第11讲 玻璃及加工工艺

2/1/2023造型材料与工艺1第11讲

玻璃及加工工艺2/1/2023造型材料与工艺2玻璃——“古老而又新颖、奇特而又美丽的”材料2/1/2023造型材料与工艺311.1玻璃的基本性能玻璃是将原料加热熔融，冷却凝固所得的非晶态无机材料。由于玻璃的非晶态结构，其物理性质和力学性质等都是各向同性的。2/1/2023造型材料与工艺41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。脆性材料，强度用抗压、抗张强度来表示。抗张强度较低，抗压强度约为抗张强度的14～15倍。2/1/2023造型材料与工艺52硬度硬度仅次于金刚石、碳化硅等材料，比一般金属硬，不能用普通刀和锯进行切割。硬度值在摩氏硬度5～7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。2/1/2023造型材料与工艺63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。光线透过越多，玻璃质量越好。各种玻璃的性能有很大的差别。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。2/1/2023造型材料与工艺74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。2/1/2023造型材料与工艺85热性质玻璃的导热性很差，一般经受不了温度的急剧变化。玻璃制品越厚，承受温度急剧变化的能力越差。2/1/2023造型材料与工艺96化学稳定性玻璃的化学性质比较稳定。大多数工业用的玻璃都能抵抗除了氢氟酸以外酸的侵蚀。玻璃的耐蚀性较差。玻璃长期在大气和雨水的侵蚀下，表面光泽会失去，变得晦暗。尤其是一些化学玻璃仪器容易受周围介质（如潮湿空气）的作用，表面形成白色斑点或雾膜，破坏玻璃的透光性，所以在使用和保存时应注意。2/1/2023造型材料与工艺1011.2玻璃的工艺特性玻璃的成型工艺视制品的种类而异，但其过程基本上可以分为配料、融化和成型三个阶段，一般采用连续性的工艺.如图所示：2/1/2023造型材料与工艺111、玻璃原料用于制备玻璃配合料的各种物料统称为玻璃原料。根据用量和作用的不同，玻璃原料分为主要原料和辅助原料两类。主要原料是指向玻璃中引入各种主要成分而配入的原料，它们决定了玻璃制品的物理化学性质。辅助原料是为了赋予玻璃制品具有某些特殊性能和加速熔制过程所加的原料。2/1/2023造型材料与工艺12（1）玻璃的主要原料：石英砂硼酸、硼砂及含硼矿物长石、瓷土、蜡石纯碱、芒硝方解石、石灰石、白垩硫酸钡、碳酸钡铅化合物2/1/2023造型材料与工艺13（2）玻璃的辅助原料澄清剂着色剂脱色剂乳浊剂助熔剂2/1/2023造型材料与工艺142、玻璃的熔制玻璃的熔制是指将配合料经过高温熔融，形成均匀无气泡并符合成形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。2/1/2023造型材料与工艺15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混合物变成复杂的熔融物，即玻璃液。各种配料在加热至高温并形成玻璃的过程中所发生的变化，从工艺角度而论，大致可以分为硅酸盐的形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷却五个阶段，如图表：2/1/2023造型材料与工艺16钠-钙-硅玻璃的熔制过程2/1/2023造型材料与工艺173、玻璃的成型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、吹制成型和拉制成型。2/1/2023造型材料与工艺18（1）压制成型压制成型是在模具中加入玻璃熔料加压成形，多用于玻璃盘碟、玻璃砖。2/1/2023造型材料与工艺19玻璃压制成型示意图：2/1/2023造型材料与工艺20（2）吹制成型吹制成型是先将玻璃粘料压制成雏形型块，再将压缩气体吹入处于热融状态的玻璃型块中，使之膨胀成为中空制品。吹制成型可以分为机械吹制成型和人工吹制成型，用来制造瓶、罐、器皿、灯泡等。如图所示：2/1/2023造型材料与工艺21吹制成型示意图：2/1/2023造型材料与工艺22人工吹杯示意图：2/1/2023造型材料与工艺23（3）拉制成型拉制成型是利用机械拉引力将玻璃熔体制成制品，分为垂直拉制和水平拉制，主要用来生产平板玻璃、玻璃管、玻璃纤维等。2/1/2023造型材料与工艺24垂直引上拉管示意图：2/1/2023造型材料与工艺25玻璃板水平拉制示意图：1-玻璃板；2-转动辊；3-成型辊4-水冷挡板；5-燃烧器；6-熔融玻璃2/1/2023造型材料与工艺26（4）压延成型压延成型是用金属锟将玻璃熔体压成板状制品，主要用来生产压花玻璃、夹丝玻璃等，该成型分为平面压延和锟间压延成型。2/1/2023造型材料与工艺274、玻璃的热处理玻璃的热处理，一般包括退火和淬火两种工艺。退火就是消除或减小玻璃制品中的热应力的热处理过程。对光学玻璃和某种特种玻璃制品，通过退火可使内部结构均匀，以达到要求的光学性能。淬火就是使玻璃表面形成一个有规律、均匀分布的压力层，以提高玻璃制品的机械强度和热稳定性。2/1/2023造型材料与工艺285、玻璃制品的二次加工玻璃制品的二次加工分为冷加工、热加工和表面处理三大类。2/1/2023造型材料与工艺29（1）玻璃制品的冷加工冷加工是指在常温下通过机械方法来改变玻璃制品的外形和表面状态所进行的工艺过程。冷加工的基本方法包括研磨、抛光、切割、喷砂、钻孔和车刻等。2/1/2023造型材料与工艺30（2）玻璃制品的热加工有很多形状复杂和要求特殊的玻璃制品，需要通过热加工进行最后成型。此外，热加工还用来改善制品的性能和外观质量。热加工的方法主要有火焰切割、火抛光、钻孔、锋利边缘的烧口等。2/1/2023造型材料与工艺31（3）玻璃制品的表面处理表面处理包括玻璃制品的光滑面与散光面的形成（如器皿玻璃的化学刻蚀、灯泡的毛蚀、玻璃化学抛光等）表面着色表面涂层（如镜子镀银、表面导电）2/1/2023造型材料与工艺32①玻璃彩饰：玻璃彩饰是利用釉料对玻璃制品进行装饰的过程。常见的彩饰方法有：描绘、喷花、贴花和印花等。彩饰方法可以单独采用，也可以组合采用。2/1/2023造型材料与工艺33描绘是按照图案设计要求用笔将釉料涂绘在制品表面。喷花是将图案花样制成镂空型版紧贴在制品表面，用喷枪将釉料喷在制品上。贴花是先用彩色釉料将图案印刷在特殊纸上或薄膜上制成花纸，然后将花纸贴到制品表面。印花是采用丝网印刷方式用釉料将花纹图案印在制品表面。所有玻璃制品彩饰后都需要进行彩烧，才能使釉料牢固的熔附在玻璃表面，并使色釉平滑、光亮、鲜艳，且经久耐用。2/1/2023造型材料与工艺34②玻璃蚀刻利用氢氟酸的腐蚀作用，使玻璃获得不透明毛面的方法。先在玻璃表面涂覆石蜡、松节油等作为保护层并在其上刻绘图案，再用氢氟酸溶液腐蚀刻绘所露出的部分。蚀刻程度可以通过调节酸液浓度和腐蚀时间来控制，蚀刻完毕除去保护层。多用于玻璃仪器的刻度和标字，玻璃器皿和平板玻璃的装饰等。2/1/2023造型材料与工艺3511.3常用玻璃材料1、玻璃材料的分类（1）按玻璃的用途和使用环境分类：日用玻璃——瓶罐玻璃、器皿玻璃、装饰玻璃等。技术玻璃——光学玻璃、仪器玻璃、管道玻璃、电器用玻璃、医药用玻璃、特种玻璃等2/1/2023造型材料与工艺36建筑玻璃——窗用平板玻璃、镜用平板玻璃、装饰用平板玻璃、安全玻璃。玻璃纤维——无碱纤维、低碱纤维、中碱纤维、高碱纤维等。2/1/2023造型材料与工艺37（2）按玻璃的特性分类2/1/2023造型材料与工艺38（3）按玻璃化学成份分类钠钙硅酸盐玻璃铅玻璃石英玻璃特殊成分玻璃另外，按制造方法可以分为吹制玻璃、拉制玻璃、压制玻璃和铸造玻璃。2/1/2023造型材料与工艺392、常用玻璃品种（1）平板玻璃是板状玻璃的统称。上下表面平行，成份多属于钠-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。2/1/2023造型材料与工艺40①浮法玻璃采用浮法制造技术生产的平板玻璃称为浮法玻璃。2/1/2023造型材料与工艺41②磨砂玻璃又称毛玻璃或暗玻璃，采用喷砂或研磨等机械方法，或者用氢氟酸溶液磨蚀等化学方法将玻璃表面处理成均匀毛面。其表面呈微细凹凸，可使光线产生漫射，只有透光性而不能透视，具有均匀柔和的效果。常用于建筑物中要求透光而不透像的门窗，以及玻璃黑板、照相屏板等。2/1/2023造型材料与工艺42③磨光玻璃又称镜面玻璃，采用平板玻璃抛光而得。分为单面磨光和双面磨光两种。磨光玻璃表面平整光滑，有光泽、透光率达84%，物像透过玻璃不变形。磨光玻璃主要用于安装大型门窗，制作镜子等。2/1/2023造型材料与工艺43④夹层玻璃是利用透明、粘接力强的塑料膜片将两块或两块以上的平板玻璃在高温高压下粘接起来的玻璃。主要用在汽车、飞机的风挡玻璃、防弹玻璃，也用于有特殊安全要求的建筑物门窗、幕墙及展示陈列方面。2/1/2023造型材料与工艺44夹层玻璃示意图和典型防弹玻璃示意图：2/1/2023造型材料与工艺45⑤钢化玻璃又叫强化玻璃，经强化处理而具有良好机械性能和耐热震性能的玻璃。强化处理方式有：物理方式——如风淬火、油淬火和熔盐淬火；化学方式——如表面离子交换、表面晶化、酸处理等。通常钢化玻璃多是指经过风淬火处理的玻璃。钢化玻璃不能进行机械切割、钻孔等加工，多用于交通运输车辆的车窗和建筑门窗、隔墙等。2/1/2023造型材料与工艺46⑥夹丝玻璃又叫防碎玻璃和钢丝玻璃。它是将普通平板玻璃加热到红热软化状态，将预热处理的金属丝或金属网压入玻璃中间而制成的。如图为玻璃的夹丝形式：2/1/2023造型材料与工艺47⑦彩色玻璃彩色玻璃是对通过的可见光具有一定的选择性吸收的玻璃。根据着色工艺，可以分为本体着色和表面着色两种。本体着色是在玻璃原料中加入金属氧化物，熔融后能产生的颜色有茶色、蓝色、灰色、绿色等。2/1/2023造型材料与工艺48表面着色是在玻璃表面覆敷一层金属的、金属氧化物或有机物的颜色涂层，使玻璃呈色。彩色玻璃分为透明和不透明两种，其色泽有多种，可拼成各种花纹图案，产生独特的装饰效果。2/1/2023造型材料与工艺49⑧釉面玻璃在玻璃表面涂覆一层彩色易溶性色釉，然后加热到彩釉的熔融温度，使釉层

与玻璃牢固结合在一起，经退火或钢化等不同热处理方式而制成。2/1/2023造型材料与工艺50⑨花纹玻璃将玻璃按设计图案加以雕刻、印刻等无彩色处理，使表面呈现透明与不透明的花纹图案，具有良好的艺术装饰效果。根据加工方法分为：压花玻璃、喷花玻璃和刻画玻璃。2/1/2023造型材料与工艺51压花玻璃又称滚花玻璃，是熔融玻璃经刻有花纹图案的压延锟而制成，分为单面压花和双面压花玻璃。。喷花玻璃又称胶花玻璃，是在玻璃表面贴以刻有花纹图案的纸型作为保护层，通过喷砂处理而成。刻花玻璃是由平板玻璃经涂覆、雕刻、围腊、酸蚀、研磨而成。2/1/2023造型材料与工艺52⑩中空玻璃又叫隔热玻璃，是在两块或多块平板玻璃之间充溢干燥气体，四周边缘用胶接、焊接或熔接的方法秘封而成的玻璃制品。2/1/2023造型材料与工艺53热反射玻璃又叫镀膜玻璃，是在平板玻璃表面涂覆金属或金属氧化物磨层的玻璃。具有良好的隔热性能和遮光性，并有单向透象性，对太阳辐射热有较高的反射能力，可节约室内空调的能量。镀膜玻璃外观具有多种色彩及镜面效果，增加建筑物的美观，用作建筑物门窗、幕墙等。2/1/2023造型材料与工艺54吸热玻璃能吸收大量的热射线并保持良好的透明度，具有控制阳光和热能透过的功能。吸热玻璃是在普通硅酸盐玻璃中引入一定量的着色氧化物或在玻璃表面喷涂着色氧化物薄膜而具有吸热性。常见的吸热玻璃有茶色、蓝色、灰色和绿色。2/1/2023造型材料与工艺55光栅玻璃光栅玻璃又称镭射玻璃。以玻璃为基材，用特殊材料或特殊工艺使玻璃表面形成全息光栅或几何光栅的玻璃。在光源照射下，光栅玻璃发生物埋衍射现象产生七彩光。按结构可分为单层光栅玻璃、普通夹层光栅玻璃和钢化夹层光栅玻璃。品种有透明光栅玻璃、印刷图案光栅玻璃、半透明半反射光栅玻璃和金属质感光栅玻璃。主要用作建筑物的装饰材料及轻工产品的外观装饰材料。

2/1/2023造型材料与工艺56光致变色玻璃随光线强弱而变色的玻璃，又称光色玻璃。在玻璃中引入卤化银等光敏剂而得。光照时玻璃颜色随光线增强而渐渐变暗，照射停止后，玻璃又恢复到原来的颜色。可用于变色眼镜、防光材料显示装置的制作及全息存储等。

2/1/2023造型材料与工艺57（2）器皿玻璃是一种用于制造日用器皿、艺术品和装饰品的玻璃。用这种玻璃制成的器皿有很好的透明度和白度(日光下呈无色或很弱的蓝色)，或具有鲜艳的颜色和清晰美观的图案，表面洁净有一定光泽，有较好的热抗震性、化学稳定性、机械强度。器皿玻璃分为一般器皿玻璃和晶质玻璃，主要用于制作茶具、餐具、炊具、艺术制品等。

2/1/2023造型材料与工艺58（3）泡沫玻璃泡沫玻璃又称多孔玻璃，是一种气孔率在80%以上，由均匀气孔组成的玻璃。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。根据配料与生成工艺的不同，其气孔可分为封闭的非连通孔、连通孔和部分连通孔。2/1/2023造型材料与工艺59气孔封闭的泡沫玻璃机械强度高、不透气、不燃、导热系数小，不变形，经久耐用，可进行锯、钻、钉等加工，是一种良好的保温绝热材料。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。泡沫玻璃还可制成各种不同颜色，且永不褪色，是良好的装饰材料。

2/1/2023造型材料与工艺602/1/2023造型材料与工艺61（4）微晶玻璃又称玻璃陶瓷，是将含有晶核生成剂的玻璃在一定条件下进行热处理，玻璃相中析出大量微晶体相，形成由晶体相和玻璃相构成的复合体。微晶玻璃的结构、性能及生成方法与玻璃、陶瓷有所不同，兼具了两者的性能，具有优良的机械强度、化学稳定性、热稳定性及机械加工性。适当选择晶核生成剂及晶化条件，可获得性能极不相同的微晶玻璃品种，如耐热微晶玻璃、可切削微晶玻璃、耐腐蚀微晶玻璃、光敏微晶玻璃、热敏微晶玻璃等。

2/1/2023造型材料与工艺62（5）其他玻璃①玻璃马赛克玻璃马赛克又称玻璃锦转，一种小规格的乳浊状半透明彩色饰面玻璃。尺可一般为20mm×20mm、30mm×30mm、40mm×40mm,厚度为4~6mm。表面平整光滑，背面有凹槽纹利于砂浆粘结。玻璃马赛克色彩丰富、色调柔和；质地坚硬，不积尘，雨天自洗，经久常新；化学稳定性和热稳定性好。多拼合成各种图案，用于建筑物的外墙装饰。

2/1/2023造型材料与工艺63②玻璃空心砖将两块模压成凹形的玻璃熔接或胶接成一整体，中间充入干燥空气，经退火处理和涂饰侧面而成。有单孔腔和双孔腔之分。玻璃空心砖强度高，绝热、隔音、耐火，多用来砌筑透光墙壁。

2/1/2023造型材料与工艺642/1/2023造型材料与工艺653、新颖奇特的玻璃（1）可钉玻璃——日本研制成功一种可钉玻璃，它是把硼酸玻璃分与碳化纤维混合后加热制成的，这种玻璃的最大断裂力为一般玻璃的2倍以上，无脆性，在上面钉钉子不需担心破碎。2/1/2023造型材料与工艺66（2）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。（3）灭菌玻璃——在制造玻璃时，加入适当的铜离子，制造出的玻璃就具有灭菌、防霉的功效。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，还能防止食物霉变。2/1/2023造型材料与工艺67（4）导电玻璃——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。

（5）发电玻璃——这种玻璃吸收太阳光的能量后可以发电，把它安装在窗户上可供室内照明甚至提供电视机和收音机的电源。

2/1/2023造型材料与工艺68（6）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。

2/1/2023造型材料与工艺69（7）调光玻璃——一种可调透明度的玻璃，可以免用窗帘，只要根据需要按一下遥控开关，玻璃就会自动由暗变亮和由亮变暗。