玻璃的后處理

會計學1玻璃的后處理一、玻璃的退火

1、定義與目的消除玻璃制品在成形或熱加工后殘留在制品內(nèi)的熱應力的過程稱為退火。目的是防止炸裂和提高玻璃的機械強度。第1頁/共28頁一、玻璃的退火

2、玻璃的熱應力玻璃中由于溫差而產(chǎn)生的內(nèi)應力稱為熱應力。(l)暫時應力(temporarystress)在溫度低于應變點時，玻璃經(jīng)受不均勻的溫度變化時會產(chǎn)生熱應力。當溫度梯度消失時，應力也消失。這種熱應力稱為暫時應力。(2)永久應力(permanentstress)當玻璃內(nèi)溫度梯度消失，表面與內(nèi)部溫度皆為常溫時，內(nèi)部殘留的熱應力，稱為永久應力。第2頁/共28頁一、玻璃的退火

3、玻璃中應力的消除玻璃在應變點附近屬粘彈性體(伯格斯體)，既具有彈性也具有粘性，因此，應力可以得到消除(松弛)。根據(jù)麥克斯韋爾的理論，在粘彈性體中應力消除的速度可用下列方程式表示：dF/dt=-MF式中：F—應力；t—時間；M—比例常數(shù)，與粘度有關。第3頁/共28頁一、玻璃的退火

4、各種玻璃的允許應力不可能完全消除永久應力表1-6-3為各種玻璃的允許應力指標，其數(shù)值大約為玻璃抗張強度的1%~5%。允許數(shù)值小的制品(如光學玻璃)退火時要特別精細，保溫時間要長，冷卻速度要很慢。第4頁/共28頁一、玻璃的退火

5、玻璃的退火工藝制度5.1退火溫度范圍為了消除玻璃中的永久應力，必須將玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg附近的某一溫度，使應力松弛。這個選定的保溫均熱溫度稱為退火溫度。玻璃的最高退火溫度是指在此溫度下經(jīng)過3分鐘能消除應力95%，一般相當于退火點(η=1012Pa·s)的溫度，也叫退火上限溫度；最低退火溫度是指在此溫度下經(jīng)過3分鐘能消除應力5%，也稱退火下限溫度。最高退火溫度至最低退火溫度之間稱為退火溫度范圍。大部分器皿玻璃最高退火溫度為550±20℃；平板玻璃為550~570℃；瓶罐玻璃為550~600℃；鉛玻璃為460~490℃；硼硅酸鹽玻璃為600~610℃。實際上，一般采用的退火溫度都比最高退火溫度低20~30℃，最低退火溫度低于最高退火溫度50~150℃。第5頁/共28頁一、玻璃的退火

5.2退火工藝過程玻璃退火工藝過程玻璃制品的退火包括加熱、保溫、慢冷及快冷四個階段：(1)加熱階段：最高加熱速度ha=130/a^2式中a—玻璃厚度，cm，空心玻璃制品為總厚度，實心玻璃為厚度的一半。為了安全起見，一般技術玻璃的加熱速度取值為最大加熱速度的15%~20%，即20/a2~30/a2℃/min。光學玻璃取為5%以下。第6頁/共28頁一、玻璃的退火

(2)保溫階段主要目的是消除快速加熱時制品存在的溫度梯度，并消除制品中所固有的內(nèi)應力。退火溫度和保溫時間是關鍵因素。退火溫度可由計算或測定求得。阿丹姆斯認為在適當?shù)耐嘶饻囟葧r，在退火溫度下保持的時間為：t=520a^2/Δn式中t—時間，min；a—制品厚度，cm；Δn—允許永久應力的雙折射值，nm/cm。第7頁/共28頁一、玻璃的退火

(3)慢冷階段在玻璃中原有應力消除后，必須防止在降溫過程中由于溫度梯度而產(chǎn)生新的應力。這主要靠正確地制定并嚴格地控制玻璃在退火溫度范圍的冷卻制度來實現(xiàn)。阿丹姆斯及威廉遜求得最初的慢冷速度h(℃/min)為：h=δ/13a^2式中δ—玻璃最大允許的應力，nm/cm；a—玻璃的厚度，cm。第8頁/共28頁一、玻璃的退火(4)快冷階段快冷階段是指應變溫度到室溫這段溫度區(qū)間。在本階段內(nèi)，只能引起暫時應力，在保證制品不致因熱應力而破壞的前提下，可以盡快冷卻玻璃制品。阿丹姆斯及威廉遜求得一般玻璃的最大冷卻速度h(℃/min)為：h=65/a^2式中δ—玻璃最大允許的應力，nm/cm；第9頁/共28頁一、玻璃的退火

6退火設備—退火窯按制品的移動情況分為間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三類。6.1間歇式退火窯(或稱室式退火窯)制品不運動，根據(jù)工藝要求，窯內(nèi)溫度隨時間而變。加熱方法有明焰式、隔焰式兩種。其能源有燃油、燃氣和煤等，還可用電加熱。制品可直接放在窯底上、小車上，或放在金屬籃筐內(nèi)。對于光學玻璃的粗退火和精密退火，通常采用隔焰式。第10頁/共28頁一、玻璃的退火

6.2半連續(xù)式退火窯窯內(nèi)各處溫度恒定不變，通過制品間歇移動來實現(xiàn)玻璃退火過程。此種退火窯主要有牽引式和隧道式。第11頁/共28頁一、玻璃的退火

6.3連續(xù)式退火窯窯內(nèi)各處溫度恒定不變，而通過制品連續(xù)移動來實現(xiàn)玻璃退火過程。有下列幾種形式：(1)垂直送帶式(圖e)，也稱為立式或豎式退火窯。與水平式相比占地少，縮短了裝、出制品的水平距離。立式結構也減少冷空氣吸人的危害，但其結構復雜，對運輸裝置的耐熱性能要求也很高。(2)網(wǎng)帶式退火窯(圖f)，制品被放置在金屬網(wǎng)帶上，通過帶的連續(xù)轉(zhuǎn)動不斷將制品傳送進退火窯，經(jīng)退火后的制品，再被網(wǎng)帶輸送出窯外，此種退火窯目前應用最普遍。(3)輥道式退火窯(圖g)所示。其工作原理和結構與網(wǎng)帶式退火窯相似，但其傳輸裝置為一系列輥道，玻璃板在輥道上移動，結構也較簡單，主要用于浮法玻璃、壓延玻璃、平板玻璃的退火。第12頁/共28頁二、玻璃的淬火玻璃的淬火就是將玻璃制品加熱到轉(zhuǎn)變溫度Tg以上50~60℃，然后在冷卻介質(zhì)中(淬火介質(zhì))急速均勻冷卻(如風冷淬火，液冷淬火等)。在這過程中玻璃的內(nèi)層和表面層將產(chǎn)生很大的溫度梯度，由此引起的應力由于玻璃的粘滯流動而被松弛，所以造成了有溫度梯度而無應力的狀態(tài)。冷卻到最后，溫度梯度逐漸消除，松弛的應力即轉(zhuǎn)化為永久應力，這樣造成了玻璃表面均勻分布的壓應力層。用空氣作淬火介質(zhì)時稱風冷淬火；用液體如油脂、硅油、石蠟、樹脂、焦油等作淬火介質(zhì)時稱液冷淬火。此外，還用鹽類如硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽等作為淬火介質(zhì)。金屬淬火介質(zhì)為金屬粉末、金屬絲軟刷等。第13頁/共28頁二、玻璃的淬火1淬火玻璃的特性淬火玻璃同一般玻璃比較，其抗彎強度，抗沖擊強度以及熱穩(wěn)定性等，都有很大的提高。1.1淬火玻璃的抗彎強度淬火玻璃抗彎強度要比一般玻璃大4~5倍。如6×600×400毫米淬火玻璃板，可以支持三個人的重量200公斤而不破壞。厚度5~6毫米的淬火玻璃，抗彎強度達1.67×108Pa。淬火玻璃的應力分布如圖。淬火玻璃的撓度。比一般玻璃大3~4倍，如6×1200×350毫米的一塊淬火玻璃，最大彎曲達100毫米。第14頁/共28頁1.2淬火玻璃的抗沖擊強度淬火玻璃抗沖擊強度比一般玻璃大好幾倍。如厚6毫米的一般玻璃為0.24kg·m，同樣厚度的淬火玻璃達0.83kg·m。1.3淬火玻璃的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性提高。淬火玻璃的抗張強度提高，彈性模量下降，此外，密度也較退火玻璃為低，從熱穩(wěn)定性系數(shù)K的計算公式可知，淬火玻璃可經(jīng)受溫度突變的范圍達250~320℃，而一般玻璃只能經(jīng)受70~100℃。淬火玻璃同一般玻璃性能對比見表。第15頁/共28頁1.4淬火玻璃的其它性能淬火玻璃也稱安全玻璃，它破壞時首先是在內(nèi)層，由張應力作用引起破壞的裂紋傳播速度很大，同時外層的壓應力有保持破碎的內(nèi)層不易散落的作用，因此淬火玻璃在破裂時，只產(chǎn)生沒有尖銳角的小碎片。淬火玻璃中有很大的相互平衡著的應力分布，所以一般不能再行切割。第16頁/共28頁二、玻璃的淬火

2影響璃玻淬火的工藝因素2.1淬火溫度及冷卻速率玻璃開始急冷(淬火)時的溫度稱為淬火溫度。淬火產(chǎn)生的永久應力值(淬火程度)和淬火溫度之間的關系，稱為淬火曲線。如以對流傳遞速度h(w/m2·℃)表示淬火的冷卻速率，則在其它條件不變時，淬火程度隨h值的提高而增加。如厚為6.1mm的玻璃，淬火程度可達2850nm/cm。對于風冷淬火，冷卻速率是由風壓、風溫、噴嘴與玻璃間距以及熱氣墊的形成等因素來決定的。如果淬火溫度過低，在某種冷卻速率下會導致玻璃在淬火過程中破裂。第17頁/共28頁二、玻璃的淬火2.2玻璃的化學組成應力同玻璃的熱膨脹系數(shù)α、楊氏彈性模量E、泊松比μ以及溫差ΔT的數(shù)值有關(應力與α、E、ΔT成正比，而與μ成反比)，它們是由玻璃組成來決定的。不同組成的玻璃，淬火程度相差可達2倍(如圖)。第18頁/共28頁二、玻璃的淬火2.3玻璃厚度在相同條件下，玻璃愈厚，淬火程度愈高(如圖)。平板玻璃淬火一般用2.5mm以上的玻璃，以保證產(chǎn)生較大的永久應力。非平板玻璃制品淬火時，要求厚度應均勻，相差不能太大，否則會因應力分布不均而破裂。第19頁/共28頁二、玻璃的淬火3風冷淬火生產(chǎn)工藝不經(jīng)退火或退火后的玻璃杯，經(jīng)以下工序進行淬火:玻璃杯(不經(jīng)退火的)→傳送帶→風柵急冷→性能檢測(熱穩(wěn)定性、強度)→包裝。玻璃杯(退火的)→外觀檢查→傳送帶→電加熱淬火爐→風柵急冷→性能檢測(熱穩(wěn)定性、強度)→包裝。第20頁/共28頁二、玻璃的淬火4

液冷淬火生產(chǎn)工藝厚度小于2.5~3mm的玻璃制品，在風冷淬火時由于玻璃內(nèi)外層溫差小，產(chǎn)生的熱彈性應力也小，所以淬火程度很低。為使薄壁制品淬火程度提高，必須加大急冷強度。這可以采用熱容量大的低溫液體作為碎火介質(zhì)，常用的除了樹脂(硅樹脂)等之外，還用低熔點金屬、熔鹽等。液冷淬火工藝流程如下：制品→檢查→加熱→液冷→洗滌→檢驗包裝。除了冷卻、洗滌工序外，其余與風冷淬火相同。液冷淬火介質(zhì)的溫度一般為200~250℃。欲使淬火程度降低，則可用溫度為400~450℃的淬火介質(zhì).第21頁/共28頁8-3玻璃的深加工

1冷加工通過機械方法改變玻璃制品的外形和表面狀態(tài)，稱為冷加工(coldwork)?；痉椒ㄓ醒心伖?、切割、噴砂、鉆孔和切削。研磨拋光(grindingandpolishing)加工是兩個不同的工序，統(tǒng)稱磨光。經(jīng)研磨、拋光后的玻璃制品，稱為磨光玻璃。研磨后，玻璃表面形成一層凹陷的毛面，并帶有一定深度的裂紋層(如圖

)。影響玻璃拋光過程的主要工藝因素是拋光材料的性質(zhì)、濃度、給料量，拋光盤轉(zhuǎn)速與壓力，環(huán)境溫度，玻璃溫度，拋光懸浮液性質(zhì)，拋光盤材質(zhì)等。第22頁/共28頁2熱加工熱加工(heatwork)對器皿玻璃、儀器玻璃十分重要。通過熱加工一方面可以進行成形，另一方面也可以改善制品性能及外觀質(zhì)量。利用玻璃粘度隨溫度改變的特性以及表面張力與導熱系數(shù)，可以對玻璃制品進行熱加工。玻璃制品熱加工的主要方法有燒口、火拋光、火焰切割，或鉆孔、焊接。第23頁/共28頁3玻璃的表面處理玻璃的表面處理(surfacetreatmentofglass)可歸納為三大類：第一是形成玻璃的光滑面或散光面，通過表面處理控制玻璃表面的凹凸，例如器皿玻璃的化學蝕刻、玻璃的化學拋光等。第二，改變玻璃表面的薄層組成，改善表面性質(zhì)，以得到新的性能，如表面著色、改善玻璃的化學穩(wěn)定性等。第三，進行表面涂層，如鏡子的鍍銀、表面導電玻璃、憎水玻璃等。3.1玻璃的化學蝕刻玻璃的化學蝕刻(acidetchingofglass)是用氫氟酸溶掉玻璃表面層的硅氧，根據(jù)殘留鹽類的溶解度的不同，而得到有光澤表面域無光澤毛面。蝕刻液可在HF中加入NH4F、KF與水組成第24頁/共28頁3.2化學拋光(chemicalpolishing)像化學蝕刻一樣，是利用氫氟酸破壞玻璃表面原有的硅氧膜，生成一層新的硅氧膜，使玻璃得到很高的光潔度與透光度。化學拋光的方法有兩種：一種是單純的化學侵蝕作用；另一種是化學侵蝕和機械研磨相結合。前者大多用于玻璃器皿，后者用于平板玻璃?；瘜W研磨原理如圖。此方法是在玻璃表面添加磨料和化學侵蝕劑，化學侵蝕生成氟硅酸鹽，通過研磨而去除，使化學拋光的效率大為提高。第25頁/共28頁3.3表面著色(擴散著色)玻璃表面著色(surfacecolouration)即在高溫下用著色離子的金屬、熔鹽、鹽類糊膏涂覆在玻璃表面上，使著色離子與玻璃中的離子進行交換，擴散到玻璃表層中，使玻璃表面著色；有些金屬離子還需要還原為原子，原子集聚成膠體而著色。通常把著色離子的鹽類加入填充劑(載體-ZrO2、粘土等)、粘結劑(糊精、阿拉伯膠、松節(jié)油等)配成糊狀物，涂于玻璃表面，再放在馬弗爐中進行熱處理。應用電浮法可以連續(xù)生產(chǎn)表面著色玻璃(如圖)。此外，還可利用表面金屬涂層制造反射鏡、熱反射