第五章玻璃及加工工艺

西汉玻璃料器金星玻璃天鸡式水盂白料单耳桃式杯黄玻璃桔瓣式奓斗孔雀蓝色玻璃长颈瓶黄色玻璃椭圆形水丞

1玻璃的分类与发展历史

2玻璃的生产工艺常用玻璃材料玻璃在设计中的应用第5章10种产品生产过程概述5、1

玻璃的生产0.1玻璃的定义玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料中国古代亦称琉璃，是一种透明、强度及硬度颇高，不透气的物料。玻璃在日常环境中呈化学惰性，亦不会与生物起作用，故此用途非常广泛。玻璃一般不溶于酸（例外：氢氟酸与玻璃反应生成SiF4，从而导致玻璃的腐蚀）；但溶於强碱，例如氢氧化铯。玻璃是一种非晶形过冷液体。熔融的玻璃迅速冷却，各分子因为没有足够时间形成晶体而形成玻璃。0.2玻璃的历史

玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固而得。约公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃装饰品和简单玻璃器皿，当时只有有色玻璃，约公元前1000年前，中国制造出无色玻璃。公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃。1873年，比利时首先制出平板玻璃。1906年，美国制出平板玻璃引上机。此后，随着玻璃生产的工业化和规模化，各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现代，玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。0.3玻璃的分类玻璃简单分类主要分为平板玻璃和特种玻璃。平板玻璃主要分为三种：即引上法平板玻璃(分有槽/无槽两种)、平拉法平板玻璃和浮法玻璃。由于浮法玻璃由于厚度均匀、上下表面平整平行，再加上劳动生产率高及利于管理等方面的因素影响，浮法玻璃正成为玻璃制造方式的主流。而特种玻璃则品种众多。玻璃以其天然的、极富魅力的透明性和变幻无穷的色彩感和流动感，充分展现了玻璃的材质美。玻璃材质美的特征在于透明性，这是玻璃“最可贵的品格”。玻璃的材质美0.4玻璃的特性(1)强度玻璃是一种脆性材料，其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，一般用抗压，抗张强度等来表示。(2)硬度玻璃的硬度较大，硬度值在莫氏硬度5—7之间，硬度仅次于金刚石、炭化硅等材料，它比一般金属硬，不能用普通刀和锯进行切割。(3)光学性质玻璃是一种高度透明的物质，具有重要光学性能．玻璃品种较多，各种玻璃的性能也有很大的差别，如有的铅玻璃具有防辐射的特性。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。0.4玻璃的特性(4)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。(5)热性质玻璃的导热性很差，一般经受不了温度的急剧变化。制品越厚，承受温度急剧变化的能力越差。(6)化学稳定性玻璃的化学性质较稳定。大多数工业用玻璃都能抵抗除氢氟酸以外酸的侵蚀。玻璃耐碱腐蚀性较差。5．1.2

玻璃的工艺特性玻璃的成型工艺视制品的种类而异，但其过程基本上可分为配料、熔化和成型三个阶段，一般采用连续性的工艺过程，如图所示。玻璃制品制造工艺过程1.玻璃生产的工艺流程

矿物原料化工原料砂岩长石、石灰石、白云石纯碱芒硝煤灰

粗碎粗碎粉碎粉碎

中碎细碎筛分料仓料仓

细碎筛分料仓称量称量

筛分料仓

料仓称量称量混合

称量

混合

熔制

成型

退火

冷却

切裁

检查

包装玻璃生产工艺过程A.玻璃的成分：化学组成，常用各氧化物的wt％表示。不同产品de化学成分差异很大。B.原料的选择与制备

成分

种类

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

B2O3

PbO

Na2O+K2O平板玻璃瓶罐玻璃高硼硅仪器灯泡壳无碱纤维高硅氧71~7370~7579~8573.154960.5~2.51~51.9~2.50.315.50.46~105.5~90.1~0.64.016.01.5~4.50.2~2.5

2.74.0

10.3~130.88.52.9

2.1

14~1613.5~172.2~614.5~15.5<0.5<0.22.玻璃的成分及原料制备表5

1几种常见玻璃的主要化学组成（wt％）一、引人SiO2的原料作用：

SiO2是制造平板玻璃的最主要成分，是玻璃的骨架，它使玻璃具有高的化学稳定性、力学性能、电学性能、热学性能，可以增强玻璃液的黏度，但含量过多时使熔制的玻璃液粘度过大。（一）硅砂常用硅砂纯净硅砂硅砂矿硅砂颗粒放大图二、引人A12O3的原料1．长石质量要求是：A12O3＞16％；Fe2O3＜0.3％；R2O＞12％

钠长石钙长石钾长石钾长石矿钠长石矿作用：降低玻璃的析晶倾向，提高化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率，减弱玻璃的脆性，减轻玻璃液对耐火材料的侵蚀，有助于氟化物的浮浊。三、引人Na2O的原料

（一）纯碱纯碱是微细白色粉末，易溶于水，它是一种含杂质少的工业产品，主要杂质有NaCl(不大于1％)。纯碱易潮解、结块，它的水含量通常波动在9％～10％之间，应储存在通风干燥的库房内。质量要求：Na2CO3＞98％；NaCl＜1％；Na2SO4＜0.1％；Fe2O3＜0.1％。纯碱纯碱库重碱轻碱作用：提供游离氧，从而降低玻璃粘度，使玻璃易于熔融，是良好的助熔剂。Na2O可增加玻璃的热膨胀系数，含量过多则会降低热稳定性、化学稳定性和机械强度。

四、引人CaO的原料石灰石、方解石两原料均为CaCO3，后者的纯度比前者高。对含钙原料的质量要求是：CaO≥50％；Fe2O3＜0.15％。天然石灰石石灰石矿山方解石透明方解石方解石矿山

五、引人MgO的原料

主要为白云石(MgCO3·CaCO3)，呈蓝白色、浅灰色、黑灰色。质量要求：MgO≥20％；CaO≤32％；Fe2O3＜0.15％。白云石白云石白云石粉白云石粉通常采用石灰石和白云石共同引入MgO和CaO。六、澄清剂

1．氧化砷和氧化锑

均为白色粉末。与硝酸盐组合作用时，它低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。

由于As2O3的粉状和蒸气都是极毒物质，目前已很少使用。氧化锑颗粒纯氧化锑粉纯氧化砷粉3．化合物着色剂

硒与硫化镉：常用原料有金属硒粉、硫化镉、硒化镉。单体硒使玻璃着成肉红色；CdSe着成红色；CdS使玻璃着成黄色；Se与CdS的不同比例可使玻璃着成由黄到红的系列颜色。镉红-镉黄玻璃棒硒镉黄硒镉红成型方法分类物理成型热塑成型成型冷成型化学成型吹制成型拉制成型压制成型压延成型浇铸成型离心成型喷吹成型浮法成型玻璃的成形浮法玻璃生产工艺过程示意图玻璃制品的深加工（玻璃制品的二次加工）成型后的玻璃制品，除极少数能直接符合要求外(如瓶罐等)，大多数还须作进一步加工，以得到符合要求的制品。经过二次加工可以改善玻璃制品的表面性质、外观质量和外观效果。玻璃制品的二次加工可分为冷加工、热加工和表面处理三大类。(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。①研磨是为了磨除玻璃制品的表面缺陷或成形后残存的凸出部分，使制品获得所要求的形状、尺寸和平整度。②抛光是用抛光材料消除玻璃表面在研磨后仍残存的凹凸层和裂纹，以获得光滑、平整的表面。③切割是用金刚石或硬质合金刀具划割玻璃表面并使之在划痕处断开的加工过程。④磨边是磨除玻璃边缘棱角和粗糙截面的方法。⑤喷砂则是通过喷枪用压缩空气将磨料喷射到玻璃表面以形成花纹图案或文字的加工方法。⑥钻孔是利用硬质合金钻头、钻石钻头或超声波等方法对玻璃制品进行打孔。⑦车刻又称刻花，是用砂轮在玻璃制品表面刻磨图案的加工方法。(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。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。(3)玻璃制品的表面处理表面处理包括玻璃制品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)、表面着色和表面涂层(如镜子镀银、表面导电)等等。①玻璃彩饰：利用彩色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。彩饰方法可单独采用，也可组合采用。描绘是按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，用喷枪将釉料喷到制品上。贴花是先