收缩较小而内层收缩较大，当冷却到常温后，玻璃便同样处于内层受拉，外层受压的状态，其效果类似于物理钢化玻璃。 钢化玻璃强度高，其抗压强度可达125MPa以上，比普通玻璃大45倍；抗冲击强度也很高，用钢球法测定时，0.8kg的钢球从1.2m高度落下，玻璃可保持完好。 钢化玻璃的弹性比普通玻璃大得多，一块1200mm350mm6mm的钢化玻璃，受力后可发生达100mm的弯曲挠度，当外力撤除后，仍能恢复原状，而普通玻璃弯曲变形只能有几毫米。 热稳定性好，在受急冷急热时，不易发生炸裂是钢化玻璃的又一特点。这是因为钢化玻璃的压应力可抵销一部分因急冷急热产生的拉应力之故。钢化玻璃耐热冲击，最大安全工作温度为288，能承受204的温差变化。 由于钢化玻璃具有较好的机械性能和热稳定性，所以在建筑工程、交通工具及其他领域内得到广泛的应用。平钢化玻璃常用作建筑物的门窗、隔墙、幕墙及橱窗、家具等，曲面玻璃常用于汽车、火车及飞机等方面。 使用时应注意的是钢化玻璃不能切割、磨削，边角不能碰击挤压，需按现成的尺寸规格选用或提出具体设计图纸进加工定制。用于大面积的玻璃幕墙的玻璃在钢化上要予以控制，选择半钢化玻璃，即其应力不能过大，以避免受风荷载引起震动而自爆。 根据所用的玻璃原片不同，可制成普通钢化玻璃、吸热钢化玻璃、彩然钢化玻璃、钢化中空玻璃等。钢化玻璃的概念：钢化玻璃又称强化玻璃，是一种预应力玻璃。它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力层，玻璃本身具有较高的抗压强度，不会造成破坏。当玻璃受到外力作用时，这个压力层可将部分拉应力抵消，避免玻璃的碎裂，虽然钢化玻璃内部处于较大的拉应力状态，但玻璃的内部无缺陷存在，不会造成破坏，从而达到提高玻璃强度的目的。众所周知，材料表面的微裂纹是导致材料破裂的主要原因。因为微裂纹在张力的作用下会逐渐扩展，最后沿裂纹开裂。而玻璃经钢化后，由于表面存在较大的压应力，可使玻璃表面的微裂纹在挤压作用下变得更加细微，甚至“愈合”。生产工艺及缺陷性：钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品，钢化玻璃的加工可分为物理钢化法和化学钢化法。物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。它是将普通平板玻璃在加热炉中加热到接近玻璃的软化温度（600）时，通过自身的形变消除内部应力，然后将玻璃移出加热炉，再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面，使其迅速且均匀地冷却至室温，即可制得钢化玻璃。这种玻璃处于内部受拉而外部受压的应力状态，一旦局部发生破损，便会发生应力释放，玻璃被破碎成无数小块，这些小的碎片没有尖锐棱角，不易伤人。在钢化玻璃的生产过程中，对产品质量影响最大的当是如何使玻璃形成较大而均匀的内应力。而对产量影响最大的则是如何防止炸裂和变形。不论是上述哪个影响因素都与玻璃的加热和冷却条件密切相关。当玻璃均匀加热到钢化温度后骤然冷却时，由于内外层降温速度的不同，表层急剧冷却收缩，而内层降温收缩迟缓。结果内层因被压缩受压应力，表层受张应力。随着玻璃的继续冷却，表层已经硬化停止收缩，而内层仍在降温收缩，直至到达室温。这样表层因受内层的压缩形成压应力，内层则形成张应力，并被永久的保留在钢化玻璃中。由于玻璃是抗压强而抗拉弱的脆性材料，当超过抗张强度时玻璃即行破碎，所以内应力的大小及其分布形式是影响玻璃强度及炸裂的主要原因。另一种情况是玻璃在可塑状态下冷却时，不论是加热不均，还是冷却不均，只要在同一块玻璃上有温差，就会有不同的收缩量。在降至室温时，温度越高的地方降温越多，收缩量越大，玻璃也就越短。相反温度越低的地方降温少，收缩量也小，玻璃也就长。一块玻璃如各处长短不一则势必发生板面翘曲。这样我们就不难理解玻璃为什么会变形以及怎样防止变形。由于钢化玻璃内部的应力分布已处于均衡的状态，当进行切割、钻孔等再加工时，因应力平衡破坏而引起破碎，所以一般不允许进行再加工。但是轻微的加工，例如对划伤、彩虹等缺陷进行抛光时，对产品性能并没有多大影响。钢化玻璃在热处理完成以后及使用过程中有无直接外力的作用下会发生自行爆裂的现象。据国外研究统计，自爆率一般为0.1%0.3。引起自爆的主要原因是玻璃中硫化镍相变引起的体积膨胀所导致，自爆率一般为2左右。解决自爆的对策主要有：控制钢化应力，均质处理等。其中对玻璃进行均质处理是最有效且根本的办法。均质处理的有效性取决于均质炉的性能及均质工艺，必须重视炉内玻璃放置方式、均质温度制度、炉内气流走向以及对均质自爆机理及影响因素等。均质处理（HST）是公认的彻底解决自爆问题的有效方法。将钢化玻璃再次加热到290左右并保温一定时间，使硫化镍在玻璃出厂前完成晶相转变，让今后可能自爆的玻璃在工厂内提前破碎。这种钢化后再次热处理的方法，国外称作“HeatSoakTest”，简称HST。我国通常将其译成“均质处理”，也俗称“引爆处理”。钢化玻璃强度高，其抗压强度可达125MPa以上，比普通玻璃大45倍；抗冲击强度也很高，用钢球法测定时，1kg的钢球从1m高度落下，玻璃可保持完好。钢化玻璃的弹性比普通玻璃大得多，一块l200mm350mm6mm的钢化玻璃，受力后可发生达100mm的弯曲挠度，当外力撤除后，仍能恢复原状，而普通玻璃弯曲变形只能有几毫米。热稳定性好，在受急冷急热时，不易发生炸裂是钢化玻璃的又一特点。这是因为钢化玻璃的压应力可抵销一部分因急冷急热产生的拉应力之故。钢化玻璃耐热冲击，最大安全工作温度为288，能承受204的温差变化。由于钢化玻璃具有较好的机械性能和热稳定性，所以在建筑工程、交通工具及其他领域内得到广泛的应用。平钢化玻璃常用作建筑物的门窗、隔墙、幕墙及橱窗、家具等，曲面玻璃常用于汽车、火车及飞机等方面。使用时应注意的是钢化玻璃不能切割、磨削，边角不能碰击挤压，需按现成的尺寸规格选用或提出具体设计图纸进加工定制。用于大面积的玻璃幕墙的玻璃在钢化上要给予控制，选择半钢化玻璃，即其应力不能过大，以避免受风荷载引起震动而自爆。根据所用的玻璃原片不同，可制成普通钢化玻璃、吸热钢化玻璃、彩色钢化玻璃、钢化中空玻璃等。应力特征成为鉴别真假钢化玻璃的重要标志。目前，在业内鉴别钢化玻璃与普通玻璃主要靠听，也就是说用手敲击玻璃，如果玻璃发出清脆响声，则说明玻璃是钢化玻璃，反之则为普通玻璃。钢化玻璃的生产工艺：钢化玻璃加工工艺分类：一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃在特定工艺条件下，经淬火法或风冷淬火法加工处理而成。另一种是将普通平板玻璃或浮法玻璃通过离子交换方法，将玻璃表面成分改变，使玻璃表面形成一层压应力层加工处理而成。钢化玻璃具有抗冲击强度高(比普通平板玻璃高45倍)、抗弯强度大(比普通平板玻璃高5倍)、热稳定性好以及光洁、透明、等特点。在遇超强冲击破坏时，碎片呈分散细小颗粒状，无尖锐棱角，故属于安全玻璃钢化玻璃的主要优点：1钢化玻璃强度较之普通玻璃提高数倍，抗弯强度是普通玻璃的35倍，抗冲击强度是普通玻璃510倍，提高强度的同时亦提高了安全性。2、钢化玻璃使用安全，其承载能力增大改善了易碎性质，即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片，对人体的伤害极大地降低了. 钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有23倍的提高，一般可承受150LC以上的温差变化，对防止热炸裂有明显的效果。钢化玻璃的缺点：1、 钢化后的玻璃不能再进行切割，和加工，只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形状，再进行钢化处理。2、 钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃在温差变化大时有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。钢化玻璃的种