玻璃制造工藝介紹

1、生活需要游戲，但不能游戲人生；生活需要歌舞，但不需醉 生夢死；生活需要藝術(shù)，但不能投機取巧；生活需要勇氣，但不 能魯莽蠻干；生活需要重復(fù)，但不能重蹈覆轍。無名玻璃制造工藝發(fā)布時間：2008-4-1點擊數(shù)：3627以酸性、堿金屬、堿土金屬氧化物為主要原料制成和玻璃制品。不同玻璃制品的制造方法各有其特點，但主要工藝是相似的（圖1）。閣L礴懶L選展卷T SUN簡史 公元前 2600 年，巴比倫已有綠色玻璃棒。公元前 2500 年，美索不達(dá)米亞地區(qū)和埃及已能制造玻璃珠。 最早的玻璃器物由玻璃塊鑿制而成。 以后埃及人用粘土和砂做成一定形狀的砂芯,在砂芯上逐層蘸集玻璃液,經(jīng)過拍打塑形和用顏色玻璃條圍繞裝飾

2、，固化后再將砂芯除去,制得玻璃器物。 公元前 1200 年,埃及人采用開口模型將玻璃壓成碗、 盤、 杯等制品。 中國古代玻璃制造技藝萌芽于西周。 戰(zhàn)國時期出現(xiàn)含鉛和鋇硅酸鹽玻璃。 漢代已有模壓、鑄壓的玻璃壁、珠等。公元前200 年 ,巴比倫人首先使用吹玻璃的中空鐵管。用吹管吹制玻璃制品是玻璃制造中的一個突躍性進(jìn)展。公元1 世紀(jì),羅馬人把各種顏色玻璃拉成棒，排列成捆燒熔，再切出具有一定圖案截面的玻璃薄片,在模具上將這些薄片加熱熔接,制出千花玻璃器。 他們已掌握在玻璃表面刻磨、 用顏色釉彩繪和在玻璃中夾金等技藝， 并會在暗色玻璃上鑲套一層乳白玻璃，再磨去乳白玻璃，制出具有圖案的套料刻花、雕花玻璃瓶

3、。 7 世紀(jì)，敘利亞人把玻璃吹成球,再用鐵頂桿蘸少量玻璃液粘住球底部，然后切斷吹管處玻璃，用頂桿將開口球在爐中加熱軟化， 借快速旋轉(zhuǎn)的離心力將玻璃球展平成平片玻璃， 稱冠冕法。1116世紀(jì)，威尼斯成為玻璃制造中心。當(dāng)時用軟鎰礦使玻璃顏色得到中和脫色制得無色透明的玻璃，并恢復(fù)了羅馬人的顏色釉彩繪、玻璃夾金、玻璃磨刻等裝飾方法。1615 年，英國用煤取代木柴作熔制玻璃的燃料，使熔化溫度有所提高。 1635 年又用燧石作原料并引入氧化鉛，制成折射率高、色散大、易于刻磨的鉛晶質(zhì)玻璃。 1688 年，法國用澆注法制出平板玻璃，經(jīng)研磨拋光后用以制造鏡子。 17 世紀(jì)末,北歐用吹筒法代替吹圓球法 ,將圓筒沿

4、長度剖開重新加熱，以自身重量在鐵臺上展平成片,其平整度大為改善，產(chǎn)量增大。1790年,瑞士人P.L.吉南發(fā)明用攪拌玻璃液的辦法制出高均勻度的光學(xué)玻璃。1821年，玻璃成型開始采用對開模具。 1867 年，德國人西門子兄弟建立燃煤蓄熱室連續(xù)式池窯，用于熔制玻璃，燃料消耗降低，玻璃生產(chǎn)量劇增。1880年，德國人O.肖特和E.阿貝研究玻璃組成與性質(zhì)關(guān)系，擴大了玻璃成分的范圍。 1882 年，阿博加斯特發(fā)明玻璃空心制品成型的壓吹法。1885年，阿什利制成半自動制瓶機，并建立制瓶成型的吹吹法。19041905年，美國人M.J.歐文斯成功地制造了全自動制瓶機，采取吸料成型。1910年起開始發(fā)展滴料供料機。

5、 此后， 采用供料機供料的各種自動成型機相繼出現(xiàn)并不斷發(fā)展， 玻璃瓶罐開始大批量高速度連續(xù)生產(chǎn)。1912年，比利時人E.富爾科提出玻璃液通過槽子磚經(jīng)引上機拉制成平板玻璃工藝， 1913 年用于工業(yè)生產(chǎn)， 開始大批量連續(xù)生產(chǎn)平板玻璃和窗片玻璃。 1910 年，美國人I.W.科爾伯恩研究平板玻璃的水平拉引法問世，1916年由利比歐文斯(LibbeyOwens)公司成功地投產(chǎn)。1930年,美國匹茲堡玻璃公司(PPG)采用無槽引上法生產(chǎn)平板玻璃。1931 年，生產(chǎn)連續(xù)玻璃纖維法問世。 1959 年，英國皮爾金頓(Pilkington) 公司發(fā)明的平板玻璃浮法成型投入生產(chǎn)，玻璃液漂浮在熔融金屬(錫)表面

6、，使成型質(zhì)量大為提高。原料 包括主要原料和輔助原料。前者指引入玻璃的形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氧化物、中間體氧化物和網(wǎng)絡(luò)外氧化物等原料；后者可以加速玻璃熔制，或使其獲得某種必要的性質(zhì)。主要原料根據(jù)引入氧化物的性質(zhì)，分為酸性氧化物原料、堿金屬氧化物原料和堿土金屬氧化物原料。酸性氧化物原料:有 SiO2、 B2O3 、 Al2O3 等的原料。 SiO2 是硅酸鹽玻璃中玻璃結(jié)構(gòu)的骨架。它賦予玻璃高強度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、 耐熱性和低膨脹性， 但會使玻璃的熔融溫度增高，粘度增大。 SiO2 的引用原料是硅砂或砂巖、石英巖。玻璃中加B2O3 ，可降低玻璃的熱膨脹性,提高折射率、耐熱急變性和耐化學(xué)侵蝕性,在溫度較高時

7、能降低玻璃粘度，溫度較低時提高玻璃粘度。 B2O3 的引用原料是硼砂或硼酸。玻璃中加 Al2O3 能減小玻璃析晶傾向和增強化學(xué)穩(wěn)定性，提高強度，增大玻璃粘度。其引用原料通常是伴含 K2O 或 Na2O 和 SiO2 的長石,也可以用工業(yè)氧化鋁等。堿金屬氧化物原料:有 Na2O、 K2O 的原料。玻璃中加 Na2O 和 K2O 成分可降低熔融溫度，減小粘度，但會使玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性變差。其引用原料是純堿(Na2CO3)和鉀堿(K2CO3) 。堿土金屬氧化物原料：有CaO、MgO、BaO、ZnO、PbO的原料。玻璃中加CaO和MgO 能減弱鈉硅玻璃析晶傾向，增強化學(xué)穩(wěn)定性，高溫時能降低玻璃粘度，促進(jìn)

8、玻璃熔化和澄清,但溫度降低時粘度增加很快,成型操作困難。其引用原料是石(CaCO3) 和菱苦土(MgCO3) ，或用同時含 CaO 和 MgO 的白云石。玻璃中常加 BaO 和 ZnO 以調(diào)節(jié)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和折射率等性質(zhì)，其引用原料常為工業(yè)ZnO 和 BaCO3 、 BaSO4 或 Ba(NO3)2 。玻璃中加 PbO 可顯著提高折射率和色散，使玻璃吸收短波長射線，同時，比重增大，熔融溫度降低 ,與金屬浸潤性好。 PbO 的引用原料是紅丹和黃丹或工業(yè)硝酸鉛。此外， 碎玻璃也是一種主要原料，常稱為熟料，能夠在較低的溫度下熔融，有助于玻璃配合料的溶化。輔助原料一般包括澄清劑、著色劑、脫色劑、乳濁

9、劑、助熔劑等。澄清劑：在玻璃熔制時分解排放氣體，加速玻璃熔體排出氣泡。有白砒、氧化睇、硝 酸鹽、銻酸鈉、芒硝等。著色劑：使玻璃具有各種不同顏色，通常是過渡金屬Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Fe的化合物，CdS、CdSe及Se、Au、Ag的化合物等。脫色劑： 脫色分化學(xué)脫色和物理脫色。 化學(xué)脫色是加入氧化劑， 將帶色化合物氧化成無色或淺色。物理脫色是根據(jù)互補色原理，加入著色劑以抵消FeO、 Fe2O3、 Cr2O3 、 TiO2 等雜質(zhì)呈現(xiàn)的顏色。 如氧化鐵使玻璃呈青綠色， 通常加入硝酸鹽、 氧化鈰將鐵氧化成高價后，著色力減弱。還可加入 Se、Co、Ni、Mn的化合物產(chǎn)生紅紫色，與Fe化合物的青

10、綠色互補成無色，但降低了光透過率。乳濁劑： 使玻璃冷卻時析出密布晶體， 對光線產(chǎn)生散射而不透明。常用水晶石、 氟硅 酸鈉等氟化物和磷酸鈣等磷酸鹽。生產(chǎn)過程主要包括配合料制備、熔制、成型、退火和后加工等步驟。配合料制備首先對原料進(jìn)行預(yù)加工，包括對塊狀原料的粉碎、潮濕原料的預(yù)干燥和含鐵原料的除鐵處理等。粉碎的顆粒度以0.250.5mm為宜，過粗的顆粒不易充分熔化,在玻璃中會形成殘留料粉結(jié)石或富硅節(jié)瘤;過細(xì)的顆粒容易飛揚或集聚成團。將具有一定顆粒度的原料按配方精確稱量，再用轉(zhuǎn)鼓式、槳葉式或盤式混合機進(jìn)行混合。熔制 將玻璃配合料進(jìn)行高溫熔化、 澄清， 形成均勻的無氣泡、 無結(jié)石的玻璃液。玻璃配合料的熔

11、制溫度隨成分不同而異，通常為 13001600C。配合料在高溫下發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，逐步熔融完全。隨溫度的升高,粘度顯著減小,其中夾雜的大量空氣和原料分解產(chǎn)生的氣體從熔融液中上升并逸出，使熔體變得清澄。在高溫排除氣泡的同時,玻璃液的化學(xué)組成也趨向均勻,必要時，加機械外力攪動。澄清和均化完成后，降溫使玻璃液均勻一致地達(dá)到適合成型要求的粘度。熔制在玻璃熔窯中進(jìn)行。 大批量生產(chǎn)時在池窯中連續(xù)熔制。 配合料在窯的一端加入， 供成型的玻璃液在另一端排出。小量生產(chǎn)時在坩堝窯中間歇熔制。成型 將玻璃液加工成固定幾何形狀的制品。 玻璃降溫時由液態(tài)、 可塑態(tài)至固態(tài)，將玻璃的供取料、賦形和定型的制作階段連接起

12、來。人工挑料時，玻璃液粘度通常為102.2Pas;機械自動供料時為102103Pa s,相當(dāng)于玻璃液澄清時粘度的10100倍。玻璃液滴入模的適宜粘度通常為103.5Pas,脫模時粘度應(yīng)為106Pa s,在這個可塑范圍內(nèi)對玻璃料進(jìn)行剪切、粘結(jié)、吹擴、壓延等成型操作。若制作時間較長，須調(diào)節(jié)玻璃成分使粘度轉(zhuǎn)變趨緩和析晶傾向小， 以免在成型過程硬化太快和發(fā)生析晶。 常用的玻璃成型方法有吹制法、 壓 制法、拉引法、澆注法、壓延法等。吹制法：用以制造空心玻璃制品，如水杯、器皿、瓶、罐、燈泡等。人工吹制時使用 長約 1.5m 中空鐵吹管，一端蘸取玻璃液（挑料），一端為吹嘴。挑料后在滾料板（碗）上滾勻、吹氣，

13、形成玻璃料泡，在模中吹成制品；也可無模自由吹制，最后從吹管上敲落。大型制品成型時， 需反復(fù)挑料滾勻，以集取足夠料量。機械吹制時， 玻璃液由玻璃熔窯出口流出，經(jīng)供料機形成設(shè)定重量和形狀的料滴， 剪入初型模中吹成或壓成初型， 再轉(zhuǎn)入成型模中 吹成制品。吹成初型再吹成制品的稱吹一吹法， 適宜制成小口器皿和瓶罐。 壓成初型再吹成 制品的稱壓-吹法，適宜制成大口器皿和薄壁瓶罐?？祵帋酱蹬輽C是機械吹制中較為特殊的一類。它先將玻璃液經(jīng)轉(zhuǎn)輻壓成有間隔塊體的帶狀，吹泡機的多個吹氣頭在玻璃料帶上同步運行并吹成初型，再合上成型模吹成制品。適宜制造燈泡殼、電子管殼、水杯等。壓制法：用以制造敞口和實心制品，如碗、盤、

14、缸、鏡片、顯像屏和錐、科等。人工壓 制以鐵桿取料，按設(shè)定量剪落入模，模芯（沖頭）壓下將玻璃液擠滿模腔壓成制品。機械壓 制采用和吹制法相同的供料方法將玻璃液剪入多模壓制機的模中，自動落下模芯成型。壓制 法成型的玻璃液表層因接觸模和模芯，降溫很快，適于制造較厚和較淺的制品。拉引法：用以制造玻璃管、棒、纖維以及窗片與平板等。人工拉管時用鐵管反復(fù)挑料， 集起大量玻璃液滾勻后形成料泡， 料泡頂端用另一鐵桿取料粘住、吹氣，以一定速度慢慢拉開。機械拉引分上引、下引和水平拉引。機械拉制玻璃管時，首先，玻璃液流入拉管池，依靠耐熱合金或的芯軸和軸中心通入的空氣形成管根,由牽引輥連續(xù)拉成管。連續(xù)纖維的拉引方法是在拉

15、絲坩堝中控制玻璃液溫度，坩堝底部有100 多個漏嘴 ,高速旋轉(zhuǎn)的拉絲機構(gòu)拉出連續(xù)不斷的纖維， 繞在筒上。 機械引板的方法是在通道成型室以玻璃液面拉引起玻璃板。 玻璃液面設(shè)槽子磚的稱有槽引上法， 玻璃液從磚槽中涌出； 自由液面向上拉引和經(jīng)轉(zhuǎn)向輥成為水平拉引出分別稱無槽引上法和水平拉引法。 浮法拉引則是玻璃液通過溢流口經(jīng)流槽流到高溫錫液表面展開成玻璃板， 同時向槽尾部拉引， 在錫液面上玻璃板藉高溫表面張力自身平整光潔。澆注法：用以生產(chǎn)光學(xué)玻璃、裝飾制品等。其中離心澆注法用以生產(chǎn)大直徑玻璃管、器皿、大容量反應(yīng)鍋和玻璃錐等。用于澆注的玻璃液粘度要小，在模子中凝固成型。離心澆注時， 玻璃液注入模中，然后

16、高速旋轉(zhuǎn)， 玻璃液受離心力作用緊貼到模子壁上，直到固化。壓延法：用以制造厚玻璃板、壓花平板玻璃、夾絲平板玻璃?？蓪⒉Ａб簝A倒在金屬平臺上， 用壓輥延展成板， 也可將玻璃液連續(xù)流入兩個滾筒間隙中滾壓成平板。 滾筒上刻有花紋即成壓花平板。滾筒間夾入金屬絲便成夾絲玻璃。退火 目的是消除玻璃制品中永久應(yīng)力和結(jié)構(gòu)不平衡性。玻璃是不良導(dǎo)熱體，制品成型后，表層與內(nèi)層在降溫過程中產(chǎn)生溫差,當(dāng)表層凝固狀、內(nèi)層粘滯狀時,溫差存在而應(yīng)力松弛不存在，這一溫差于表層冷卻至室溫時，內(nèi)層繼續(xù)降溫收縮,受到表層阻礙產(chǎn)生張應(yīng)力同時使表層產(chǎn)生壓應(yīng)力， 永久存在。 制品各部位由于熱過程引起的永久應(yīng)力的大小和分布都不會均勻一致,因此

17、,會影響玻璃制品強度，甚至?xí)驊?yīng)力集中而自行破裂。退火可消除玻璃內(nèi)部的有害張力和防止新應(yīng)力產(chǎn)生。退火時將玻璃制品加熱或在熱成型后保持到退火溫度，使原有應(yīng)力得到松弛和消除， 然后緩慢地冷卻到應(yīng)變溫度以下， 玻璃完全進(jìn)入剛性體狀態(tài)以后， 內(nèi)外層溫度差只產(chǎn)生暫時應(yīng)力。 由于某些性能和功能的玻璃 （如光學(xué)玻璃、 溫度計玻璃）在轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)， 巨大粘滯性使結(jié)構(gòu)質(zhì)點移動緩慢， 致使其性能來不及達(dá)到與溫度一致的平衡狀態(tài)，使用中會因緩慢平衡產(chǎn)生性能變動，因此，須在退火溫度保持足夠時間。與退火消除永久熱應(yīng)力相反， 玻璃的淬火， 是通過熱處理在玻璃表面造成壓應(yīng)力以提高玻璃的強度。 玻璃制品加熱到接近軟化溫度后立

18、即用空氣或油等冷卻介質(zhì)驟冷， 可以有控制地使玻璃制品的表層產(chǎn)生具有均勻的永久壓應(yīng)力， 這一壓應(yīng)力可以抵消外力作用于玻璃制品引起破壞的張應(yīng)力，使制品強度提高45倍，成為制品。后加工 玻璃經(jīng)成型和退火后，還需進(jìn)行各種加工，制成制品。玻璃的后加工分為冷加工、熱加工和化學(xué)處理3 大類。冷加工包括研磨拋光、切割、噴砂、鉆孔。熱加工包括燒口、火拋光、火切割、火鉆孔、真空成型和玻璃燈工,此外還包括燒釉等裝飾，以及通過熱處理,使玻璃微晶化、燒結(jié)，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。化學(xué)處理包括化學(xué)蝕刻、化學(xué)拋光、玻璃表面涂膜、離子交換等。研磨拋光： 研磨是將制品粗糙不平或成型時余留部分的玻璃磨去， 使制品具有平整的表面或需要的形

19、狀和尺寸。 一般開始用研磨效率高的粗磨料研磨， 然后逐級使用細(xì)磨料， 直至玻璃表面較細(xì)致，再用拋光材料進(jìn)行拋光，使玻璃表面變得光滑、透明、有光澤。磨料的硬度必須大于玻璃的硬度。光學(xué)玻璃和日用制品一般加工余量大,用剛玉或天然金剛砂作磨料 ; 平板玻璃的加工余量小，但面積大,用量多,一般采用廉價的。常用的拋光材料有紅粉（氧化鐵）、氧化鈰、氧化鉻、氧化鋯等?；饞伖馐遣捎米钌佥椛錈岬娜紵鳎怪破繁砻嫒刍蛔冃谓璞砻鎻埩ψ饔檬怪饣?， 以消除制品表面的微裂紋、 折紋及波紋。 化學(xué)拋光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和透光度。 可單純用化學(xué)侵蝕進(jìn)行拋

20、光， 也可將化學(xué)侵蝕與機械研磨相結(jié)合， 后者又稱化學(xué)研磨法，多用于平板玻璃。切割:冷切割是利用玻璃的脆性和殘余應(yīng)力,在切割點加一刻痕造成應(yīng)力集中，使之易于折斷。一般的管、板可用金剛石、合金刀等堅韌的工具在表面刻痕，直接折斷，或刻痕后用火焰加熱進(jìn)行切割。厚玻璃可用電熱絲在切割的部位加熱，用水或冷空氣使受熱處急冷，產(chǎn)生局部應(yīng)力， 進(jìn)行切割。 火切割是對制品進(jìn)行局部集中加熱， 使玻璃局部達(dá)到熔化流動狀態(tài)， 用高速氣流將制品切開。 由于激光能使物體局部產(chǎn)生10000 以上高溫， 用于切割制品，準(zhǔn)確、衛(wèi)生、效率高、斷口整齊。噴砂： 利用高壓空氣通過噴嘴的細(xì)孔時所形成的高速氣流， 將石英砂或金剛砂等噴吹到

21、玻璃表面， 使玻璃表面的組織不斷受到砂粒的沖擊破壞， 形成毛面。 主要用于器皿的表面磨砂和玻璃儀器商標(biāo)的打印。鉆孔：有研磨鉆孔、鉆床鉆孔、沖擊鉆孔、超聲波鉆孔、火鉆孔等。研磨鉆孔是用銅棒壓在敷有碳化硅等磨料和水的玻璃上轉(zhuǎn)動， 使玻璃形成所需要的孔。 鉆床加工是用合金鉆頭在水、 輕油的冷卻下緩慢鉆孔的技術(shù)。 沖擊鉆孔是利用電磁振蕩器使鉆孔鑿子連續(xù)沖擊玻璃表面而形成孔。 超聲波鉆孔是利用超聲波發(fā)生器使加工工具發(fā)生振動， 在振動工具和玻璃液之間注入含有磨料的加工液， 使玻璃穿孔。 火鉆孔是用高速火焰對制品進(jìn)行局部集中加熱，達(dá)熔融狀態(tài)時，噴高速氣流形成孔洞。也可用激光使制品局部劇熱形成孔洞。燒口：許多制品經(jīng)切割后，口部具有尖銳、鋒利的邊緣，可用集中的高溫火焰局部加熱，依靠表面張力的作用使玻璃軟化時變得圓滑。真空成型： 用于制造精密內(nèi)徑玻璃管。 把需校正