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1、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玻璃和玻璃制品。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）。 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，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

2、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。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)時用軟錳

3、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

4、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(kuò)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(jī)，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(jī)，采取吸料成型。1910年起開始發(fā)展滴料供料機(jī)。此后，采用供料機(jī)供料的各種自動成型機(jī)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(jī)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

5、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(Libbey Owens)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，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。

6、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(qiáng)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(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性，提高強(qiáng)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N

7、a2O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(qiáng)化學(xué)穩(wěn)定性，高溫時能降低玻璃粘度，促進(jìn)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。其引用原料是石灰石(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

8、，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、氧化銻、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

9、根據(jù)互補(bǔ)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化合物的青綠色互補(bǔ)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

10、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(yáng)或集聚成團(tuán)。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(jī)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。玻璃配合料的熔制溫度隨成分不同而異，通常為13001600。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(jī)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

11、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來。人工挑料時，玻璃液粘度通常為102.2Pas；機(jī)械自動供料時為102103Pas,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106Pas, 在這個可塑范圍內(nèi)對玻璃料進(jìn)行剪切、粘結(jié)、吹擴(kuò)、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

12、、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，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(jī)械吹制時，玻璃液由玻璃熔窯出口流出，經(jīng)供料機(jī)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。 康寧帶式吹泡機(jī)是機(jī)械吹制中較為特殊的一類。

13、它先將玻璃液經(jīng)轉(zhuǎn)輥壓成有間隔塊體的帶狀，吹泡機(jī)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、缸、鏡片、顯像屏和錐、磚等。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(jī)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(jī)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

14、定速度慢慢拉開。機(jī)械拉引分上引、下引和水平拉引。機(jī)械拉制玻璃管時，首先，玻璃液流入拉管池，依靠耐熱合金或耐火材料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(jī)構(gòu)拉出連續(xù)不斷的纖維，繞在筒上。機(jī)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

15、以生產(chǎn)光學(xué)玻璃、建筑裝飾制品等。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，

16、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,會影響玻璃制品強(qiáng)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

17、，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(qiáng)度。玻璃制品加熱到接近軟化溫度后立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(qiáng)度提高45倍，成為鋼化玻璃制品。 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

18、。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,一般采用廉價的石英砂。常用的拋光材料有紅粉（氧化鐵）、氧化鈰、氧化鉻、氧化鋯等。火拋光是采用最少輻射熱的燃燒器，使制品表面熔化而不變形借表面張力作用使之光滑，以消除制品表面的微裂紋

19、、折紋及波紋?；瘜W(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?？蓡渭冇没瘜W(xué)侵蝕進(jìn)行拋光，也可將化學(xué)侵蝕與機(jī)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?；鹎懈钍菍χ破愤M(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

20、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?；疸@孔是用高速火焰對制

21、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。把需校正管徑的玻璃管一端熔封，在管內(nèi)放入標(biāo)準(zhǔn)金屬管，緩慢加熱,同時抽真空,直至玻璃管與金屬芯棒緊密貼附。由于金屬收縮大，冷卻后易取出。 燒釉：將以易熔玻璃為基釉的釉料通過描繪、印刷、貼花紙或噴涂等工藝施于玻璃制品表面。在制品軟化溫度以下加熱至釉料熔融，并牢固地附著在制品表面，可得到彩色釉、白色釉、透明色釉、無光釉等裝飾制品。 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變熱處理：將玻璃磨碎成

22、一定顆粒度，加入結(jié)合劑壓成需要的形狀和大小，加熱至玻璃軟化點溫度后，形成有細(xì)氣孔的制品，可用作濾器和電子元件等。配料中加入發(fā)泡劑可以制造燒結(jié)的泡沫玻璃。對某些設(shè)定成分的玻璃，還可通過熱處理使其發(fā)生相的變化，以獲得預(yù)期的特性。如微晶玻璃成型后經(jīng)熱處理產(chǎn)生微晶相，成為微晶玻璃制品；高硼硅酸鹽玻璃經(jīng)熱處理產(chǎn)生富硅相和富硼相，用酸溶去富硼相后形成高硅氧玻璃。 化學(xué)蝕刻：用氫氟酸溶掉玻璃表面層的硅氧，根據(jù)殘留鹽類的溶解度不同，可得到有光澤的表面或無光澤的毛面。容量儀器和溫度計的刻度以及特色瓶罐、毛面燈泡等均可用此法加工。 表面涂膜：利用化學(xué)反應(yīng)可以將硝酸銀還原成銀層附著在玻璃表面，如保溫瓶、鏡子等。用同樣的方法還可鍍銅。真空蒸鍍金屬鋁、鉻、錫等于玻璃表面可以反射光線和導(dǎo)電。將金屬有機(jī)物或氧化物噴于熱的玻璃制品表面，可以產(chǎn)生虹彩效果的裝飾膜。 離子交換：使玻璃制品與一定溫度下的無機(jī)鹽接觸,進(jìn)行離子的相互置換和擴(kuò)散,從而獲得特殊性質(zhì)。如熔鹽大離子半徑的鉀離子與玻璃中鈉離子交換，使玻璃表層因擠壓效應(yīng)產(chǎn)生了壓應(yīng)力,形成化學(xué)鋼化玻璃;熔鹽鋰離子與玻璃中的鈉離子交換，形成表層適合微晶化的玻璃成分;銀鹽或銅鹽在一定溫度下擴(kuò)散進(jìn)入玻璃,使玻璃著色。