第11講 玻璃及加工工藝

2/1/2023造型材料與工藝1第11講

玻璃及加工工藝2/1/2023造型材料與工藝2玻璃——“古老而又新穎、奇特而又美麗的”材料2/1/2023造型材料與工藝311.1玻璃的基本性能玻璃是將原料加熱熔融，冷卻凝固所得的非晶態(tài)無(wú)機(jī)材料。由于玻璃的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，其物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)等都是各向同性的。2/1/2023造型材料與工藝41強(qiáng)度玻璃的強(qiáng)度取決于其化學(xué)組成、雜質(zhì)含量及分布、制品的形狀、表面狀態(tài)和性質(zhì)、加工方法等。脆性材料，強(qiáng)度用抗壓、抗張強(qiáng)度來(lái)表示?？箯垙?qiáng)度較低，抗壓強(qiáng)度約為抗張強(qiáng)度的14～15倍。2/1/2023造型材料與工藝52硬度硬度僅次于金剛石、碳化硅等材料，比一般金屬硬，不能用普通刀和鋸進(jìn)行切割。硬度值在摩氏硬度5～7之間?？筛鶕?jù)玻璃的硬度選擇磨料、磨具和加工方法，如雕刻、拋光、研磨和切割等。2/1/2023造型材料與工藝63光學(xué)性質(zhì)玻璃是一種高度透明的物質(zhì)，具有一定的光學(xué)常數(shù)、光譜特性，具有吸收或透過(guò)紫外線和紅外線、感光、光變色、光儲(chǔ)存和顯示等重要光學(xué)性能。光線透過(guò)越多，玻璃質(zhì)量越好。各種玻璃的性能有很大的差別。一般通過(guò)改變玻璃的成分及工藝條件，可使玻璃的性能有很大的變化。2/1/2023造型材料與工藝74電學(xué)性能常溫下玻璃是電的不良導(dǎo)體。溫度升高時(shí)，玻璃的導(dǎo)電性迅速提高，熔融狀態(tài)時(shí)則變?yōu)榱紝?dǎo)體。2/1/2023造型材料與工藝85熱性質(zhì)玻璃的導(dǎo)熱性很差，一般經(jīng)受不了溫度的急劇變化。玻璃制品越厚，承受溫度急劇變化的能力越差。2/1/2023造型材料與工藝96化學(xué)穩(wěn)定性玻璃的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。大多數(shù)工業(yè)用的玻璃都能抵抗除了氫氟酸以外酸的侵蝕。玻璃的耐蝕性較差。玻璃長(zhǎng)期在大氣和雨水的侵蝕下，表面光澤會(huì)失去，變得晦暗。尤其是一些化學(xué)玻璃儀器容易受周?chē)橘|(zhì)（如潮濕空氣）的作用，表面形成白色斑點(diǎn)或霧膜，破壞玻璃的透光性，所以在使用和保存時(shí)應(yīng)注意。2/1/2023造型材料與工藝1011.2玻璃的工藝特性玻璃的成型工藝視制品的種類而異，但其過(guò)程基本上可以分為配料、融化和成型三個(gè)階段，一般采用連續(xù)性的工藝.如圖所示：2/1/2023造型材料與工藝111、玻璃原料用于制備玻璃配合料的各種物料統(tǒng)稱為玻璃原料。根據(jù)用量和作用的不同，玻璃原料分為主要原料和輔助原料兩類。主要原料是指向玻璃中引入各種主要成分而配入的原料，它們決定了玻璃制品的物理化學(xué)性質(zhì)。輔助原料是為了賦予玻璃制品具有某些特殊性能和加速熔制過(guò)程所加的原料。2/1/2023造型材料與工藝12（1）玻璃的主要原料：石英砂硼酸、硼砂及含硼礦物長(zhǎng)石、瓷土、蠟石純堿、芒硝方解石、石灰石、白堊硫酸鋇、碳酸鋇鉛化合物2/1/2023造型材料與工藝13（2）玻璃的輔助原料澄清劑著色劑脫色劑乳濁劑助熔劑2/1/2023造型材料與工藝142、玻璃的熔制玻璃的熔制是指將配合料經(jīng)過(guò)高溫熔融，形成均勻無(wú)氣泡并符合成形要求的玻璃液的過(guò)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。2/1/2023造型材料與工藝15玻璃的熔制是一個(gè)非常復(fù)雜的工藝過(guò)程它包括一系列物理的、化學(xué)的、物理化學(xué)的現(xiàn)象和反應(yīng)，其結(jié)果是使各種原料混合物變成復(fù)雜的熔融物，即玻璃液。各種配料在加熱至高溫并形成玻璃的過(guò)程中所發(fā)生的變化，從工藝角度而論，大致可以分為硅酸鹽的形成、玻璃的形成、澄清、均化和冷卻五個(gè)階段，如圖表：2/1/2023造型材料與工藝16鈉-鈣-硅玻璃的熔制過(guò)程2/1/2023造型材料與工藝173、玻璃的成型玻璃的成型是將熔融的玻璃液加工成具有一定形狀和尺寸的玻璃制品的工藝過(guò)程。常見(jiàn)的玻璃成型方法有：壓制成型、吹制成型和拉制成型。2/1/2023造型材料與工藝18（1）壓制成型壓制成型是在模具中加入玻璃熔料加壓成形，多用于玻璃盤(pán)碟、玻璃磚。2/1/2023造型材料與工藝19玻璃壓制成型示意圖：2/1/2023造型材料與工藝20（2）吹制成型吹制成型是先將玻璃粘料壓制成雛形型塊，再將壓縮氣體吹入處于熱融狀態(tài)的玻璃型塊中，使之膨脹成為中空制品。吹制成型可以分為機(jī)械吹制成型和人工吹制成型，用來(lái)制造瓶、罐、器皿、燈泡等。如圖所示：2/1/2023造型材料與工藝21吹制成型示意圖：2/1/2023造型材料與工藝22人工吹杯示意圖：2/1/2023造型材料與工藝23（3）拉制成型拉制成型是利用機(jī)械拉引力將玻璃熔體制成制品，分為垂直拉制和水平拉制，主要用來(lái)生產(chǎn)平板玻璃、玻璃管、玻璃纖維等。2/1/2023造型材料與工藝24垂直引上拉管示意圖：2/1/2023造型材料與工藝25玻璃板水平拉制示意圖：1-玻璃板；2-轉(zhuǎn)動(dòng)輥；3-成型輥4-水冷擋板；5-燃燒器；6-熔融玻璃2/1/2023造型材料與工藝26（4）壓延成型壓延成型是用金屬錕將玻璃熔體壓成板狀制品，主要用來(lái)生產(chǎn)壓花玻璃、夾絲玻璃等，該成型分為平面壓延和錕間壓延成型。2/1/2023造型材料與工藝274、玻璃的熱處理玻璃的熱處理，一般包括退火和淬火兩種工藝。退火就是消除或減小玻璃制品中的熱應(yīng)力的熱處理過(guò)程。對(duì)光學(xué)玻璃和某種特種玻璃制品，通過(guò)退火可使內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，以達(dá)到要求的光學(xué)性能。淬火就是使玻璃表面形成一個(gè)有規(guī)律、均勻分布的壓力層，以提高玻璃制品的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。2/1/2023造型材料與工藝285、玻璃制品的二次加工玻璃制品的二次加工分為冷加工、熱加工和表面處理三大類。2/1/2023造型材料與工藝29（1）玻璃制品的冷加工冷加工是指在常溫下通過(guò)機(jī)械方法來(lái)改變玻璃制品的外形和表面狀態(tài)所進(jìn)行的工藝過(guò)程。冷加工的基本方法包括研磨、拋光、切割、噴砂、鉆孔和車(chē)刻等。2/1/2023造型材料與工藝30（2）玻璃制品的熱加工有很多形狀復(fù)雜和要求特殊的玻璃制品，需要通過(guò)熱加工進(jìn)行最后成型。此外，熱加工還用來(lái)改善制品的性能和外觀質(zhì)量。熱加工的方法主要有火焰切割、火拋光、鉆孔、鋒利邊緣的燒口等。2/1/2023造型材料與工藝31（3）玻璃制品的表面處理表面處理包括玻璃制品的光滑面與散光面的形成（如器皿玻璃的化學(xué)刻蝕、燈泡的毛蝕、玻璃化學(xué)拋光等）表面著色表面涂層（如鏡子鍍銀、表面導(dǎo)電）2/1/2023造型材料與工藝32①玻璃彩飾：玻璃彩飾是利用釉料對(duì)玻璃制品進(jìn)行裝飾的過(guò)程。常見(jiàn)的彩飾方法有：描繪、噴花、貼花和印花等。彩飾方法可以單獨(dú)采用，也可以組合采用。2/1/2023造型材料與工藝33描繪是按照?qǐng)D案設(shè)計(jì)要求用筆將釉料涂繪在制品表面。噴花是將圖案花樣制成鏤空型版緊貼在制品表面，用噴槍將釉料噴在制品上。貼花是先用彩色釉料將圖案印刷在特殊紙上或薄膜上制成花紙，然后將花紙貼到制品表面。印花是采用絲網(wǎng)印刷方式用釉料將花紋圖案印在制品表面。所有玻璃制品彩飾后都需要進(jìn)行彩燒，才能使釉料牢固的熔附在玻璃表面，并使色釉平滑、光亮、鮮艷，且經(jīng)久耐用。2/1/2023造型材料與工藝34②玻璃蝕刻利用氫氟酸的腐蝕作用，使玻璃獲得不透明毛面的方法。先在玻璃表面涂覆石蠟、松節(jié)油等作為保護(hù)層并在其上刻繪圖案，再用氫氟酸溶液腐蝕刻繪所露出的部分。蝕刻程度可以通過(guò)調(diào)節(jié)酸液濃度和腐蝕時(shí)間來(lái)控制，蝕刻完畢除去保護(hù)層。多用于玻璃儀器的刻度和標(biāo)字，玻璃器皿和平板玻璃的裝飾等。2/1/2023造型材料與工藝3511.3常用玻璃材料1、玻璃材料的分類（1）按玻璃的用途和使用環(huán)境分類：日用玻璃——瓶罐玻璃、器皿玻璃、裝飾玻璃等。技術(shù)玻璃——光學(xué)玻璃、儀器玻璃、管道玻璃、電器用玻璃、醫(yī)藥用玻璃、特種玻璃等2/1/2023造型材料與工藝36建筑玻璃——窗用平板玻璃、鏡用平板玻璃、裝飾用平板玻璃、安全玻璃。玻璃纖維——無(wú)堿纖維、低堿纖維、中堿纖維、高堿纖維等。2/1/2023造型材料與工藝37（2）按玻璃的特性分類2/1/2023造型材料與工藝38（3）按玻璃化學(xué)成份分類鈉鈣硅酸鹽玻璃鉛玻璃石英玻璃特殊成分玻璃另外，按制造方法可以分為吹制玻璃、拉制玻璃、壓制玻璃和鑄造玻璃。2/1/2023造型材料與工藝392、常用玻璃品種（1）平板玻璃是板狀玻璃的統(tǒng)稱。上下表面平行，成份多屬于鈉-鈣-硅酸鹽。主要采用浮法、垂直引上法、平拉法和壓延法生產(chǎn)。平板玻璃具有透光、透視、隔熱、隔聲、耐磨、耐候等特性，并且通過(guò)著色、表面處理、強(qiáng)化、復(fù)合等方法制成彩色玻璃、鍍膜玻璃、鋼化玻璃、夾層玻璃等特殊制品。2/1/2023造型材料與工藝40①浮法玻璃采用浮法制造技術(shù)生產(chǎn)的平板玻璃稱為浮法玻璃。2/1/2023造型材料與工藝41②磨砂玻璃又稱毛玻璃或暗玻璃，采用噴砂或研磨等機(jī)械方法，或者用氫氟酸溶液磨蝕等化學(xué)方法將玻璃表面處理成均勻毛面。其表面呈微細(xì)凹凸，可使光線產(chǎn)生漫射，只有透光性而不能透視，具有均勻柔和的效果。常用于建筑物中要求透光而不透像的門(mén)窗，以及玻璃黑板、照相屏板等。2/1/2023造型材料與工藝42③磨光玻璃又稱鏡面玻璃，采用平板玻璃拋光而得。分為單面磨光和雙面磨光兩種。磨光玻璃表面平整光滑，有光澤、透光率達(dá)84%，物像透過(guò)玻璃不變形。磨光玻璃主要用于安裝大型門(mén)窗，制作鏡子等。2/1/2023造型材料與工藝43④夾層玻璃是利用透明、粘接力強(qiáng)的塑料膜片將兩塊或兩塊以上的平板玻璃在高溫高壓下粘接起來(lái)的玻璃。主要用在汽車(chē)、飛機(jī)的風(fēng)擋玻璃、防彈玻璃，也用于有特殊安全要求的建筑物門(mén)窗、幕墻及展示陳列方面。2/1/2023造型材料與工藝44夾層玻璃示意圖和典型防彈玻璃示意圖：2/1/2023造型材料與工藝45⑤鋼化玻璃又叫強(qiáng)化玻璃，經(jīng)強(qiáng)化處理而具有良好機(jī)械性能和耐熱震性能的玻璃。強(qiáng)化處理方式有：物理方式——如風(fēng)淬火、油淬火和熔鹽淬火；化學(xué)方式——如表面離子交換、表面晶化、酸處理等。通常鋼化玻璃多是指經(jīng)過(guò)風(fēng)淬火處理的玻璃。鋼化玻璃不能進(jìn)行機(jī)械切割、鉆孔等加工，多用于交通運(yùn)輸車(chē)輛的車(chē)窗和建筑門(mén)窗、隔墻等。2/1/2023造型材料與工藝46⑥夾絲玻璃又叫防碎玻璃和鋼絲玻璃。它是將普通平板玻璃加熱到紅熱軟化狀態(tài)，將預(yù)熱處理的金屬絲或金屬網(wǎng)壓入玻璃中間而制成的。如圖為玻璃的夾絲形式：2/1/2023造型材料與工藝47⑦彩色玻璃彩色玻璃是對(duì)通過(guò)的可見(jiàn)光具有一定的選擇性吸收的玻璃。根據(jù)著色工藝，可以分為本體著色和表面著色兩種。本體著色是在玻璃原料中加入金屬氧化物，熔融后能產(chǎn)生的顏色有茶色、藍(lán)色、灰色、綠色等。2/1/2023造型材料與工藝48表面著色是在玻璃表面覆敷一層金屬的、金屬氧化物或有機(jī)物的顏色涂層，使玻璃呈色。彩色玻璃分為透明和不透明兩種，其色澤有多種，可拼成各種花紋圖案，產(chǎn)生獨(dú)特的裝飾效果。2/1/2023造型材料與工藝49⑧釉面玻璃在玻璃表面涂覆一層彩色易溶性色釉，然后加熱到彩釉的熔融溫度，使釉層

與玻璃牢固結(jié)合在一起，經(jīng)退火或鋼化等不同熱處理方式而制成。2/1/2023造型材料與工藝50⑨花紋玻璃將玻璃按設(shè)計(jì)圖案加以雕刻、印刻等無(wú)彩色處理，使表面呈現(xiàn)透明與不透明的花紋圖案，具有良好的藝術(shù)裝飾效果。根據(jù)加工方法分為：壓花玻璃、噴花玻璃和刻畫(huà)玻璃。2/1/2023造型材料與工藝51壓花玻璃又稱滾花玻璃，是熔融玻璃經(jīng)刻有花紋圖案的壓延錕而制成，分為單面壓花和雙面壓花玻璃。。噴花玻璃又稱膠花玻璃，是在玻璃表面貼以刻有花紋圖案的紙型作為保護(hù)層，通過(guò)噴砂處理而成?？袒úＡ怯善桨宀ＡЫ?jīng)涂覆、雕刻、圍臘、酸蝕、研磨而成。2/1/2023造型材料與工藝52⑩中空玻璃又叫隔熱玻璃，是在兩塊或多塊平板玻璃之間充溢干燥氣體，四周邊緣用膠接、焊接或熔接的方法秘封而成的玻璃制品。2/1/2023造型材料與工藝53熱反射玻璃又叫鍍膜玻璃，是在平板玻璃表面涂覆金屬或金屬氧化物磨層的玻璃。具有良好的隔熱性能和遮光性，并有單向透象性，對(duì)太陽(yáng)輻射熱有較高的反射能力，可節(jié)約室內(nèi)空調(diào)的能量。鍍膜玻璃外觀具有多種色彩及鏡面效果，增加建筑物的美觀，用作建筑物門(mén)窗、幕墻等。2/1/2023造型材料與工藝54吸熱玻璃能吸收大量的熱射線并保持良好的透明度，具有控制陽(yáng)光和熱能透過(guò)的功能。吸熱玻璃是在普通硅酸鹽玻璃中引入一定量的著色氧化物或在玻璃表面噴涂著色氧化物薄膜而具有吸熱性。常見(jiàn)的吸熱玻璃有茶色、藍(lán)色、灰色和綠色。2/1/2023造型材料與工藝55光柵玻璃光柵玻璃又稱鐳射玻璃。以玻璃為基材，用特殊材料或特殊工藝使玻璃表面形成全息光柵或幾何光柵的玻璃。在光源照射下，光柵玻璃發(fā)生物埋衍射現(xiàn)象產(chǎn)生七彩光。按結(jié)構(gòu)可分為單層光柵玻璃、普通夾層光柵玻璃和鋼化夾層光柵玻璃。品種有透明光柵玻璃、印刷圖案光柵玻璃、半透明半反射光柵玻璃和金屬質(zhì)感光柵玻璃。主要用作建筑物的裝飾材料及輕工產(chǎn)品的外觀裝飾材料。

2/1/2023造型材料與工藝56光致變色玻璃隨光線強(qiáng)弱而變色的玻璃，又稱光色玻璃。在玻璃中引入鹵化銀等光敏劑而得。光照時(shí)玻璃顏色隨光線增強(qiáng)而漸漸變暗，照射停止后，玻璃又恢復(fù)到原來(lái)的顏色?？捎糜谧兩坨R、防光材料顯示裝置的制作及全息存儲(chǔ)等。

2/1/2023造型材料與工藝57（2）器皿玻璃是一種用于制造日用器皿、藝術(shù)品和裝飾品的玻璃。用這種玻璃制成的器皿有很好的透明度和白度(日光下呈無(wú)色或很弱的藍(lán)色)，或具有鮮艷的顏色和清晰美觀的圖案，表面潔凈有一定光澤，有較好的熱抗震性、化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度。器皿玻璃分為一般器皿玻璃和晶質(zhì)玻璃，主要用于制作茶具、餐具、炊具、藝術(shù)制品等。

2/1/2023造型材料與工藝58（3）泡沫玻璃泡沫玻璃又稱多孔玻璃，是一種氣孔率在80%以上，由均勻氣孔組成的玻璃。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。根據(jù)配料與生成工藝的不同，其氣孔可分為封閉的非連通孔、連通孔和部分連通孔。2/1/2023造型材料與工藝59氣孔封閉的泡沫玻璃機(jī)械強(qiáng)度高、不透氣、不燃、導(dǎo)熱系數(shù)小，不變形，經(jīng)久耐用，可進(jìn)行鋸、鉆、釘?shù)燃庸?，是一種良好的保溫絕熱材料。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。泡沫玻璃還可制成各種不同顏色，且永不褪色，是良好的裝飾材料。

2/1/2023造型材料與工藝602/1/2023造型材料與工藝61（4）微晶玻璃又稱玻璃陶瓷，是將含有晶核生成劑的玻璃在一定條件下進(jìn)行熱處理，玻璃相中析出大量微晶體相，形成由晶體相和玻璃相構(gòu)成的復(fù)合體。微晶玻璃的結(jié)構(gòu)、性能及生成方法與玻璃、陶瓷有所不同，兼具了兩者的性能，具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及機(jī)械加工性。適當(dāng)選擇晶核生成劑及晶化條件，可獲得性能極不相同的微晶玻璃品種，如耐熱微晶玻璃、可切削微晶玻璃、耐腐蝕微晶玻璃、光敏微晶玻璃、熱敏微晶玻璃等。

2/1/2023造型材料與工藝62（5）其他玻璃①玻璃馬賽克玻璃馬賽克又稱玻璃錦轉(zhuǎn)，一種小規(guī)格的乳濁狀半透明彩色飾面玻璃。尺可一般為20mm×20mm、30mm×30mm、40mm×40mm,厚度為4~6mm。表面平整光滑，背面有凹槽紋利于砂漿粘結(jié)。玻璃馬賽克色彩豐富、色調(diào)柔和；質(zhì)地堅(jiān)硬，不積塵，雨天自洗，經(jīng)久常新；化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好。多拼合成各種圖案，用于建筑物的外墻裝飾。

2/1/2023造型材料與工藝63②玻璃空心磚將兩塊模壓成凹形的玻璃熔接或膠接成一整體，中間充入干燥空氣，經(jīng)退火處理和涂飾側(cè)面而成。有單孔腔和雙孔腔之分。玻璃空心磚強(qiáng)度高，絕熱、隔音、耐火，多用來(lái)砌筑透光墻壁。

2/1/2023造型材料與工藝642/1/2023造型材料與工藝653、新穎奇特的玻璃（1）可釘玻璃——日本研制成功一種可釘玻璃，它是把硼酸玻璃分與碳化纖維混合后加熱制成的，這種玻璃的最大斷裂力為一般玻璃的2倍以上，無(wú)脆性，在上面釘釘子不需擔(dān)心破碎。2/1/2023造型材料與工藝66（2）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(xì)的天線，安裝后，室內(nèi)電視機(jī)就能呈現(xiàn)更為清晰的畫(huà)面。（3）滅菌玻璃——在制造玻璃時(shí)，加入適當(dāng)?shù)你~離子，制造出的玻璃就具有滅菌、防霉的功效。用此玻璃制成器皿盛裝食品，能在24小時(shí)內(nèi)殺死所有大腸桿菌和葡萄球菌，還能防止食物霉變。2/1/2023造型材料與工藝67（4）導(dǎo)電玻璃——這種玻璃導(dǎo)電后，不但可直接用于飛機(jī)、汽車(chē)玻璃窗的防霧防霜層，還可作各種光學(xué)器件及儀器儀表的面板和液晶顯示。

（5）發(fā)電玻璃——這種玻璃吸收太陽(yáng)光的能量后可以發(fā)電，把它安裝在窗戶上可供室內(nèi)照明甚至提供電視機(jī)和收音機(jī)的電源。

2/1/2023造型材料與工藝68（6）折光玻璃——一種由美國(guó)研制的玻璃能把太陽(yáng)光折射到房間的陰暗角落，使處于室內(nèi)的人能享受陽(yáng)光的溫暖。對(duì)那些光線不足的房間，還是一種節(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。

2/1/2023造型材料與工藝69（7）調(diào)光玻璃——一種可調(diào)透明度的玻璃，可以免用窗簾，只要根據(jù)需要按一下遙控開(kāi)關(guān)，玻璃就會(huì)自動(dòng)由暗變亮和由亮變暗。