6讲玻璃的成型和退火_材料工艺学.ppt

1、黄 朝 晖 材料学院（测试楼118办公室） 电话：82322186E-mail:,玻璃的成型和退火,第四节 玻璃熔体的成形与退火 玻璃熔体的成形方法有压制法（制水杯、烟缸等）、压延法（压花玻璃等）、浇铸法（光学玻璃、熔铸耐火材料、铸石等）、吹制法（瓶罐等空心球）、拉制法（窗用玻璃、玻璃管、玻璃纤维等）、离心法（玻璃棉等）、喷吹法（玻璃珠、各种耐火空心球）、浮法（板玻璃等）、焊接法（仪器玻璃）等。 成形后的制品都存在着复杂的热应力，要经退火工序才能消除。 本节着重介绍玻璃的成形性质、成形制度的制定、压制、吹制、拉制、浮法等重要成形方法和玻璃的退火。,一、玻璃的主要成形性

2、质 （一）粘度： 利用玻璃粘度随温度变化的可逆性，可以在成形过程中多次加热玻璃，使之反复达到所需的成形粘度，可进行局部的反复加工，以制造复杂的制品。,（二）表面张力 玻璃液的表面张力使自由的玻璃液滴成为球形；可不用模型吹制中能自然得到圆形；在爆口和烘口时，表面张力能使边缘变圆。 （三）弹性 在成形的低温阶段，弹性的作用更明显。弹性大的玻璃（即较小的应力较大的应变）能抵抗较大的温度差，可减少缺陷的发生。,三、吹制成形（blow process） 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，而以各种自动化机械吹制为主。,林取10型制瓶机成型

3、过程示意图 1-接受料滴；2-真空吸口及补气；3-倒吹气；4-雏形模翻转；5-雏形模微开进行更热；6-移入成型模；7-料泡在成型模中；8-吹气成型；9-成品钳出,四、拉制成形（drawing process）：此法适用于成形各种板材和管材。 （一）平板玻璃的垂直拉制法 20世纪初比利时人弗克发明平板玻璃有糟引上法，后来美国发展为无槽垂直引上法。1972年日本旭玻璃公司改造为对辊法，见图。它们的基本原理大致相同 。,垂直引上法生产平板玻璃示意图 1-通路；2-小眼；3-大梁；4-辅助冷却器；6-槽子砖；7-板眼；8-齿墙；9-石棉辊；10-鱼鳞板；11-引上机；12-原板；13-角铁；14-桥砖

4、；15-端墙；16-L型砖；17-引砖；18-冷却器；19-八字水包；20-槽钢；21-石棉辊；22-吊平碹；23-玻璃液；24-转动式成型辊；25-辐射热挡板；26-冷却器；27-原板；28-石棉辊；29-缝隙,（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。 水平拉制见示意图。此法可拉制外径270mm的玻璃，主要用以生产日光灯、霓红灯等和薄壁玻璃管。,丹纳拉管法示意图,五、浮法生产平板玻璃 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。它是英国皮而金顿公司经30年的研究，在1959年进入工业生产的。 优点：玻璃质量高（接近或相当于机械磨光玻璃），产量大，拉引

5、速度快，厚度可控制在1.730mm。宽度目前可达5.6m，便于生产自动化。浮法玻璃的问世是世界玻璃生产史上的一次重大变革，它正在取代平板玻璃的其他生产方式。,浮法玻璃的成形原理： 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。 下图为生产示意图。浮法玻璃的生产原理看似简单，它是在解决了一系列技术问题后才得以实现的。,浮法生产示意图 1-流槽；2-玻璃液；3-顶盖；4-玻璃带；5-锡液；6-槽底；7-保护气管道；8-拉边辊；9-过渡辊台；10-胸墙；11-闸板,（一）浮抛介质的选择

6、 用作玻璃的浮抛金属液必须具备以下条件： 1.在1050温度下的密度要大于玻璃。 2.金属熔点低于600 ，沸点高于1050 ，1000左右的蒸气压应尽可能低。 3.在1000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镓、铟、锡三种，其中锡最便宜、无毒，所以选用锡液作为浮抛介质。但它易被氧化成SnO、SnO2、或与硫反应生成SnS，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。,（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。生产厚度大于6mm的玻璃比较容易，主要是限制

7、玻璃带自由变宽，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供给量，并调整拉引速度，就可以生产630mm厚的玻璃。,生产厚度小于6mm的各种玻璃比较困难。因为玻璃在锡液上自由摊平，有一个平衡厚度。即使更加大拉力，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，才能了解浮法玻璃拉薄的方法。,1.浮法玻璃的平衡厚度 高温锡液面上的玻璃液（1050），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定值，称为平衡厚度，约为7mm，见图。在有拉引力的作用下，玻璃的厚度小于7mm

8、，约为5.76.3mm，6.3mm厚度称为在有拉引力作用下的平衡厚度。,锡掖上玻璃液平衡厚度-500时，玻璃液与锡液的浸润角,2.玻璃表面张力的增厚作用 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作用。 只有当玻璃的温度下降到使粘度达到105PaS左右，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速增大，而表面张力则增加不多，巨大的粘滞力使表面以发挥作用，因此，当有拉边器作用时，在强大的拉力下就可使玻璃变薄。,（三）浮法

9、成形的工艺制度徐冷法拉薄成形工艺图（右） （1）玻璃液通过坎式宽流槽（spout）流入锡槽，温度约1100。 （2）摊平抛光区，温度在1050900，玻璃液粘度为102.7103.2Pas。连续均匀流入锡槽的玻璃液浮在锡液表面，摊平并被抛光，摊平抛光过程所需的时间约为2min。 （3）徐冷区，温度由900降至850，玻璃液粘度从103.2Pas变为104.25Pas。,徐冷拉薄法,（4）拉薄区： 温度从850降至700 ，玻璃液粘度下降。在该粘度下，表面张力使玻璃变厚作用已不明显，受拉力作用玻璃易于伸展变薄，且厚度、宽度几乎按比例减小。玻璃带在该区形成了一个收缩过渡段，或称为变形区。拉边辊都设

10、在此区。,徐冷拉薄法,（5）硬化区： 温度从700 降至650600 ，玻璃的粘度迅速增加，使其能在保持原状情况下被拉出锡槽进入退火窑。 如锡槽出口温度偏高，则玻璃带在被引上转动辊时，会出现塑性变形。反之，如温度过低，则会断板，并使锡液的氧化加剧。,徐冷拉薄法,六、玻璃的退火 （一）定义与目的 消除玻璃制品在成形或热加工后残留在制品内的永久应力的过程称为退火。 其目的是防止炸裂和提高玻璃的机械强度。熔铸耐火材料和铸石等成形后也都要经过退火。 （二）玻璃的热应力 玻璃中由于温差而产生的内力称为热应力，按其特点分暂时应力和永久应力。 （三）玻璃中应力的消除 玻璃在应变点附近属粘弹性体（伯格斯体），既具有弹性也具有粘性，因此，应力可以得到消除（松弛）。,（四）各种玻璃的允许应力 事实上，在玻璃中完全消除永久应力不可能的，因为在应变点附近降温时，制品内外不可能一点没有温差。只要那时温差存在，到完全冷却后或多少会存在永久应力。 可根据制品用途不同，制定一个允许存在永久应力的标准。据此标准来掌握退火要求。允许数值小的制品（如光学玻璃）退火要特别精细，保温时间要长，冷却速度要很慢。,（五）玻璃的退火工艺制度 （1）玻璃的最高退火温度是指在此温度下经过3分钟能消除应力95%，一般由相当于退火点的温度也叫退火上限温度； 最低退火温度是指在此温度下经3分钟