第九章玻璃的成形

1、玻璃工艺学1第一节第一节 概述概述 n定义：定义： 玻璃的成形，是指熔融玻璃转变为具有固定几何形状玻璃的成形，是指熔融玻璃转变为具有固定几何形状制品的过程。是极其复杂的多种性质不同作用的综合。其制品的过程。是极其复杂的多种性质不同作用的综合。其中，机械的和热的作用具有重要的意义。中，机械的和热的作用具有重要的意义。n成形的两个过程：成形的两个过程： 1、成形：赋予制品以一定的几何形状、成形：赋予制品以一定的几何形状 决定因素：玻璃的流变性。即粘度、表面张力、可决定因素：玻璃的流变性。即粘度、表面张力、可塑性、弹性以及这些性质的温度变化特征。塑性、弹性以及这些性质的温度变化特征。 2、定形：制品

2、的形状固定下来、定形：制品的形状固定下来 决定因素：玻璃的热性质和周围介质影响下玻璃的决定因素：玻璃的热性质和周围介质影响下玻璃的硬化速度。硬化速度。第九章第九章 玻璃的成形玻璃的成形玻璃工艺学2分类：分类： 玻璃的热塑成形（本章内容）玻璃的热塑成形（本章内容） 玻璃的冷成形，包括物理成形（研磨和抛光）、化学玻璃的冷成形，包括物理成形（研磨和抛光）、化学成形（高硅氧的微孔玻璃）。也称为玻璃的冷加工。成形（高硅氧的微孔玻璃）。也称为玻璃的冷加工。成形的方法：成形的方法： 1、吹制法（瓶罐类）、吹制法（瓶罐类） 2、压制法（烟缸、玻、压制法（烟缸、玻璃杯）璃杯） 3、压延法（压花玻璃）、压延法（压

3、花玻璃） 4、浇注法（光学玻璃）、浇注法（光学玻璃） 5、拉制法（平板玻璃）、拉制法（平板玻璃） 6、烧结法（泡沫玻璃）、烧结法（泡沫玻璃） 7、喷吹法（玻璃微珠）、喷吹法（玻璃微珠） 8、浮法（平板玻璃）、浮法（平板玻璃） 9、焊接法（仪器玻璃）、焊接法（仪器玻璃）玻璃工艺学3 玻璃性质对成形的作用：玻璃性质对成形的作用： 在玻璃的成形和定形过程中，最有作用的性质是玻璃的在玻璃的成形和定形过程中，最有作用的性质是玻璃的粘弹性（粘度、表面张力和弹性性能）和热学性质（热传导粘弹性（粘度、表面张力和弹性性能）和热学性质（热传导系数、比热、热膨胀系数、玻璃的透光系数、辐射系数和热系数、比热、热膨胀系

4、数、玻璃的透光系数、辐射系数和热交换系数）。交换系数）。 在众多的性质中，粘度和表面张力其着最重要的作用。在众多的性质中，粘度和表面张力其着最重要的作用。1、玻璃粘度、玻璃粘度 在玻璃制品的生产中，成形过程的两个阶段都是利用玻在玻璃制品的生产中，成形过程的两个阶段都是利用玻璃的粘度。璃的粘度。 玻璃成形加工时的工作粘度范围（玻璃成形加工时的工作粘度范围（P）：）： 玻璃吸料：玻璃吸料：102 人工挑料：人工挑料：102.5103 平板玻璃引上法：平板玻璃引上法：102.8103 玻璃纤维：玻璃纤维： 103 玻璃管：玻璃管： 104 压制制品：压制制品： 104 容器玻璃：容器玻璃： 1031

5、07.65 玻璃灯工：玻璃灯工： 1051010 玻璃工艺学42、表面张力、表面张力 （1）玻璃的表面张力在高温时作用速度快，而在低）玻璃的表面张力在高温时作用速度快，而在低温或高粘度时作用缓慢；温或高粘度时作用缓慢； （2）表面张力使自由的玻璃液滴成为球形。）表面张力使自由的玻璃液滴成为球形。 （3） 玻璃的吹制，玻璃纤维、玻璃管和平板玻璃拉玻璃的吹制，玻璃纤维、玻璃管和平板玻璃拉制中，表面张力的作用也很大。制中，表面张力的作用也很大。 （4）爆口和烘口时，表面张力使边缘变圆。）爆口和烘口时，表面张力使边缘变圆。 （5）玻璃颗粒烧结时，表面张力和粘度同时起着重）玻璃颗粒烧结时，表面张力和粘度

6、同时起着重要的作用。要的作用。 （6）表面张力的不良影响）表面张力的不良影响 。 3、热学性质、热学性质 是成形过程中影响热传递的重要因素，对玻璃的冷是成形过程中影响热传递的重要因素，对玻璃的冷却和硬化以及成形的温度制度关系极大。却和硬化以及成形的温度制度关系极大。 （1）玻璃的比热；）玻璃的比热； （2）玻璃的导热、表面辐射强度与透热性；）玻璃的导热、表面辐射强度与透热性； （3）玻璃的热膨胀或热收缩。）玻璃的热膨胀或热收缩。 玻璃工艺学5第二节第二节 成形制度成形制度成形的定义：成形的定义： 玻璃的成形制度是指在成形各阶段的粘度玻璃的成形制度是指在成形各阶段的粘度-时间（时间（- t）或温

7、度）或温度-时间（时间（T-t）制度。）制度。 粘度粘度-温度（温度（ - T）曲线与玻璃的成形制度间的关系：）曲线与玻璃的成形制度间的关系： 粘度粘度-温度（温度（ - T）曲线与组成；）曲线与组成； 温度温度-时间（时间（T-t）曲线与工艺。）曲线与工艺。成形制度：成形制度： 玻璃的成形方法不同，其成形制度也不相同。玻璃的成形方法不同，其成形制度也不相同。 成型制度确定的两个决定因素：成型制度确定的两个决定因素： （1）工艺因素：成形方法决定成形时间（即温）工艺因素：成形方法决定成形时间（即温度度时间曲线）时间曲线）（2）组成因素：组成决定其粘温特性）组成因素：组成决定其粘温特性 玻璃工艺

8、学6成形制度的确定：成形制度的确定：1 1成形粘度范围成形粘度范围 在玻璃液成形粘度范围内易于成形，有一定冷却硬在玻璃液成形粘度范围内易于成形，有一定冷却硬化速度，又不产生析晶等缺陷，一般工业玻璃液的成形粘化速度，又不产生析晶等缺陷，一般工业玻璃液的成形粘度范围为度范围为10102 210106 6PaPas s。不过成形开始所需的粘度还和许。不过成形开始所需的粘度还和许多因素有关，如成形方法、玻璃的颜色和配方、制品的造多因素有关，如成形方法、玻璃的颜色和配方、制品的造型和质量等。成形开始粘度大致在型和质量等。成形开始粘度大致在10101.51.510104 4PaPas s，灯泡，灯泡玻璃约

9、为玻璃约为10101.51.5PaPas s，平板玻璃为，平板玻璃为10102.52.510103 3PaPas s，压制，压制和拉管为和拉管为10103 310104 4PaPas s。成形终了粘度为。成形终了粘度为10105 510107 7PaPas s。2 2成形各阶段的持续时间成形各阶段的持续时间 从理论上说可以根据玻璃的粘度一时间曲线来确定。从理论上说可以根据玻璃的粘度一时间曲线来确定。即按成形粘度范围（即按成形粘度范围（）得出总的持续时间（）得出总的持续时间（t t）。）。实际过程要复杂得多，特别是在用模子成形的自动吹制机实际过程要复杂得多，特别是在用模子成形的自动吹制机上。各工

10、位的温度和持续时间与玻璃的热传递密切相关，上。各工位的温度和持续时间与玻璃的热传递密切相关，需要经过反复试验测试确定。需要经过反复试验测试确定。玻璃工艺学7 3 3模型的温度制度模型的温度制度 模型的温度制度也是成形制度的一个重要方面，在成形之模型的温度制度也是成形制度的一个重要方面，在成形之前模型应加热到适当的操作温度。前模型应加热到适当的操作温度。 在成形过程中，模型从玻璃中吸取并积蓄热量，同时因辐在成形过程中，模型从玻璃中吸取并积蓄热量，同时因辐射和对流又将热量传递给模外的冷却介质。为了维持稳定的操射和对流又将热量传递给模外的冷却介质。为了维持稳定的操作温度，模型从玻璃中吸取的热量和散失

11、到冷却介质中的热量作温度，模型从玻璃中吸取的热量和散失到冷却介质中的热量必须相等，这样，模型的外表面和距外表面一定距离的模壁处，必须相等，这样，模型的外表面和距外表面一定距离的模壁处，温度应当稳定。温度应当稳定。 实验数据说明，在距离模型内表实验数据说明，在距离模型内表1cm处，其温度波动已处，其温度波动已不显著，模具的厚度一定要大于温度波动厚度的不显著，模具的厚度一定要大于温度波动厚度的50或或1倍左倍左右，使温度波动层外有足够的等温传热带，以保持模具温度制右，使温度波动层外有足够的等温传热带，以保持模具温度制度稳定。度稳定。 玻璃工艺学8第三节第三节 成形方法成形方法 1、人工成形：、人工

12、成形： 2、机械成形：、机械成形： 日用玻璃日用玻璃 建筑玻璃建筑玻璃 玻璃管玻璃管 玻璃纤维玻璃纤维 光学玻璃光学玻璃玻璃工艺学9三吹制成形三吹制成形 分人工吹制和机械吹制。人工吹制因产量低，劳动强度大，分人工吹制和机械吹制。人工吹制因产量低，劳动强度大，目前除吹制少量工艺美术品和少量大件产品外已很少用而以目前除吹制少量工艺美术品和少量大件产品外已很少用而以各种自动化机械吹制为主。各种自动化机械吹制为主。有代表性的制瓶机有：有代表性的制瓶机有：欧文斯制瓶机欧文斯制瓶机: :利用抽气减压原理将玻璃液吸入雏形模内利用抽气减压原理将玻璃液吸入雏形模内 。林取自动制瓶机林取自动制瓶机 ：由供料机将一

13、定形状和质量的料滴，有规由供料机将一定形状和质量的料滴，有规律地滴入制瓶的雏形模内律地滴入制瓶的雏形模内。 这些制瓶机为了连续装料，它们的模子均随着工作台一起转这些制瓶机为了连续装料，它们的模子均随着工作台一起转动，图动，图l l6 62424和图和图1 16 62525为林取为林取1010型制瓶机的成形过程和型制瓶机的成形过程和生产流程示意图。该机生产效率和成品率高。缺点是机器占地生产流程示意图。该机生产效率和成品率高。缺点是机器占地面积大，部件易磨损，换模及检修时要停机等。面积大，部件易磨损，换模及检修时要停机等。玻璃工艺学10玻璃工艺学11行列式制瓶机行列式制瓶机 ：由各个独立的分部排列

14、起来，组成的每一分由各个独立的分部排列起来，组成的每一分部具有一个雏形模和一个成形模。因此当一分部检修换模时，部具有一个雏形模和一个成形模。因此当一分部检修换模时，其他分部仍继续生产，勿须全部停车。在料滴质量相同的条件其他分部仍继续生产，勿须全部停车。在料滴质量相同的条件下，可以同时生产几种大小高低不同的瓶罐。机器无转动部件，下，可以同时生产几种大小高低不同的瓶罐。机器无转动部件，机件不易损坏，操作平稳安全。缺点是料滴经过金属导管溜到机件不易损坏，操作平稳安全。缺点是料滴经过金属导管溜到各机组雏形模时，温度不均匀，易造成制品厚薄不均。各机组雏形模时，温度不均匀，易造成制品厚薄不均。四、拉制成形

15、四、拉制成形 此法适用于成形各种板材和管材，其作用原理是对粘流状此法适用于成形各种板材和管材，其作用原理是对粘流状态的玻璃施加拉力，使其变薄，并在不断的变形中得到冷却而态的玻璃施加拉力，使其变薄，并在不断的变形中得到冷却而定形。定形。（一）平板玻璃的垂直拉制法（一）平板玻璃的垂直拉制法1.类型类型1)有槽垂直引上法有槽垂直引上法2)有槽垂直引上法有槽垂直引上法3)对辊法对辊法(旭法旭法)玻璃工艺学122.2.原理原理 在液面保持一条均匀拉力，在板的两个边部加强冷却，在液面保持一条均匀拉力，在板的两个边部加强冷却，造成一个半固化的边，加上板面两侧的两片大水包的冷却作造成一个半固化的边，加上板面两

16、侧的两片大水包的冷却作用，使整个板面固化，以抵抗纵向拉引时板面的横向收缩。用，使整个板面固化，以抵抗纵向拉引时板面的横向收缩。玻璃板表层硬化，深层还较软时，在拉引力和重力的作用下玻璃板表层硬化，深层还较软时，在拉引力和重力的作用下不断变薄，最后定形，并在垂直引上机中进行退火切割成片。不断变薄，最后定形，并在垂直引上机中进行退火切割成片。 3.垂直引上法的优缺点垂直引上法的优缺点 优点优点: :生产品种多，引上机机膛同时又是退火设备，占生产品种多，引上机机膛同时又是退火设备，占地面积小，容易控制。地面积小，容易控制。 缺点缺点: :有槽法生产的玻璃有波筋、线道等缺陷，经常为有槽法生产的玻璃有波筋

17、、线道等缺陷，经常为清理槽口的结晶，更换槽子砖等而停产，所以这种方法正在清理槽口的结晶，更换槽子砖等而停产，所以这种方法正在被淘汰。无槽垂直引上法和对辊法是对有槽法的一种改进，被淘汰。无槽垂直引上法和对辊法是对有槽法的一种改进，但总的来说，拉制法生产的玻璃平整度较差，波筋、条纹等但总的来说，拉制法生产的玻璃平整度较差，波筋、条纹等缺陷很难完全避免，因此，近年来很少发展。缺陷很难完全避免，因此，近年来很少发展。玻璃工艺学13玻璃工艺学14（二）玻璃管的拉制（二）玻璃管的拉制 玻璃管的拉制分水平拉制和垂直引上（或引下）两类方法。玻璃管的拉制分水平拉制和垂直引上（或引下）两类方法。1.1.水平拉制水

18、平拉制 一般采用丹纳法，图一般采用丹纳法，图1-61-62727为丹纳法水平技管机的作业示为丹纳法水平技管机的作业示意图。意图。玻璃工艺学15 玻璃液从池窑的工作部经流槽流出，由闸板控制其流量，玻璃液从池窑的工作部经流槽流出，由闸板控制其流量，流出的玻璃液呈带状落绕在耐火材料制成的旋转管上。旋转管流出的玻璃液呈带状落绕在耐火材料制成的旋转管上。旋转管上端直径大，下端小，并以一定的倾斜角装在机头上，由中心上端直径大，下端小，并以一定的倾斜角装在机头上，由中心钢管连续送入空气，旋转管以净化煤气加热。在不停地旋转下，钢管连续送入空气，旋转管以净化煤气加热。在不停地旋转下，玻璃液从上端流到下端形成管根

19、，管根被拉成玻璃管，经石棉玻璃液从上端流到下端形成管根，管根被拉成玻璃管，经石棉辊道引入拉管机中，拉管机的上下两组环链夹持玻璃管，使之辊道引入拉管机中，拉管机的上下两组环链夹持玻璃管，使之连续拉出，并按一定长度截断。垂直拉引法一般用来生产厚壁连续拉出，并按一定长度截断。垂直拉引法一般用来生产厚壁管，其生产的原理和垂直引上平板玻璃类似。管，其生产的原理和垂直引上平板玻璃类似。 此法可拉制外径此法可拉制外径2 270mm70mm的玻管，主要用以生产安瓿瓶、的玻管，主要用以生产安瓿瓶、日光灯、霓红灯等的薄壁玻璃管。日光灯、霓红灯等的薄壁玻璃管。玻璃工艺学16五、浮法生产平板玻璃五、浮法生产平板玻璃

20、浮法是指玻璃液漂浮在熔融金属表面上生产平板玻璃浮法是指玻璃液漂浮在熔融金属表面上生产平板玻璃的方法。它是英国皮尔金顿公司经的方法。它是英国皮尔金顿公司经3030年的研究，在年的研究，在19591959年进年进入工业生产的。其优点是玻璃质量高（接近或相当于机械磨入工业生产的。其优点是玻璃质量高（接近或相当于机械磨光玻璃），拉引速度快，产量大，厚度可控制在光玻璃），拉引速度快，产量大，厚度可控制在1 17 730mm30mm，宽度目前可达宽度目前可达5 56m6m，便于生产自动化。浮法玻璃的问世是，便于生产自动化。浮法玻璃的问世是世界玻璃生产发展史上的一次重大变革，它正在逐步取代平世界玻璃生产发展

21、史上的一次重大变革，它正在逐步取代平板玻璃的各种拉制法生产方式。板玻璃的各种拉制法生产方式。 浮法玻璃的浮法玻璃的成形原理成形原理是让处于高温熔融状态的玻璃液浮是让处于高温熔融状态的玻璃液浮在比它重的金属液表面上，受表面张力作用使玻璃具有光洁在比它重的金属液表面上，受表面张力作用使玻璃具有光洁平整的表面，并在其后的冷却硬化过程中加以保持，则能生平整的表面，并在其后的冷却硬化过程中加以保持，则能生产出接近于抛光表面的平板玻璃。图产出接近于抛光表面的平板玻璃。图1-61-6一一2828为浮法玻璃生为浮法玻璃生产示意图。浮法玻璃的生产原理看似简单，但却是在解决了产示意图。浮法玻璃的生产原理看似简单，

22、但却是在解决了一系列技术问题后才得以实现的。一系列技术问题后才得以实现的。玻璃工艺学17玻璃工艺学18（一）浮抛介质的选择（一）浮抛介质的选择用作玻璃液的浮抛金属液必须具备以下条件：用作玻璃液的浮抛金属液必须具备以下条件：1 1在在10501050温度下的密度要大于玻璃。温度下的密度要大于玻璃。2 2金属的熔点低于金属的熔点低于 600600，沸点高于，沸点高于10501050，10001000左右的左右的蒸气压应尽可能低。蒸气压应尽可能低。3 3在在10001000左右温度下，不与玻璃发生化学反应。左右温度下，不与玻璃发生化学反应。 能满足以上条件的金属有镓、铟、锡三种，其中锡最便宜、能满足

23、以上条件的金属有镓、铟、锡三种，其中锡最便宜、无毒，所以选用锡被作为浮抛介质。但它易被氧化成无毒，所以选用锡被作为浮抛介质。但它易被氧化成SnOSnO、SnOSnO2 2或与硫反应生成或与硫反应生成SnSSnS，所以，要用还原性气体进行保护，所以，要用还原性气体进行保护，一般用氮气加氢气作为保护气体。保护气体中即使有很微量的一般用氮气加氢气作为保护气体。保护气体中即使有很微量的氧都会使锡液恶化，导致玻璃下表面产生雾点、沾锡、彩虹等氧都会使锡液恶化，导致玻璃下表面产生雾点、沾锡、彩虹等缺陷。缺陷。玻璃工艺学19（二）玻璃厚度的控制（二）玻璃厚度的控制 如何控制玻璃厚度是浮法生产平板玻璃的关键。生

24、产如何控制玻璃厚度是浮法生产平板玻璃的关键。生产厚度大于厚度大于6mm6mm的玻璃比较容易，主要是限制玻璃带自由变宽，的玻璃比较容易，主要是限制玻璃带自由变宽，可在锡槽摊平抛光区设石墨挡边器来限制玻璃宽度，如果同可在锡槽摊平抛光区设石墨挡边器来限制玻璃宽度，如果同时加大玻璃液的供给量，并调整拉引速度，就可以生产时加大玻璃液的供给量，并调整拉引速度，就可以生产 6 630mm30mm厚的玻璃。但要生产厚度小于厚的玻璃。但要生产厚度小于 6mm6mm的各种玻璃就比较困的各种玻璃就比较困难。因为玻璃在锡液上自由摊平，有一个平衡厚度。即使再难。因为玻璃在锡液上自由摊平，有一个平衡厚度。即使再加大拉力，

25、厚度变化也不大，但宽度却大大减小。如拉力过加大拉力，厚度变化也不大，但宽度却大大减小。如拉力过大，玻璃带会被拉断。要解决浮法玻璃拉薄问题，首先要了大，玻璃带会被拉断。要解决浮法玻璃拉薄问题，首先要了解有关平衡厚度和表面张力的增厚作用，才能了解浮法玻璃解有关平衡厚度和表面张力的增厚作用，才能了解浮法玻璃技薄的方法。技薄的方法。1 1浮法玻璃的平衡厚度浮法玻璃的平衡厚度 高温锡液面上的玻璃液（高温锡液面上的玻璃液（10501050），在没有外力作用的），在没有外力作用的条件下，重力和表面张力达到平衡时玻璃带的厚度有一个固条件下，重力和表面张力达到平衡时玻璃带的厚度有一个固定值，称为平衡厚度，约为定

26、值，称为平衡厚度，约为7mm7mm，见图，见图1-61-62929。玻璃工艺学20 玻璃液摊平在锡液上有三个界面和三个相应的界面张力，玻璃液摊平在锡液上有三个界面和三个相应的界面张力，玻璃液表面上的表面张力玻璃液表面上的表面张力g，锡液面上的表面张力，锡液面上的表面张力t和玻璃一和玻璃一锡液面上的表面张力锡液面上的表面张力gt。 当重力及表面张力相平衡时，玻璃的厚度可由下式计算：当重力及表面张力相平衡时，玻璃的厚度可由下式计算：玻璃工艺学21)(g2)(dgtgttgtg2式中：式中：d玻璃带的平衡厚度，玻璃带的平衡厚度，cm； g玻璃的密度，玻璃的密度，gcm3； t锡液的密度，锡液的密度，

27、gcm3； g重力加速度，重力加速度，cms2。 在有拉引辊的拉引力作用下，玻璃的厚度小于在有拉引辊的拉引力作用下，玻璃的厚度小于7mm，约为，约为576.3mm，63mm厚度称为在有拉引力作用下的平衡厚厚度称为在有拉引力作用下的平衡厚度。度。 2 2玻璃表面张力的增厚作用玻璃表面张力的增厚作用 在高温下玻璃液的粘度小（约在高温下玻璃液的粘度小（约10103 3PaPas s），表面张力能充），表面张力能充分发挥作用。浮在锡液上的玻璃带，横向没有约束力，当纵向分发挥作用。浮在锡液上的玻璃带，横向没有约束力，当纵向拉力增加时，宽度缩小，而厚度改变不大。即使利用拉边器暂拉力增加时，宽度缩小，而厚度

28、改变不大。即使利用拉边器暂时保持宽度，玻璃带短期被拉薄，随后又会在表面张力的作用时保持宽度，玻璃带短期被拉薄，随后又会在表面张力的作用下，缩小宽度，厚度又回到平衡厚度，这就是表面张力的增厚下，缩小宽度，厚度又回到平衡厚度，这就是表面张力的增厚作用。作用。玻璃工艺学22 只有当玻璃的温度下降到使粘度达到只有当玻璃的温度下降到使粘度达到 10105 5PaPas s左右时，这左右时，这种增厚作用才会大大减弱。这是由于温度降低使玻璃的粘度迅种增厚作用才会大大减弱。这是由于温度降低使玻璃的粘度迅速增大，而表面张力则增加不多，巨大的粘滞力使表面张力难速增大，而表面张力则增加不多，巨大的粘滞力使表面张力难

29、以发挥作用，因此，当有拉边器作用时，在强大的拉力下就可以发挥作用，因此，当有拉边器作用时，在强大的拉力下就可使玻璃变薄。使玻璃变薄。3 3玻璃拉薄玻璃拉薄 从以上分析可见要拉薄玻璃，必须在玻璃带的从以上分析可见要拉薄玻璃，必须在玻璃带的856856700700处设置拉边器。处设置拉边器。 拉边器用石墨辊或与玻璃不沾连的金属辊制成。拉边辊成拉边器用石墨辊或与玻璃不沾连的金属辊制成。拉边辊成对地设在玻璃板的两侧，设置对数的多少与所拉的板厚有关，对地设在玻璃板的两侧，设置对数的多少与所拉的板厚有关，如板厚为如板厚为5mm5mm，3mm3mm、2.5mm2.5mm，相应的拉边辊对数为，相应的拉边辊对数为1 1对、对、4 4对、对、5 5对。如拉引对。如拉引3mm3mm厚玻璃时，第一对拉边辊速度为外厚玻璃时，第一对拉边辊速度为外0.085m0.085ms s，最后一对为最后一对为0.17m0.17ms s。 采用拉边辊后，玻璃