材料成型特性第五章——玻璃

1、 第五章 玻璃及其加工技術(shù)第五章 玻璃及其加工技術(shù)n5.1 玻璃材料的基本知識n5.2 玻璃材料的成型技術(shù)n5.3 玻璃制品的設計與表面裝飾技術(shù)該款椅子時由水晶玻璃制成的，設計師對玻璃的成型可能性進行了研究，在一塊玻璃板上用每秒鐘1000米的混合磨料的高壓水柱制造了一道縫隙，然后用玻璃彎曲技術(shù)加以彎曲，使它獲得了連續(xù)、透明、優(yōu)雅的造型。它是復雜現(xiàn)代技術(shù)和簡單造型方法的完美結(jié)合。5.1 玻璃材料的基本知識n（1）玻璃材料的性質(zhì)n（2）玻璃材料的分類和應用（1）玻璃材料的性質(zhì)n玻璃的形成、成分？n大多數(shù)玻璃的主要原料是石英（生產(chǎn)得到的是硅酸鹽玻璃），如加入適量硼、鋁、銅等金屬氧化物，可制成各種性能

2、不同的特種玻璃。n玻璃材料一般有哪些性質(zhì)？n是不經(jīng)結(jié)晶冷卻成固態(tài)的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其物理性質(zhì)和力學性質(zhì)為各向同性，透光。易脆、透明、堅硬、氣密性等；新型玻璃不但硬度更高，而且堅韌、強度高，摔不碎、耐磨，如金屬玻璃等。（1）玻璃材料的性質(zhì)1.玻璃的密度 玻璃內(nèi)幾乎無孔隙，屬于致密度材料。普通玻璃的密度為2.52.6g/cm3。2.玻璃的光學性質(zhì) 有反射、吸收和透射三種性質(zhì)。玻璃的反射率、吸收率、透光率之和等于入射光的強度，為100%。用于采光、照明時，要求透光率高；普通2mm窗戶玻璃透光率為90%。用于遮光和隔熱時，要求反射率高；用于隔熱、防眩時，要求既能吸收大量紅外線輻射能，同時又保持良好的透

3、射性。折射率高，可使制品產(chǎn)生璀璨的視覺效果；不同的玻璃還具有感光、變色、防輻射、吸收或透射紫、紅外線的性能。3.玻璃的熱工性質(zhì) 玻璃的比熱一般為0.331.05103J/kg導熱系數(shù)一般為0.41.2W/mK。玻璃傳熱慢，是熱的不良導體。當玻璃溫度急變時，沿玻璃的厚度從表面到內(nèi)部，有著不同的膨脹量，由此而產(chǎn)生內(nèi)應力。當內(nèi)應力超過玻璃極限強度時，就造成碎裂破壞。受熱易碎，但添加增強導熱性的材料，可提高其熱穩(wěn)定性。 （1）玻璃材料的性質(zhì)（1）玻璃材料的性質(zhì) 4.玻璃的力學性質(zhì) 玻璃的抗壓強度高，一般為6001200MPa，而抗張強度很小，為39118MPa。故玻璃在沖擊力作用下易破碎，是典型的脆性

4、材料。硬度較大，用普通刀和鋸不能切割。莫氏硬度一般在47之間。加工方法有：雕刻、拋光、研磨、切割等。（1）玻璃材料的性質(zhì)n5.電學性質(zhì)：常溫下是不導電體，可做絕緣材料（燈泡、電子管等）；熔融狀態(tài)下的玻璃則變?yōu)榱紝w，隨溫度下降導電率下降。n6 玻璃的化學性質(zhì)n較穩(wěn)定。n大多數(shù)工業(yè)用玻璃都能抵抗除氫氟酸以外酸的侵蝕。耐堿腐蝕能力差。n高溫下水也能侵蝕玻璃；n長期在大氣和雨水中也會受到侵蝕。n玻璃發(fā)霉：n如光學玻璃儀器長期受周圍潮濕空氣等作用，會形成白色斑點或霧膜，破壞透光性，應精加保管；（1）玻璃材料的性質(zhì)（2）玻璃材料的分類和應用按化學成份分：按化學成份分：n鈉鈣硅酸鹽玻璃（SiO270%、C

5、aO10%、NaO15%等）n用作：平板、瓶罐、燈泡玻璃；n鉛玻璃（含大量氧化鉛PbO）n用作：光學玻璃、電真空玻璃（各種燈泡殼）、藝術(shù)器皿玻璃；n石英玻璃（SiO295%以上）n用作：玻璃半導體、電光源、滲釹激光玻璃、金屬玻璃等。n其他：硼硅酸鹽玻璃、高硅氧玻璃等按應用分類：按應用分類：n1.平板玻璃平板玻璃(鈉鈣硅酸鹽玻璃NaO-CaO-SiO2一類)n普通平板玻璃 產(chǎn)量最大、用量最多的一種，也是進一步加工成具有多種性能玻璃的基礎材料。n磨光玻璃n又稱鏡面玻璃或白片玻璃，平板玻璃經(jīng)過機械磨光、拋光而成的透明玻璃，分單面磨光和雙面磨光。磨光可以消除某些外觀缺陷，使其變得平整光滑，物像透過后不

6、變形。n磨砂玻璃n 磨砂玻璃又稱毛玻璃、暗玻璃，把普通玻璃經(jīng)研磨、噴砂或用氫氟酸溶液腐蝕等方法加工后使其表面（單面或雙面）成為均勻粗糙透光不透視的平板玻璃。它能使室內(nèi)光線柔和不刺眼。n彩色玻璃n又稱有色玻璃或飾面玻璃，分透明和不透明兩種。n透明彩色玻璃是在原料中加入一定量的金屬氧化物使玻璃帶色n不透明彩色玻璃是在一定形狀的平板玻璃的一面加以色釉，經(jīng)烘烤、退火而成。n彩色玻璃的彩面也可采用有機高分子樹脂涂料制得?？善闯筛鞣N圖案、花紋，并具有耐腐蝕、抗沖刷、易清洗等特點，主要用于建筑物的內(nèi)外、門窗裝飾及對光線有特殊采光要求的部位。n壓花玻璃 n將融熔的玻璃液在冷卻過程中通過帶圖案的花紋輥軸連續(xù)對輥

7、壓延而成 。在有花紋的一面用氣溶膠進行噴涂處理，可呈淺黃色、淺藍色、橄欖色等。經(jīng)過噴涂處理的壓花玻璃，立體感強，強度可以提高50%70%。n2 瓶罐玻璃瓶罐玻璃n主要制品有：各種飲料瓶、食品瓶、用品瓶等，（鈉鈣硅酸鹽玻璃SiO2-CaO-NaO一類）；n藥品瓶（鹽水、酸、試劑、藥茶色等）、化妝品瓶（硼酸鹽玻璃一類）；n3 光學玻璃光學玻璃n主要制品有：科學儀器和各種曲率的球面或非球面透鏡。n性能特點：特定的光學常數(shù)、高透明性、高物化均勻性等。n有：無色光學玻璃和有色光學玻璃（色顯示材料,彩色攝影機等）n4 器皿玻璃器皿玻璃n主要制品有：日用器皿、藝術(shù)品、裝飾品。n要求：透明度高（材質(zhì)、透射）、

8、反射率高、色彩鮮艷等，較好的熱抗震性、化學穩(wěn)定性、機械強度、不污染物品等n有一般器皿玻璃、晶質(zhì)器皿玻璃（高檔玻璃品）；主要用于茶具、餐具、炊具、藝術(shù)制品等n5 安全玻璃：鋼化玻璃n將普通玻璃制品加熱至接近其軟化溫度，經(jīng)完全退火后迅速冷卻處理制成，玻璃內(nèi)產(chǎn)生均勻的拉應力，使玻璃表面產(chǎn)生預壓應力，提高了其抗彎、抗沖擊和抗扭曲變形能力n1.機械強度高 n 鋼化玻璃的機械強度比普通平板玻璃高35倍，其抗彎強度不低于200MPa； 抗沖擊性能好，用0.8kg鋼球從1.2m高處落下，鋼化玻璃可保持完整而不破碎。n 2.彈性好 n一塊1200mm350mm6mm的鋼化玻璃受力后，可產(chǎn)生100mm的彎曲撓度。

9、n 3.熱穩(wěn)定性高 n鋼化玻璃在經(jīng)受急冷急熱時不易發(fā)生炸裂。最大安全工作溫度為288，能承受204的溫差變化。n適用于制作耐震、耐溫度急變的采光工程、設備和汽車等擋風玻璃、防盜玻璃等茶幾：茶幾：采用鋼化玻璃，采用鋼化玻璃，機械強度高機械強度高 ，抗沖擊性能好，熱穩(wěn)定性高，抗沖擊性能好，熱穩(wěn)定性高 ，彈性好。，彈性好。成型簡單容易，造型多樣，簡潔時尚有設計感，造價低。成型簡單容易，造型多樣，簡潔時尚有設計感，造價低。n6 安全玻璃：夾層玻璃n兩片或多片玻璃之間嵌夾透明塑料薄片，經(jīng)加熱、加壓粘合而成。生產(chǎn)夾層玻璃的原片，可采用一等品的平板玻璃，也可為鋼化玻璃、夾絲拋光玻璃、吸熱玻璃、熱反射玻璃或彩

10、色玻璃等，玻璃厚度可為2mm、3mm、5mm、6mm、8mm。 夾層玻璃的層數(shù)有3層、5層、7層，最多可達9層，達9層時，則一般子彈不易穿透，成為防彈玻璃。防彈玻璃 n按夾層玻璃的特性，可分有多個品種，如減薄型、遮陽型、電熱型、防彈型、玻璃纖維增強型、報警型、防紫外線型以及隔聲夾層玻璃等。n夾層玻璃的抗沖擊性能比平板玻璃高幾倍，破碎時只產(chǎn)生裂紋而不分離成碎片，不致傷人。 n它還具有耐久、耐熱、耐濕、耐寒和隔音等性能，適用于有特殊安全要求的建筑物的門窗、隔墻、工業(yè)廠房的天窗和某些水下工程等。7 特種玻璃n一 吸熱玻璃 二 熱反射玻璃 三 中空玻璃n四 玻璃馬賽克 五 玻璃磚 六、鐳射玻璃n七減反

11、射玻璃 八單向透視玻璃 九異型玻璃n十釉面玻璃 十一.微精玻璃裝飾板 十二、可釘玻璃 n十三、天線玻璃 十四、滅菌玻璃 十五、導電玻璃 n十六、折光玻璃 十七、發(fā)電玻璃 十八、自凈玻璃n十九、調(diào)光玻璃 二十、防盜玻璃 二十一、薄紙玻璃 n二十二、變色玻璃 二十三、泡沫玻璃 吸熱玻璃是能吸收大量紅外線輻射能，并保持較高可見光透射率的平板玻璃。 特點： 1.吸收太陽輻射熱。 如6mm厚浮法平板玻璃，在有陽光照射下，總透過熱量為84%，而同樣厚度的藍色吸熱玻璃的總透過熱量為68.9%。 2.吸收太陽中的可見光，減弱太陽光的強度，使刺眼的陽光變得柔和、舒適，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線，減輕紫外線對室內(nèi)塑料等有機材料的損害。 廣泛應用于建筑物的門窗、外墻等，起到隔熱、防眩、采光及裝飾等作用。 既具有較高的熱反射能力，又能保持平板玻璃良好透光性能的一類玻璃，又稱鍍膜玻璃。通過熱解、蒸汽、化學鍍膜等方法在表面噴涂金、銀、銅、鋁、鉻、鎳、鐵等金屬氧化物，或粘貼有機或非金屬氧化物薄膜，還可用離子交換法置換出玻璃表面層原有的離子（1）對太陽輻射熱有較高的反射能力 普通平板玻璃的輻射反射率為78，熱反射玻璃則可高達30%左右。能產(chǎn)生冷房效應。（2）鍍金屬膜的熱反射玻璃具有單向透像的特性 因表面有一層薄的金屬氧化物鍍膜，所以在迎光面具有鏡子的特性，而在背光面由又像玻璃

13、那樣透明。 n又稱多孔玻璃，一種氣孔率在80%以上, 由均勻氣孔組成的玻璃n將玻璃粉與發(fā)泡劑混合并置于模具中加熱,發(fā)泡劑受熱產(chǎn)生大量氣體使軟化的玻璃膨脹成型,冷卻后脫模再退火而得n氣孔封閉的泡沫玻璃機械強度高、不透氣、燃點高、導熱系數(shù)小,不易變形,經(jīng)久耐用,可進行鋸、鉆、釘?shù)燃庸?是一種良好的保溫隔熱材料n氣孔相連或部分相連的泡沫玻璃具有較大的吸聲系數(shù),多作吸聲材料n采用特殊工藝處理，使玻璃表面構(gòu)成金屬光柵或幾何光柵，在光源的照耀下，產(chǎn)生物理衍射光，并且對同一感光點或感光面隨著光源入射角度或觀察角度的變化會感受到光譜分光的顏色變化n反射率可在10%90%的范圍內(nèi)按用戶需求進行調(diào)整。其基本花型在

14、光源照耀下具有彩虹、鉆石般的質(zhì)感n輻射玻璃品種繁多，有反射型、透明型、二次反射型，有單層的、夾層的，有普通型、鋼化型等，可廣泛用會議廳、歌舞廳等內(nèi)外墻貼面、屏風與裝飾畫基材等方面減反射玻璃 又稱無反射玻璃，是對可見光具有極低反射比的玻璃。普通玻璃的可見光反射比為4%7%，做櫥窗玻璃時會反射出周圍的景物而影響櫥窗內(nèi)陳設物品的展覽效果。減反射玻璃的可見光反射比小于0.5%，它可以消除玻璃表面反射的影響，并能提高玻璃的可見光透射比，明顯提高櫥窗內(nèi)陳設物品的展示效果。 主要用于櫥窗、畫框以及其它要求低反射比的部位?？舍敳Ａ?日本研制成功一種可釘玻璃,它是把硼酸玻璃粉與碳化纖維混合后加熱制成的。這種玻璃

15、的最大斷裂力為一般玻璃的2倍以上,在上面釘釘子不須擔心破碎。天線玻璃 日本研制成功一種電視天線窗戶玻璃,這種玻璃內(nèi)層嵌有很細的天線,安裝后,室內(nèi)電視機就能呈現(xiàn)更為清晰的畫面。 滅菌玻璃 在制造玻璃時,加入適量的銅離子,制出的玻璃就具有滅菌、防霉的功能。用此玻璃制成器皿盛裝食品，能在24小時內(nèi)殺死所有大腸桿菌和葡萄球菌,還能防止食品霉變。 導電玻璃 最近有一種導電玻璃問世，這種玻璃導電后,不但可直接用于飛機、汽車玻璃窗的防霧防霜層,還可作各種光學器件及儀器儀表的面板和液晶顯示。 折光玻璃 一種由美國研制的玻璃能把太陽光折射到房間的陰暗角落,使處于室內(nèi)的人能享受陽光的溫暖。對那些光線不足的房間,還

16、是一種節(jié)電的用品。據(jù)稱,這種玻璃是因涂上了一種能折射光線的涂層,因此具有折射光線的作用。 5.2 玻璃材料的成型技術(shù)n一、原料及配料一、原料及配料 n二、主要成型技術(shù)二、主要成型技術(shù)5.2 玻璃材料的成型技術(shù)n一、一、 原料及配料原料及配料 n1主要原料主要原料n指形成玻璃的各種氧化物組分（如：SiO2、B2O3、AL2O3、Na2O、k2O、Li2O、CaO、MgO、PbO、ZnO、BaO等），其決定玻璃的物理、化學性質(zhì)。n其原料有：石英砂(sio2)、硼酸、硼砂(B2O3)、長石(K2O(Na2)Al2O36SiO2)、瓷土(Al2O32SiO22H2O)、蠟石(Al2O34SiO2H2O

17、)、氧化鋁、氫氧化鋁、純堿(Na2CO3)、芒硝(Na2SO4)、方解石(CaCO3)、白云石、碳酸鋇、碎玻璃等。n各種氧化物在玻璃制品中的百分含量可參考工業(yè)設計手冊：P.3324一、一、 原料及配料原料及配料n2. 輔助原料輔助原料n只促進玻璃融化，使玻璃性能發(fā)生某些改變的原料。n有：澄清劑, 主要作用是使玻璃在融化時易排出氣泡；（白砒、三氧化二銻、硝酸鹽等）n助熔劑：促使玻璃熔制過程加速n氧化還原劑 等。5.2 玻璃材料的成型技術(shù)原料名稱化學式玻璃制品形成的顏色鈷化物 氧化鈷(CoO) 藍色 三氧化二鈷（Co2O3） 四氧化二鈷（Co2O4） 銅化物氧化亞銅（Cu2O）紅寶石色 氧化銅（C

18、uO） 天藍色 硫酸銅（CuSO45H2O） 綠色氧化錳 氧化錳（MnO）紫色二氧化錳（MnO2）鐵化物 三氧化二鐵（Fe2O3）綠色氧化鐵(FeO) 深綠色金化物三氯化金（AuCL3） 紅寶石色銀化物 硝酸銀（AgNO3） 黃色鎘化物 硫化鎘（CdS）鉻化物 三氧化二鉻（Cr2O3） 綠色硒化物硒（Se） 玫瑰色硒酸鈉（Na2SeO3） 著色劑著色劑2. 輔助原料輔助原料n脫色劑n為原有雜質(zhì)顏色的補色或與有色雜質(zhì)形成淺色化合物，提高無色玻璃的透明度n常用脫色劑：二氧化錳、氧化鈷等n乳濁劑n使玻璃呈乳白色的半透明狀態(tài)n乳濁劑：冰晶（Na3AlF6）、氟硅酸鈉(Na2SiF6)、氧化錫等二、主要

19、成型技術(shù)二、主要成型技術(shù)n玻璃成型主要有壓制、吹制、拉制、加工成纖維、壓延、澆注、燒結(jié)等。n玻璃的成型過程是怎樣的？二、主要成型技術(shù)二、主要成型技術(shù)n玻璃的熔制n是指將配合料經(jīng)過高溫加熱，形成均勻無氣泡并符合成型要求的玻璃液的過程，它是玻璃生產(chǎn)中很重要的環(huán)節(jié)，是獲得優(yōu)質(zhì)玻璃制品的重要保證。 n玻璃的熔制是一個非常復雜的工藝過程，它包括一系列物理的、化學的、物理化學的現(xiàn)象和反應，其結(jié)果是使各種原料的機械混合物變成復雜的熔融物，即玻璃液。 壓制成型壓制成型 主要用于成型較厚的工件，如玻璃磚、玻璃絕緣子、電視顯像管玻璃殼、日用厚玻璃品等。2吹制成型吹制成型玻璃管拉絲模塑-介于純手工吹制和需要模具的工業(yè)化大生產(chǎn)之間的工藝 3拉制成型拉制成型主要用于成型尺寸長的玻璃制品，如玻璃管、玻璃板、玻璃棒等。4壓延成型主要用于成型厚玻璃板、壓花玻璃板、復合材料玻璃板等。n 5澆注成型n將熔融玻璃液體注入模內(nèi)或平臺上，經(jīng)退火、冷卻和加工制成產(chǎn)品。n主要用于澆注工藝品、光學器件等。n 6燒結(jié)成型n 用玻璃粉末燒結(jié)成型。5.3 玻璃制品表面裝飾技術(shù)n1 表面裝飾技術(shù)n冷加工n研磨與拋光n切割n噴砂n鉆孔：電磁振蕩沖擊