玻璃制造工艺

玻璃制造工艺以酸性、碱金属、碱土金属氧化物为主要原料制成玻璃和玻璃制品。不同玻璃制品的制造方法各有其特点，但主要工艺是相似的（图1）。

简史公元前2600年，巴比伦已有绿色玻璃棒。公元前2500年，美索不达米亚地区和埃及已能制造玻璃珠。最早的玻璃器物由玻璃块凿制而成。以后埃及人用粘土和砂做成一定形状的砂芯,在砂芯上逐层蘸集玻璃液,经过拍打塑形和用颜色玻璃条围绕装饰，固化后再将砂芯除去,制得玻璃器物。公元前1200年,埃及人采用开口模型将玻璃压成碗、盘、杯等制品。中国古代玻璃制造技艺萌芽于西周。战国时期出现含铅和钡硅酸盐玻璃。汉代已有模压、铸压的玻璃壁、珠等。公元前200年,巴比伦人首先使用吹玻璃的中空铁管。用吹管吹制玻璃制品是玻璃制造中的一个突跃性进展。公元1世纪,罗马人把各种颜色玻璃拉成棒，排列成捆烧熔，再切出具有一定图案截面的玻璃薄片,在模具上将这些薄片加热熔接,制出千花玻璃器。他们已掌握在玻璃表面刻磨、用颜色釉彩绘和在玻璃中夹金等技艺，并会在暗色玻璃上镶套一层乳白玻璃，再磨去乳白玻璃，制出具有图案的套料刻花、雕花玻璃瓶。7世纪，叙利亚人把玻璃吹成球,再用铁顶杆蘸少量玻璃液粘住球底部，然后切断吹管处玻璃，用顶杆将开口球在炉中加热软化，借快速旋转的离心力将玻璃球展平成平片玻璃，称冠冕法。11～16世纪，威尼斯成为玻璃制造中心。当时用软锰矿使玻璃颜色得到中和脱色制得无色透明的玻璃，并恢复了罗马人的颜色釉彩绘、玻璃夹金、玻璃磨刻等装饰方法。

1615年，英国用煤取代木柴作熔制玻璃的燃料，使熔化温度有所提高。1635年又用燧石作原料并引入氧化铅，制成折射率高、色散大、易于刻磨的铅晶质玻璃。1688年，法国用浇注法制出平板玻璃，经研磨抛光后用以制造镜子。17世纪末,北欧用吹筒法代替吹圆球法,将圆筒沿长度剖开重新加热，以自身重量在铁台上展平成片,其平整度大为改善，产量增大。1790年,瑞士人P.L.吉南发明用搅拌玻璃液的办法制出高均匀度的光学玻璃。1821年，玻璃成型开始采用对开模具。1867年，德国人西门子兄弟建立燃煤蓄热室连续式池窑，用于熔制玻璃，燃料消耗降低，玻璃生产量剧增。1880年，德国人O.肖特和E.阿贝研究玻璃组成与性质关系，扩大了玻璃成分的范围。1882年，阿博加斯特发明玻璃空心制品成型的压－吹法。1885年，阿什利制成半自动制瓶机，并建立制瓶成型的吹－吹法。1904～1905年，美国人M.J.欧文斯成功地制造了全自动制瓶机，采取吸料成型。1910年起开始发展滴料供料机。此后，采用供料机供料的各种自动成型机相继出现并不断发展，玻璃瓶罐开始大批量高速度连续生产。1912年，比利时人E.富尔科提出玻璃液通过槽子砖经引上机拉制成平板玻璃工艺，1913年用于工业生产，开始大批量连续生产平板玻璃和窗片玻璃。1910年，美国人I.W.科尔伯恩研究平板玻璃的水平拉引法问世，1916年由利比－欧文斯(LibbeyOwens)公司成功地投产。1930年,美国匹兹堡玻璃公司(PPG)采用无槽引上法生产平板玻璃。1931年，生产连续玻璃纤维法问世。1959年，英国皮尔金顿(Pilkington)公司发明的平板玻璃浮法成型投入生产，玻璃液漂浮在熔融金属(锡)表面，使成型质量大为提高。原料包括主要原料和辅助原料。前者指引入玻璃的形成网络结构的氧化物、中间体氧化物和网络外氧化物等原料；后者可以加速玻璃熔制，或使其获得某种必要的性质。

主要原料根据引入氧化物的性质，分为酸性氧化物原料、碱金属氧化物原料和碱土金属氧化物原料。①酸性氧化物原料:有SiO2、B2O3、Al2O3等的原料。SiO2是硅酸盐玻璃中玻璃结构的骨架。它赋予玻璃高强度、良好的化学稳定性、耐热性和低膨胀性，但会使玻璃的熔融温度增高，粘度增大。SiO2的引用原料是硅砂或砂岩、石英岩。玻璃中加B2O3，可降低玻璃的热膨胀性,提高折射率、耐热急变性和耐化学侵蚀性,在温度较高时能降低玻璃粘度，温度较低时提高玻璃粘度。B2O3的引用原料是硼砂或硼酸。玻璃中加Al2O3能减小玻璃析晶倾向和增强化学稳定性，提高强度，增大玻璃粘度。其引用原料通常是伴含K2O或Na2O和SiO2的长石,也可以用工业氧化铝等。②碱金属氧化物原料:有Na2O、K2O的原料。玻璃中加Na2O和K2O成分可降低熔融温度，减小粘度,但会使玻璃的化学稳定性变差。其引用原料是纯碱(Na2CO3)和钾碱(K2CO3)。③碱土金属氧化物原料：有CaO、MgO、BaO、ZnO、PbO的原料。玻璃中加CaO和MgO能减弱钠硅玻璃析晶倾向，增强化学稳定性，高温时能降低玻璃粘度，促进玻璃熔化和澄清,但温度降低时粘度增加很快,成型操作困难。其引用原料是石灰石(CaCO3)和菱苦土(MgCO3)，或用同时含CaO和MgO的白云石。玻璃中常加BaO和ZnO以调节玻璃的化学稳定性和折射率等性质，其引用原料常为工业ZnO和BaCO3、BaSO4或Ba(NO3)2。玻璃中加PbO可显著提高折射率和色散，使玻璃吸收短波长射线，同时，比重增大，熔融温度降低,与金属浸润性好。PbO的引用原料是红丹和黄丹或工业硝酸铅。此外，碎玻璃也是一种主要原料，常称为熟料，能够在较低的温度下熔融，有助于玻璃配合料的溶化。辅助原料一般包括澄清剂、着色剂、脱色剂、乳浊剂、助熔剂等。①澄清剂：在玻璃熔制时分解排放气体，加速玻璃熔体排出气泡。有白砒、氧化锑、硝酸盐、锑酸钠、芒硝等。②着色剂：使玻璃具有各种不同颜色，通常是过渡金属Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Fe的化合物,CdS、CdSe及Se、Au、Ag的化合物等。③脱色剂：脱色分化学脱色和物理脱色。化学脱色是加入氧化剂，将带色化合物氧化成无色或浅色。物理脱色是根据互补色原理，加入着色剂以抵消FeO、Fe2O3、Cr2O3、TiO2等杂质呈现的颜色。如氧化铁使玻璃呈青绿色，通常加入硝酸盐、氧化铈将铁氧化成高价后，着色力减弱。还可加入Se、Co、Ni、Mn的化合物产生红紫色，与Fe化合物的青绿色互补成无色，但降低了光透过率。④乳浊剂：使玻璃冷却时析出密布晶体，对光线产生散射而不透明。常用水晶石、氟硅酸钠等氟化物和磷酸钙等磷酸盐。生产过程主要包括配合料制备、熔制、成型、退火和后加工等步骤。配合料制备首先对原料进行预加工，包括对块状原料的粉碎、潮湿原料的预干燥和含铁原料的除铁处理等。粉碎的颗粒度以0.25～0.5mm为宜,过粗的颗粒不易充分熔化,在玻璃中会形成残留料粉结石或富硅节瘤;过细的颗粒容易飞扬或集聚成团。将具有一定颗粒度的原料按配方精确称量，再用转鼓式、桨叶式或盘式混合机进行混合。夺僵熔制皱既将玻唇璃配雄合料化进行塘高温朵熔化讨、澄妨清，塌形成榴均匀迷的无略气泡势、无冤结石搜的玻提璃液危。玻视璃配字合料塔的熔斧制温筒度随乒成分资不同仁而异每，通蒙常为解13嫂00冬～1真60数0铁℃拜。配洽合料严在高蛾温下铺发生参一系际列物邪理化晃学反歉应，仅逐步忙熔融坏完全熄。随传温度蛇的升租高,屯粘度妙显著比减小盐,其巩中夹央杂的街大量谁空气疏和原沙料分冒解产旷生的嫌气体雄从熔镇融液移中上需升并伯逸出然，使虽熔体舍变得红清澄盒。在抖高温构排除须气泡漠的同篮时,纱玻璃舅液的客化学枝组成成也趋祸向均躲匀,宫必要造时，总加机惕械外咏力搅累动。但澄清川和均先化完美成后胃，降它温使湾玻璃乡液均贷匀一处致地咽达到牲适合疏成型牧要求愿的粘隔度。部检为熔制赌在玻情璃熔近窑中素进行缘。大魔批量闹生产著时在逼池窑宫中连旷续熔袜制。刮配合源料在后窑的感一端相加入永，供留成型凡的玻奴璃液使在另孝一端考排出简。小误量生朵产时理在坩初埚窑筝中间斑歇熔豪制。盘兄膊成型川聋将玻垄璃液生加工裹成固洋定几修何形免状的堂制品殖。玻耍璃降户温时吹由液多态、塌可塑芦态至柜固态参，将晓玻璃鲁的供蛋取料辜、赋剖形和暂定型横的制亡作阶欣段连贡接起璃来。毛人工板挑料鱼时，喂玻璃致液粘都度通云常为胳10像2.滋2P病a·赚s；它机械魔自动乔供料欲时为逝10势2～富10预3P揪a·善s,忙相当饭于玻毁璃液叛澄清桂时粘斜度的镜10默～1超00各倍。录玻璃迫液滴辅入模撕的适军宜粘脑度通都常为己10洁3.三5P血a·倚s,暗脱模崖时粘间度应岭为1图06越Pa箩·s棒,除在这病个可泛塑范盖围内弃对玻恶璃料终进行伞剪切翅、粘姻结、脏吹扩六、压胡延等怨成型衰操作周。若帖制作帝时间适较长泉，须它调节饱玻璃青成分巴使粘栽度转览变趋塘缓和押析晶梳倾向旬小，床以免贿在成尤型过护程硬探化太尺快和塔发生刊析晶轻。常推用的有玻璃堵成型沿方法强有巴吹制痒法、生压制凑法、巨拉引辨法、浑浇注畜法、侄压延瞎法下等。连味①竞吹制检法：轿用以芒制造简空心模玻璃姨制品捞，如镇水杯卵、器间皿、伏瓶、镰罐、驻灯泡屑等。言人工隶吹制盆时使唤用长互约1珠.5支m中庄空铁蜡吹管寇，一摔端蘸逆取玻梯璃液多（挑手料）炉，一升端为匙吹嘴升。挑剥料后唯在滚仔料板递（碗曲）上们滚匀卵、吹谎气，闸形成园玻璃华料泡怖，在保模中拨吹成贺制品厕；也拐可无移模自瑞由吹狂制，京最后奉从吹泄管上接敲落惹。大互型制巾品成童型时抵，需呼反复疮挑料垫滚匀捎，以怎集取续足够严料量俯。机清械吹护制时胡，玻陈璃液靠由玻丧璃熔桐窑出氧口流炮出，撒经供染料机姜形成修设定废重量蜘和形峡状的饭料滴剃，剪驶入初漏型模铜中吹饱成或物压成袄初型耻，再移转入盖成型阔模中煮吹成嫩制品拴。吹槐成初电型再遍吹成袋制品疾的称柜吹－误吹法锻，适渔宜制欧成小放口器爷皿和闸瓶罐除。压河成初手型再务吹成顷制品抓的称饶压－端吹法徐，适纵宜制砖成大咸口器蒙皿和暂薄壁魂瓶罐愁。男始纺康宁往带式格吹泡寿机是斤机械保吹制泊中较皱为特筐殊的礼一类迈。它阳先将辈玻璃砌液经扶转辊受压成哗有间拨隔块般体的太带状敌，吹尘泡机贿的多帅个吹臣气头逮在玻语璃料凶带上辰同步手运行筋并吹芬成初疾型，钟再合呈上成宅型模侧吹成功制品来。适家宜制桥造灯蛙泡壳蓬、电企子管冶壳、驳水杯税等。捞伙②则压制刷法:稻用以松制造旧敞口么和实绳心制岸品,纯如碗葬、盘万、缸催、镜杯片、崭显像秃屏和厕锥、篮砖等剥。蜓人工驶压制术以铁程杆取锁料，毫按设派定量育剪落顾入模俯，模在芯（厚冲头瑞）压指下将用玻璃语液挤精满模女腔压鹿成制城品。溪机械雕压制脾采用退和吹领制法葱相同闯的供普料方芹法将秒玻璃蜘液剪圈入多凶模压病制机唉的模却中,跃自动生落下挠模芯检成型葛。压磨制法臂成型校的玻嘉璃液冈表层勇因接兴触模敏和模绞芯，纤降温次很快计，适元于制纱造较沫厚和涌较浅敬的制漠品。育脚穗③淘拉引疾法：锁用以荒制造炮玻璃旅管、遭棒、附纤维下以及坏窗片针与平心板等丝。人淘工拉软管时斤用铁鱼管反善复挑忙料，娇集起眠大量姻玻璃肝液滚爽匀后抵形成捷料泡素，料检泡顶笑端用码另一炎铁杆您取料薯粘住僚、吹娃气，瓦以一君定速鸽度慢另慢拉世开。聋机械抓拉引碍分上低引、疤下引餐和水荐平拉违引。捆机械躬拉制忆玻璃小管时寺，首票先，蔑玻璃即液流展入拉汉管池庄，依笔靠耐铲热合倚金或闻耐火输材料显的芯搅轴和牙轴中栽心通瞎入的嗽空气被形成指管根渡,由纯牵引针辊连饼续拉塌成管蜜。连赌续纤俘维的词拉引疗方法奉是在夹拉丝扯坩埚遣中控科制玻土璃液便温度胖，坩瞎埚底膝部有众10裳0多质个漏醉嘴,毫高速您旋转红的拉拘丝机冒构拉婆出连钩续不毁断的续纤维含，绕稠在筒透上。辅机械泼引板锐的方爹法是节在通妻道成浑型室们以玻起璃液乱面拉唇引起绢玻璃犯板。叙玻璃表液面拾设槽短子砖姓的称甜有槽偷引上蝇法，题玻璃管液从容砖槽捕中涌愚出；隙自由渴液面和向上辞拉引饲和经黑转向娇辊成原为水胜平拉等引出醉分别斑称无饲槽引矮上法资和水局平拉嫁引法害。浮爸法拉裁引则阳是玻顶璃液真通过蓝溢流插口经竹流槽石流到垮高温麦锡液远表面把展开续成玻忽璃板砌，同苏时向亦槽尾狗部拉虹引，慕在锡醒液面荐上玻补璃板就藉高满温表际面张莲力自档身平厨整光伐洁。再呼貌葱④笑浇注停法：包用以梯生产侍光学泻玻璃腐、筐建筑交装饰漫制品题等。孩其中幼离心删浇注维法用搅以生接产大菊直径投玻璃织管、河器皿叔、大兰容量尝反应水锅和继玻璃芹锥等厦。用童于浇乘注的短玻璃狸液粘触度要督小，肉在模嗽子中葬凝固纵成型或。离农心浇殃注时蔽，玻短璃液锈注入掀模中告，然林后高秀速旋锡转，早玻璃倾液受纸离心鞭力作艇用紧递贴到超模子旁壁上跟，直山到固崭化。蚊速不竟⑤给压延句法：厉用以盒制造毒厚玻源璃板阻、压售花平李板玻兽璃、茎夹丝砖平板里玻璃冤。可查将玻理璃液字倾倒蓬在金待属平拿台上廊，用命压辊佳延展丧成板劲，也集可将鼓玻璃己液连驶续流输入两桑个滚卧筒间寄隙中嗓滚压伐成平寸板。徐滚筒益上刻薄有花少纹即胆成压柳花平眯板。拒滚筒扮间夹润入金尤属丝乎便成现夹丝巾玻璃侵。肿或虚退火懒泰目的尿是消旁除玻抓璃制华品中酷永久敬应力昆和结该构不丈平衡宰性。进玻璃枪是不稳良导赞热体战，制姥品成盆型后父，表雄层与赠内层幼在降驻温过之程中冶产生健温差信,当奶表层雷凝固休状、眯内层飘粘滞门状时顶,温鹿差存册在而甩应力矿松弛基不存匹在，愁这一映温差斜于表项层冷浮却至选室温委时，滥内层承继续挤降温役收缩白,受究到表笼层阻阻碍产尾生张剂应力率,同骄时使瑞表层增产生朗压应粪力，早永久拾存在拢。制袭品各跃部位然由于券热过暮程引街起的晒永久枪应力叙的大冷小和视分布尊都不宿会均裕匀一眨致,甚因此联,会爽影响忌玻璃屿制品肝强度甜，甚匹至会络因应促力集久中而仿自行沟破裂垂。退兔火可谎消除尖玻璃肚内部泊的有林害张裙力和软防止妈新应吓力产捞生。坚退火骆时将驾玻璃林制品楚加热粮或在惭热成斜型后轨保持现到退斗火温格度，沃使原犁有应彩力得日到松眉弛和争消除哭，然以后缓股慢地寒冷却源到应竭变温秘度以序下，领玻璃侵完全素进入敌刚性替体状道态以灶后，配内外榆层温爆度差梁只产晋生暂商时应立力。术由于陡某些芝性能希和功拉能的刮玻璃屈（如耀光学撇玻璃滔、温药度计边玻璃互）在艰转变乓温度汉范围怠内，冰巨大蔑粘滞眠性使嚼结构惩质点迎移动余缓慢桂，致径使其题性能崖来不崭及达准到与端温度口一致忧的平衰衡状看态，袄使用缩中会相因缓辽慢平烂衡产错生性斜能变拥动，窝因此蜂，须转在退技火温歼度保尾持足哲够时狼间。掉虚希与退锅火消府除永判久热柄应力庸相反卖，玻允璃的疗淬火小，是逃通过六热处睬理在肝玻璃吓表面怀造成堡压应辨力以未提高季玻璃接的强匀度。数玻璃籍制品谎加热交到接也近软姓化温糖度后瘦立即授用空搞气或筒油等魔冷却夫介质籍骤冷速，可送以有朗控制腹地使挤玻璃吉制品眼的表禾层产镰生具院有均百匀的委永久末压应柿力，真这一直压应怨力可商以抵盛消外沉力作链用于擦玻璃鹅制品寺引起途破坏雁的张充应力擦，使用制品俭强度贼提高小4～唐5倍运，成惜为刻钢化驴玻璃壶制品训。律意后加槽工版玻傍璃经证成型友和退楼火后慌，还食需进弄行各渡种加码工，钢制成恨制品肾。玻视璃的翁后加荐工分督为冷汁加工饰、热披加工杆和化丙学处昼理3垒大类攀。冷慰加工劲包括价研磨挽抛光饼、切瞒割、册喷砂捡、钻煮孔。缠热加希工包途括烧舱口、筛火抛狱光、告火切酷割、榴火钻脉孔、稍真空兆成型苹和玻油璃灯挖工,戴此外椒还包丘括烧晕釉等省装饰盘，以弃及通叫过热愿处理浴,使绣玻璃到微晶骑化、场烧结寇，产填生结灵构的略转变授。化装学处东理包绍括化浴学蚀农刻、蹲化学践抛光瞒、玻贤璃表高面涂虾膜、烘离子烘交换涨等。蜡茄①速研磨偷抛光矮：研秀磨是通将制艰品粗拔糙不匹平或吃成型琴时余浓留部也分的严玻璃千磨去绢，使霉制品绪具有笑平整盏的表茶面或计需要苍的形享状和展尺寸怜。一苍般开即始用肆研磨燃效率圣高的吧粗磨伙料研茶磨，狱然后骂逐级河使用皱细磨绍料，锐直至舌玻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