工程玻璃介紹

工程玻璃與鍍膜工程玻璃介紹第一章平板玻璃概述玻璃的概念、特性與結(jié)構(gòu)

1.玻璃的概念

玻璃是一種非晶態(tài)固體材料，是由熔體過卻，黏度快速增大而固化得到的介穩(wěn)態(tài)無機物質(zhì)。

2.玻璃的特性

（1）各向同性

玻璃態(tài)物質(zhì)各個方向上的硬度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、導電率等物理化學性質(zhì)都是相同的。工程玻璃介紹（2）亞穩(wěn)性熔體在冷卻過程中黏度急劇增大，質(zhì)點來不及有規(guī)則排列而形成晶體，沒有釋放出凝固熱，比相應的結(jié)晶態(tài)物質(zhì)有較大的能量，屬于亞穩(wěn)狀態(tài)。（3）無固定熔點玻璃態(tài)物質(zhì)由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w是在一定溫度區(qū)域（軟化溫度范圍）內(nèi)進行的，與固態(tài)物質(zhì)不同，沒有確定的熔點。（4）變化的可逆性工程玻璃介紹玻璃態(tài)物質(zhì)從熔融狀態(tài)冷卻（或相反加熱）過程中，物理化學性質(zhì)產(chǎn)生連續(xù)的可逆的變化。工程玻璃介紹（5）連續(xù)可變性玻璃的性質(zhì)（在一定范圍內(nèi)）隨成分發(fā)生連續(xù)和逐漸的變化。3.玻璃的熱歷史及其對性能的影響（1）熱歷史的概念：玻璃從高溫液態(tài)冷卻，通過轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域和退火溫度區(qū)域的經(jīng)歷。轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域（轉(zhuǎn)變區(qū)）：在此區(qū)域內(nèi)玻璃從典型的液體狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄腆w各項性質(zhì)（彈性、脆性等）的物體。一般用Tg和Tf分別表示轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的下限和上限。Tg又稱轉(zhuǎn)變溫度；Tf又稱軟化溫度。工程玻璃介紹圖1-3玻璃在轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)性質(zhì)的變化Tf相當于黏度η=108~10帕秒。在Tf以上：液態(tài)，結(jié)構(gòu)改變能適應溫度的變化。Tg相當于黏度η=1012.4帕秒。Tg以下，固態(tài)，溫度變化的快慢對結(jié)構(gòu)性能影響也很小。在Tf-Tg范圍內(nèi)：玻璃黏度介于上述兩種情況間，質(zhì)點可以適當移動，結(jié)構(gòu)的改變不能適應溫度的較大變化。因此，玻璃的結(jié)構(gòu)狀態(tài)及一些與結(jié)構(gòu)敏感的性能由Tf-Tg區(qū)間內(nèi)保持的溫度所決定。玻璃的熱歷史主要指這一溫度區(qū)的熱歷史。工程玻璃介紹（2）熱歷史對性能的影響密度：急冷（淬火）和慢冷（退火）的同成分玻璃密度常有較大差別。黏度：玻璃黏度與溫度有關，也與熱歷史有關。熱膨脹：一般來說Tg-Tf之間的熱歷史對熱膨脹系數(shù)由明顯影響。同成分的淬火玻璃比退火玻璃熱膨脹系數(shù)大百分之幾。4.玻璃的結(jié)構(gòu)

短程有序和長程無序，即在宏觀上玻璃主要表現(xiàn)為均勻和連續(xù)性方面，而在微觀上它又是有序、微不均勻和不連續(xù)的。工程玻璃介紹短程有序：“晶子”學說：晶格變形的有序區(qū)域分散在無定形介質(zhì)中。工程玻璃介紹長程無序：無規(guī)則網(wǎng)絡學說：結(jié)構(gòu)單元形成連續(xù)的、均勻的、不規(guī)則的三維空間網(wǎng)絡。工程玻璃介紹5.玻璃成分、結(jié)構(gòu)與性能之間的關系總的規(guī)律：玻璃的成分通過結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。玻璃的性質(zhì)分兩大類：第一類性質(zhì)：具有遷移特性的性質(zhì)，在玻璃成分與性質(zhì)之間不是簡單的加合關系。如：電導、電阻、黏度、介電損耗、離子擴散速度、化學穩(wěn)定性等。第二類性質(zhì)：非遷移性質(zhì)，可根據(jù)玻璃成分和某些特定的加合法則進行推算。如：折射率、分子體積、色散、密度、彈性模量、彎曲模量、硬度、熱膨脹系數(shù)、介電常數(shù)等。工程玻璃介紹二.玻璃的成分及各氧化物的作用玻璃的成分

氧化物玻璃成分可分為三類：網(wǎng)絡形成體氧化物，網(wǎng)絡外體氧化物和中間體氧化物。（1）網(wǎng)絡形成體氧化物：能單獨形成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的網(wǎng)絡體系。如：SiO2，B2O3，P2O5，GeO2等酸性氧化物。（2）網(wǎng)絡外體氧化物：不能單獨形成玻璃，不參加網(wǎng)絡，一般處于網(wǎng)絡之外。如：堿性氧化物，堿土金屬氧化物等。工程玻璃介紹（3）網(wǎng)絡中間體氧化物：一般不能單獨形成玻璃，有時能參加網(wǎng)絡，起網(wǎng)絡形成體作用，有時處于網(wǎng)絡之外，起網(wǎng)絡外體作用。如：BeO,ZnO,Al2O3,Ga2O3,TiO2等。2.平板玻璃的成分不同類型的鈉鈣硅玻璃成分有較大差別。普通平板玻璃的成分主要有以下氧化物(wt%)。SiO270~73CaO7~12MgO1.0~4.5Al2O30.2~2Fe2O30.08~0.14R2O13~15工程玻璃介紹3.各氧化物在玻璃中的作用工程玻璃介紹平板玻璃常見氧化物的作用原理：（1）堿金屬氧化物主要起斷網(wǎng)和網(wǎng)絡外體作用。積極作用是助熔；消極作用是由于出現(xiàn)非橋氧，使玻璃結(jié)構(gòu)疏松、減弱，導致一系列性能變壞。如：熱膨脹系數(shù)上升，電導、彈性模量、硬度、化學穩(wěn)定性和黏度等性能下降。（2）氧化鈣(CaO)Ca2+屬網(wǎng)絡外體離子，配位數(shù)為6。CaO與SiO2不能形成玻璃，但加入Na2O、K2O等堿金屬氧化物便能形成玻璃。Ca2+具有積聚作用，能降低玻璃的高溫黏度。但當含量過多時，會使玻璃料性變短，脆性增大。（3）氧化鎂(MgO)工程玻璃介紹Mg2+有兩種配位狀態(tài)（4或6），但大多數(shù)為6配位，屬網(wǎng)絡外體。只有當堿金屬氧化物含量過多，而不存在Al2O3等中間體氧化物時，Mg2+才進入網(wǎng)絡，形成4配位。在玻璃中以MgO取代CaO，使玻璃結(jié)構(gòu)疏松，導致玻璃密度、硬度下降。積極作用：降低玻璃的析晶能力和調(diào)整玻璃的料性。（4）氧化鋁(Al2O3)Al3+有兩種配位狀態(tài)（4或6），當Na2O/Al2O3>1時，為4配位狀態(tài)，為網(wǎng)絡形成體，可以使玻璃結(jié)構(gòu)緊密，改善玻璃的一系列性能。當Na2O/Al2O3<1時，為6配位狀態(tài)，為網(wǎng)絡外體。在一般鈉鈣硅玻璃中引入少量氧化鋁，目的是使玻璃結(jié)構(gòu)緊密。工程玻璃介紹三.平板玻璃的原料原料的選擇原則

(1)質(zhì)量符合技術要求：品位高，化學成分穩(wěn)定，水分穩(wěn)定，顆粒組成均勻，著色礦物(主要是鐵的氧化物)和難熔礦物(主要是鉻、鎳)要少；

(2)便于在日常生產(chǎn)中調(diào)整玻璃成分；

(3)適于熔化和澄清；

(4)對耐火材料的侵蝕性要??；

(5)易加工，礦藏量大，分布廣，運輸方便和價格低廉等。工程玻璃介紹

平板玻璃原料的引入玻璃原料主要原料：引入玻璃各種組成氧化物的原料。如：硅砂(石英砂)，長石，石灰石，白云石，純堿，碎玻璃等。輔助原料：使玻璃獲得某些必要的性質(zhì)和加速熔制過程的原料。如澄清劑，著色劑，脫色劑，助熔劑，氧化劑，還原劑等。（1）引入SiO2的原料硅砂(石英砂)：主要成分SiO2；有害雜質(zhì)：氧化鐵、氧化鉻、氧化鈦。質(zhì)量控制：雜質(zhì)含量，顆粒度。工程玻璃介紹（2）引入Al2O3的原料長石：鋁硅酸鹽礦物。主要成分硅鋁氧化物，雜質(zhì)為氧化鐵。質(zhì)量控制：氧化鐵<0.3%，Al2O3>16%（3）引入CaO的原料石灰石：主要成分氧化鈣，雜質(zhì)為氧化鐵。質(zhì)量控制：氧化鐵<0.15%，CaO≥50%（4）引入MgO的原料白云石(MgCO3·CaCO3)：主要成分氧化鈣、氧化鎂，雜質(zhì)為氧化鐵。質(zhì)量控制：氧化鐵<0.15%，MgO≥20%，

CaO≤32%工程玻璃介紹（5）引入Na2O的原料純堿(Na2CO3):主要成分氧化鈉，雜質(zhì)為氯化鈉、硫酸鈉。質(zhì)量控制：Na2CO3≥98%，NaCl<1%，

Na2SO4<0.1%（6）輔助原料1）澄清劑：芒硝（Na2SO4）。質(zhì)量控制：Na2SO3≥85%，NaCl<2%,CaSO4<4%2）還原劑：煤粉工程玻璃介紹四.普通平板玻璃生產(chǎn)工藝

垂直引上法

將玻璃液垂直向上拉引制造平板玻璃的工藝。有三種方法：有槽法，無槽法和對輥法。工藝流程圖：四種生產(chǎn)工藝垂直引上法平拉法壓延法浮法工程玻璃介紹有槽法：有槽子磚。由比利時人于1913年發(fā)明。無槽法：無槽子磚。由美國匹茨堡公司于1925年發(fā)明。工程玻璃介紹（3）對輥法：用可旋轉(zhuǎn)的細長滾筒代替槽子磚。由日本旭硝子公司于1970年發(fā)明。垂直引上法的主要缺點：玻璃平整度差，不能直接用于深加工。難于制造3mm以上的厚玻璃。工程玻璃介紹

平拉法通過水平拉制工藝生產(chǎn)平板玻璃的方法。特點：在無槽引上的基礎上，在玻璃液固化前經(jīng)轉(zhuǎn)向輥把原板垂直引上的方向轉(zhuǎn)為水平拉伸的方向。工程玻璃介紹優(yōu)點：拉制速度高，原板寬度大，與垂直引上相比，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率高。缺點：玻璃表面易產(chǎn)生軸花。

壓延法

將玻璃液流入壓延機的一對壓輥中間，通過壓延形成平板玻璃的方法。一般用于生產(chǎn)壓花玻璃，夾絲玻璃等。工程玻璃介紹五.浮法玻璃浮法：1952年由英國皮爾金頓公司發(fā)明。是一種不需要經(jīng)過拋光就能得到與磨光玻璃同樣的平整度、兩面光滑的平板玻璃制造技術。主要優(yōu)點：

A.高效率制造優(yōu)質(zhì)平板玻璃(無波筋，厚度均勻，上下表面平整)，可直接用于玻璃深加工。

B.可生產(chǎn)超薄、超厚玻璃(0.5~30mm)，尤其超厚玻璃的生產(chǎn)是其他方法所無法制造的。1.浮法玻璃制造工藝工程玻璃介紹

浮法玻璃生產(chǎn)工藝流程圖：

浮法玻璃的成型：在通有保護氣體(N2及H2)的錫槽中進行。見下圖：工程玻璃介紹工程玻璃介紹

熔融玻璃液從熔窯中連續(xù)流入錫槽，并漂浮在比重大的錫液表面上，在重力和表面張力的作用下，玻璃液在錫液面上鋪開、攤平，形成上下表面平整、相互平行的玻璃帶，向錫槽尾部拉引，經(jīng)火拋、拉薄、硬化、冷卻后，被引上過渡輥臺，輥臺的輥子轉(zhuǎn)動，把玻璃帶拉出錫槽進入退火窯，經(jīng)退火、切裁，就得到平板玻璃。2.浮法成型工藝要求（1）浮拋介質(zhì)：常用錫金屬液。優(yōu)點：A.比重遠大于玻璃，使玻璃液漂??；

B.熔點低(200多度)，沸點高于1000℃，在玻璃成型過程中始終呈液態(tài)，且揮發(fā)性小；工程玻璃介紹C.極易還原，在錫槽中通入少量H2氣，就使其免受氧化；D.幾乎不與玻璃液發(fā)生化學反應；E.價格相對便宜，沒有毒性。（2）浮法玻璃的自身拋光(火拋光)：黏度為102.7~103.2帕秒的玻璃液在表面張力的作用下，能自身攤平，形成光潔平整的表面。拋光區(qū)溫度分布要均勻，玻璃液在拋光區(qū)要有足夠時間。（3）控制玻璃厚度：玻璃液自然攤平形成厚度約6mm(5.7~6.3mm)的玻璃。工程玻璃介紹*對生產(chǎn)6mm以下厚度的玻璃要用拉邊機展薄(拉薄)，*對生產(chǎn)6mm以上厚度的玻璃就要用拉邊機堆厚；在生產(chǎn)15mm以上厚度的玻璃時往往要用石墨擋邊器增厚。生產(chǎn)超薄(2mm以下)或超厚(19mm以上)的玻璃技術難度很大。3.浮法玻璃產(chǎn)品性能(A)物理性能工程玻璃介紹(B)光學性能(C)產(chǎn)品質(zhì)量要求工程玻璃介紹工程玻璃介紹4.浮法玻璃的用途直接用于房屋建筑用于深加工的原片，如鋼化玻璃，鍍膜玻璃等的原片。工程玻璃介紹六.吸熱玻璃1.概念：吸熱玻璃是在無色透明平板玻璃的配合料中加入著色劑，采用浮法、垂直引上法、平拉法等工藝生產(chǎn)出來的帶有顏色的平板玻璃。常用著色劑：鐵、鈷、鎳、硒等。常見色調(diào)：綠、藍、灰、茶色4種。2.吸熱玻璃的性能（1）熱學性能吸收紅外線，即吸收太陽的輻射熱。無論哪種著色玻璃，當其厚度為6mm時，均可吸收40%左右的輻射熱，使進入室內(nèi)的太陽輻射熱減少了，夏天可減輕空調(diào)設備的負荷。工程玻璃介紹普通平板玻璃與吸熱玻璃的太陽能透過熱值及透熱率比較（2）光學性能吸收太陽的可見光與同厚度普通平板玻璃相比，吸熱玻璃吸收大量可見光。如6mm厚普通平板玻璃可見光透過率（透射比）為78%，而深茶色玻璃只有26%。利用這一特點阻擋太陽刺目的光線，起反眩目作用。工程玻璃介紹B.吸收太陽的紫外線：吸熱玻璃吸收大量紫外線，減少太陽光紫外線對人體及物品的損害。C.具有一定的透明度：透過吸熱玻璃能清晰觀察室外景物。*光學性能表征：工程玻璃介紹七.玻璃中的缺陷

玻璃的缺陷：由于夾雜物、不均勻性或外界因素引起玻璃體內(nèi)或表面的性能均勻性遭到破壞。按缺陷狀態(tài)可分為四大類：氣泡、夾雜物、結(jié)石和外因性缺陷。1.氣泡（1）氣泡產(chǎn)生的原因：化學吸附與結(jié)合(主要原因)，物理溶解。（2）氣泡的大小和形狀：零點幾