材料成型特性第五章——玻璃

1、 第五章 玻璃及其加工技术第五章 玻璃及其加工技术n5.1 玻璃材料的基本知识n5.2 玻璃材料的成型技术n5.3 玻璃制品的设计与表面装饰技术该款椅子时由水晶玻璃制成的，设计师对玻璃的成型可能性进行了研究，在一块玻璃板上用每秒钟1000米的混合磨料的高压水柱制造了一道缝隙，然后用玻璃弯曲技术加以弯曲，使它获得了连续、透明、优雅的造型。它是复杂现代技术和简单造型方法的完美结合。5.1 玻璃材料的基本知识n（1）玻璃材料的性质n（2）玻璃材料的分类和应用（1）玻璃材料的性质n玻璃的形成、成分？n大多数玻璃的主要原料是石英（生产得到的是硅酸盐玻璃），如加入适量硼、铝、铜等金属氧化物，可制成各种性能

2、不同的特种玻璃。n玻璃材料一般有哪些性质？n是不经结晶冷却成固态的非晶态结构物质，其物理性质和力学性质为各向同性，透光。易脆、透明、坚硬、气密性等；新型玻璃不但硬度更高，而且坚韧、强度高，摔不碎、耐磨，如金属玻璃等。（1）玻璃材料的性质1.玻璃的密度 玻璃内几乎无孔隙，属于致密度材料。普通玻璃的密度为2.52.6g/cm3。2.玻璃的光学性质 有反射、吸收和透射三种性质。玻璃的反射率、吸收率、透光率之和等于入射光的强度，为100%。用于采光、照明时，要求透光率高；普通2mm窗户玻璃透光率为90%。用于遮光和隔热时，要求反射率高；用于隔热、防眩时，要求既能吸收大量红外线辐射能，同时又保持良好的透

3、射性。折射率高，可使制品产生璀璨的视觉效果；不同的玻璃还具有感光、变色、防辐射、吸收或透射紫、红外线的性能。3.玻璃的热工性质 玻璃的比热一般为0.331.05103J/kg导热系数一般为0.41.2W/mK。玻璃传热慢，是热的不良导体。当玻璃温度急变时，沿玻璃的厚度从表面到内部，有着不同的膨胀量，由此而产生内应力。当内应力超过玻璃极限强度时，就造成碎裂破坏。受热易碎，但添加增强导热性的材料，可提高其热稳定性。 （1）玻璃材料的性质（1）玻璃材料的性质 4.玻璃的力学性质 玻璃的抗压强度高，一般为6001200MPa，而抗张强度很小，为39118MPa。故玻璃在冲击力作用下易破碎，是典型的脆性

4、材料。硬度较大，用普通刀和锯不能切割。莫氏硬度一般在47之间。加工方法有：雕刻、抛光、研磨、切割等。（1）玻璃材料的性质n5.电学性质：常温下是不导电体，可做绝缘材料（灯泡、电子管等）；熔融状态下的玻璃则变为良导体，随温度下降导电率下降。n6 玻璃的化学性质n较稳定。n大多数工业用玻璃都能抵抗除氢氟酸以外酸的侵蚀。耐碱腐蚀能力差。n高温下水也能侵蚀玻璃；n长期在大气和雨水中也会受到侵蚀。n玻璃发霉：n如光学玻璃仪器长期受周围潮湿空气等作用，会形成白色斑点或雾膜，破坏透光性，应精加保管；（1）玻璃材料的性质（2）玻璃材料的分类和应用按化学成份分：按化学成份分：n钠钙硅酸盐玻璃（SiO270%、C

5、aO10%、NaO15%等）n用作：平板、瓶罐、灯泡玻璃；n铅玻璃（含大量氧化铅PbO）n用作：光学玻璃、电真空玻璃（各种灯泡壳）、艺术器皿玻璃；n石英玻璃（SiO295%以上）n用作：玻璃半导体、电光源、渗钕激光玻璃、金属玻璃等。n其他：硼硅酸盐玻璃、高硅氧玻璃等按应用分类：按应用分类：n1.平板玻璃平板玻璃(钠钙硅酸盐玻璃NaO-CaO-SiO2一类)n普通平板玻璃 产量最大、用量最多的一种，也是进一步加工成具有多种性能玻璃的基础材料。n磨光玻璃n又称镜面玻璃或白片玻璃，平板玻璃经过机械磨光、抛光而成的透明玻璃，分单面磨光和双面磨光。磨光可以消除某些外观缺陷，使其变得平整光滑，物像透过后不

6、变形。n磨砂玻璃n 磨砂玻璃又称毛玻璃、暗玻璃，把普通玻璃经研磨、喷砂或用氢氟酸溶液腐蚀等方法加工后使其表面（单面或双面）成为均匀粗糙透光不透视的平板玻璃。它能使室内光线柔和不刺眼。n彩色玻璃n又称有色玻璃或饰面玻璃，分透明和不透明两种。n透明彩色玻璃是在原料中加入一定量的金属氧化物使玻璃带色n不透明彩色玻璃是在一定形状的平板玻璃的一面加以色釉，经烘烤、退火而成。n彩色玻璃的彩面也可采用有机高分子树脂涂料制得。可拼成各种图案、花纹，并具有耐腐蚀、抗冲刷、易清洗等特点，主要用于建筑物的内外、门窗装饰及对光线有特殊采光要求的部位。n压花玻璃 n将融熔的玻璃液在冷却过程中通过带图案的花纹辊轴连续对辊

7、压延而成 。在有花纹的一面用气溶胶进行喷涂处理，可呈浅黄色、浅蓝色、橄榄色等。经过喷涂处理的压花玻璃，立体感强，强度可以提高50%70%。n2 瓶罐玻璃瓶罐玻璃n主要制品有：各种饮料瓶、食品瓶、用品瓶等，（钠钙硅酸盐玻璃SiO2-CaO-NaO一类）；n药品瓶（盐水、酸、试剂、药茶色等）、化妆品瓶（硼酸盐玻璃一类）；n3 光学玻璃光学玻璃n主要制品有：科学仪器和各种曲率的球面或非球面透镜。n性能特点：特定的光学常数、高透明性、高物化均匀性等。n有：无色光学玻璃和有色光学玻璃（色显示材料,彩色摄影机等）n4 器皿玻璃器皿玻璃n主要制品有：日用器皿、艺术品、装饰品。n要求：透明度高（材质、透射）、

8、反射率高、色彩鲜艳等，较好的热抗震性、化学稳定性、机械强度、不污染物品等n有一般器皿玻璃、晶质器皿玻璃（高档玻璃品）；主要用于茶具、餐具、炊具、艺术制品等n5 安全玻璃：钢化玻璃n将普通玻璃制品加热至接近其软化温度，经完全退火后迅速冷却处理制成，玻璃内产生均匀的拉应力，使玻璃表面产生预压应力，提高了其抗弯、抗冲击和抗扭曲变形能力n1.机械强度高 n 钢化玻璃的机械强度比普通平板玻璃高35倍，其抗弯强度不低于200MPa； 抗冲击性能好，用0.8kg钢球从1.2m高处落下，钢化玻璃可保持完整而不破碎。n 2.弹性好 n一块1200mm350mm6mm的钢化玻璃受力后，可产生100mm的弯曲挠度。

9、n 3.热稳定性高 n钢化玻璃在经受急冷急热时不易发生炸裂。最大安全工作温度为288，能承受204的温差变化。n适用于制作耐震、耐温度急变的采光工程、设备和汽车等挡风玻璃、防盗玻璃等茶几：茶几：采用钢化玻璃，采用钢化玻璃，机械强度高机械强度高 ，抗冲击性能好，热稳定性高，抗冲击性能好，热稳定性高 ，弹性好。，弹性好。成型简单容易，造型多样，简洁时尚有设计感，造价低。成型简单容易，造型多样，简洁时尚有设计感，造价低。n6 安全玻璃：夹层玻璃n两片或多片玻璃之间嵌夹透明塑料薄片，经加热、加压粘合而成。生产夹层玻璃的原片，可采用一等品的平板玻璃，也可为钢化玻璃、夹丝抛光玻璃、吸热玻璃、热反射玻璃或彩

10、色玻璃等，玻璃厚度可为2mm、3mm、5mm、6mm、8mm。 夹层玻璃的层数有3层、5层、7层，最多可达9层，达9层时，则一般子弹不易穿透，成为防弹玻璃。防弹玻璃 n按夹层玻璃的特性，可分有多个品种，如减薄型、遮阳型、电热型、防弹型、玻璃纤维增强型、报警型、防紫外线型以及隔声夹层玻璃等。n夹层玻璃的抗冲击性能比平板玻璃高几倍，破碎时只产生裂纹而不分离成碎片，不致伤人。 n它还具有耐久、耐热、耐湿、耐寒和隔音等性能，适用于有特殊安全要求的建筑物的门窗、隔墙、工业厂房的天窗和某些水下工程等。7 特种玻璃n一 吸热玻璃 二 热反射玻璃 三 中空玻璃n四 玻璃马赛克 五 玻璃砖 六、镭射玻璃n七减反

11、射玻璃 八单向透视玻璃 九异型玻璃n十釉面玻璃 十一.微精玻璃装饰板 十二、可钉玻璃 n十三、天线玻璃 十四、灭菌玻璃 十五、导电玻璃 n十六、折光玻璃 十七、发电玻璃 十八、自净玻璃n十九、调光玻璃 二十、防盗玻璃 二十一、薄纸玻璃 n二十二、变色玻璃 二十三、泡沫玻璃 吸热玻璃是能吸收大量红外线辐射能，并保持较高可见光透射率的平板玻璃。 特点： 1.吸收太阳辐射热。 如6mm厚浮法平板玻璃，在有阳光照射下，总透过热量为84%，而同样厚度的蓝色吸热玻璃的总透过热量为68.9%。 2.吸收太阳中的可见光，减弱太阳光的强度，使刺眼的阳光变得柔和、舒适，起到良好的防眩作用。 3.具有一定的透明度，

12、并能吸收一定的紫外线，减轻紫外线对室内塑料等有机材料的损害。 广泛应用于建筑物的门窗、外墙等，起到隔热、防眩、采光及装饰等作用。 既具有较高的热反射能力，又能保持平板玻璃良好透光性能的一类玻璃，又称镀膜玻璃。通过热解、蒸汽、化学镀膜等方法在表面喷涂金、银、铜、铝、铬、镍、铁等金属氧化物，或粘贴有机或非金属氧化物薄膜，还可用离子交换法置换出玻璃表面层原有的离子（1）对太阳辐射热有较高的反射能力 普通平板玻璃的辐射反射率为78，热反射玻璃则可高达30%左右。能产生冷房效应。（2）镀金属膜的热反射玻璃具有单向透像的特性 因表面有一层薄的金属氧化物镀膜，所以在迎光面具有镜子的特性，而在背光面由又像玻璃

13、那样透明。 n又称多孔玻璃，一种气孔率在80%以上, 由均匀气孔组成的玻璃n将玻璃粉与发泡剂混合并置于模具中加热,发泡剂受热产生大量气体使软化的玻璃膨胀成型,冷却后脱模再退火而得n气孔封闭的泡沫玻璃机械强度高、不透气、燃点高、导热系数小,不易变形,经久耐用,可进行锯、钻、钉等加工,是一种良好的保温隔热材料n气孔相连或部分相连的泡沫玻璃具有较大的吸声系数,多作吸声材料n采用特殊工艺处理，使玻璃表面构成金属光栅或几何光栅，在光源的照耀下，产生物理衍射光，并且对同一感光点或感光面随着光源入射角度或观察角度的变化会感受到光谱分光的颜色变化n反射率可在10%90%的范围内按用户需求进行调整。其基本花型在

14、光源照耀下具有彩虹、钻石般的质感n辐射玻璃品种繁多，有反射型、透明型、二次反射型，有单层的、夹层的，有普通型、钢化型等，可广泛用会议厅、歌舞厅等内外墙贴面、屏风与装饰画基材等方面减反射玻璃 又称无反射玻璃，是对可见光具有极低反射比的玻璃。普通玻璃的可见光反射比为4%7%，做橱窗玻璃时会反射出周围的景物而影响橱窗内陈设物品的展览效果。减反射玻璃的可见光反射比小于0.5%，它可以消除玻璃表面反射的影响，并能提高玻璃的可见光透射比，明显提高橱窗内陈设物品的展示效果。 主要用于橱窗、画框以及其它要求低反射比的部位。可钉玻璃 日本研制成功一种可钉玻璃,它是把硼酸玻璃粉与碳化纤维混合后加热制成的。这种玻璃

15、的最大断裂力为一般玻璃的2倍以上,在上面钉钉子不须担心破碎。天线玻璃 日本研制成功一种电视天线窗户玻璃,这种玻璃内层嵌有很细的天线,安装后,室内电视机就能呈现更为清晰的画面。 灭菌玻璃 在制造玻璃时,加入适量的铜离子,制出的玻璃就具有灭菌、防霉的功能。用此玻璃制成器皿盛装食品，能在24小时内杀死所有大肠杆菌和葡萄球菌,还能防止食品霉变。 导电玻璃 最近有一种导电玻璃问世，这种玻璃导电后,不但可直接用于飞机、汽车玻璃窗的防雾防霜层,还可作各种光学器件及仪器仪表的面板和液晶显示。 折光玻璃 一种由美国研制的玻璃能把太阳光折射到房间的阴暗角落,使处于室内的人能享受阳光的温暖。对那些光线不足的房间,还

16、是一种节电的用品。据称,这种玻璃是因涂上了一种能折射光线的涂层,因此具有折射光线的作用。 5.2 玻璃材料的成型技术n一、原料及配料一、原料及配料 n二、主要成型技术二、主要成型技术5.2 玻璃材料的成型技术n一、一、 原料及配料原料及配料 n1主要原料主要原料n指形成玻璃的各种氧化物组分（如：SiO2、B2O3、AL2O3、Na2O、k2O、Li2O、CaO、MgO、PbO、ZnO、BaO等），其决定玻璃的物理、化学性质。n其原料有：石英砂(sio2)、硼酸、硼砂(B2O3)、长石(K2O(Na2)Al2O36SiO2)、瓷土(Al2O32SiO22H2O)、蜡石(Al2O34SiO2H2O

17、)、氧化铝、氢氧化铝、纯碱(Na2CO3)、芒硝(Na2SO4)、方解石(CaCO3)、白云石、碳酸钡、碎玻璃等。n各种氧化物在玻璃制品中的百分含量可参考工业设计手册：P.3324一、一、 原料及配料原料及配料n2. 辅助原料辅助原料n只促进玻璃融化，使玻璃性能发生某些改变的原料。n有：澄清剂, 主要作用是使玻璃在融化时易排出气泡；（白砒、三氧化二锑、硝酸盐等）n助熔剂：促使玻璃熔制过程加速n氧化还原剂 等。5.2 玻璃材料的成型技术原料名称化学式玻璃制品形成的颜色钴化物 氧化钴(CoO) 蓝色 三氧化二钴（Co2O3） 四氧化二钴（Co2O4） 铜化物氧化亚铜（Cu2O）红宝石色 氧化铜（C

18、uO） 天蓝色 硫酸铜（CuSO45H2O） 绿色氧化锰 氧化锰（MnO）紫色二氧化锰（MnO2）铁化物 三氧化二铁（Fe2O3）绿色氧化铁(FeO) 深绿色金化物三氯化金（AuCL3） 红宝石色银化物 硝酸银（AgNO3） 黄色镉化物 硫化镉（CdS）铬化物 三氧化二铬（Cr2O3） 绿色硒化物硒（Se） 玫瑰色硒酸钠（Na2SeO3） 着色剂着色剂2. 辅助原料辅助原料n脱色剂n为原有杂质颜色的补色或与有色杂质形成浅色化合物，提高无色玻璃的透明度n常用脱色剂：二氧化锰、氧化钴等n乳浊剂n使玻璃呈乳白色的半透明状态n乳浊剂：冰晶（Na3AlF6）、氟硅酸钠(Na2SiF6)、氧化锡等二、主要

19、成型技术二、主要成型技术n玻璃成型主要有压制、吹制、拉制、加工成纤维、压延、浇注、烧结等。n玻璃的成型过程是怎样的？二、主要成型技术二、主要成型技术n玻璃的熔制n是指将配合料经过高温加热，形成均匀无气泡并符合成型要求的玻璃液的过程，它是玻璃生产中很重要的环节，是获得优质玻璃制品的重要保证。 n玻璃的熔制是一个非常复杂的工艺过程，它包括一系列物理的、化学的、物理化学的现象和反应，其结果是使各种原料的机械混合物变成复杂的熔融物，即玻璃液。 压制成型压制成型 主要用于成型较厚的工件，如玻璃砖、玻璃绝缘子、电视显像管玻璃壳、日用厚玻璃品等。2吹制成型吹制成型玻璃管拉丝模塑-介于纯手工吹制和需要模具的工业化大生产之间的工艺 3拉制成型拉制成型主要用于成型尺寸长的玻璃制品，如玻璃管、玻璃板、玻璃棒等。4压延成型主要用于成型厚玻璃板、压花玻璃板、复合材料玻璃板等。n 5浇注成型n将熔融玻璃液体注入模内或平台上，经退火、冷却和加工制成产品。n主要用于浇注工艺品、光学器件等。n 6烧结成型n 用玻璃粉末烧结成型。5.3 玻璃制品表面装饰技术n1 表面装饰技术n冷加工n研磨与抛光n切割n喷砂n钻孔：电磁振荡冲击