设计材料及加工工艺第九章 玻璃及加工工艺.pptx

第九章玻璃及加工工艺;玻璃最早是由火山喷出的酸性熔岩经凝固硬化而形成的。 人类开始发明生产人造玻璃是3000多年前腓尼基人，当时只有有色玻璃。 约公元前1000年前，中国制造出无色玻璃。 公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。 18世纪，为适应研制望远镜的需要，制出光学玻璃。 1873年，比利时首先制出平板玻璃。 1906年，美国制出平板玻璃引上机。 此后，随着玻璃生产的工业化和规模化，各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现代，玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。;日用玻璃容器设计;玻璃香水瓶设计;建筑玻璃;玻璃灯具设计;玻璃家具设计;玻 璃 艺 术;玻璃具有一系列的优良特性，如坚硬、透明、气密性、不透性、装饰性、化学耐蚀性、耐热性及电学、光学等性能，而且能用吹、拉、压、铸、槽沉等多种成型和加工方法???成各种形状和大小的制品 。 玻璃是将原料加热熔融，冷却凝固所得的非晶态无机材料。由于玻璃的非晶态结构，其物理性质和力学性质等是各向同性的。;(1)强度 玻璃的强度取决于其化学组成、杂质含量及分布、制品的形状、表面状态和性质、加工方法等。玻璃是一种脆性材料，其强度一般用抗压、抗张强度等来表示。玻璃的抗张强度较低，由于玻璃的脆性和玻璃表面的微裂纹所引起的。玻璃的抗压强度约为抗张强度的14—15倍。 (2)硬度 玻璃的硬度较大，硬度仅次于金刚石、炭化硅等材料，它比一般金属硬，不能用普通刀和锯进行切割。玻璃的硬度值在莫氏硬度5—7之间。可根据玻璃的硬度选择磨料、磨具和加工方法，如雕刻、抛光、研磨和切割等。;(3)光学性质 玻璃是一种高度透明的物质，具有一定的光学常数、光谱特性，具有吸收或透过紫外线和红外线、感光、光变色、光储存和显示等重要光学性能。 通常光线透过愈多，玻璃质量越好。由于玻璃品种较多，各种玻璃的性能也有很大的差别，如有的铅玻璃具有防辐射的特性。一般通过改变玻璃的成分及工艺条件，可使玻璃的性能有很大的变化。 (4)电学性能 常温下玻璃是电的不良导体。温度升高时，玻璃的导电性迅速提高，熔融状态时则变为良导体。;(5)热性质 玻璃的导热性很差，一般经受不了温度的急剧变化。制品越厚，承受温度急剧变化的能力越差。 (6)化学稳定性 玻璃的化学性质较稳定。大多数工业用玻璃都能抵抗除氢氟酸以外酸的侵蚀。玻璃耐碱腐蚀性较差。 玻璃长期在大气和雨水的侵蚀下，表面光泽会失去，变得晦暗。尤其是一些光学玻璃仪器易受周围介质(如潮湿空气)等作用，表面形成白色斑点或雾膜，破坏玻璃的透光性，所以在使用和保存中应加以注意。;玻璃的成型工艺视制品的种类而异，但其过程基本上可分为配料、熔化和成型三个阶段，一般采用连续性的工艺过程，如图9-2所示。 ;9.2.1 玻璃原料 用于制备玻璃配合料的各种物料统称为玻璃原料。根据用量和作用的不同，玻璃原料分为主要原料和辅助原料两类。 主要原料系指为向玻璃中引入各种主要成分而配入的原料，它们决定了玻璃制品的物理化学性质。辅助原料是为了赋予玻璃制品具有某些特殊性能和加速熔制过程所加的原料。 ;(1)主要原料 ①石英砂：石英砂又称硅砂，其主要成分是二氧化硅SiO2，它是重要的玻璃形成氧化物，以硅氧四面体[SiO4]的结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。 ②硼酸、硼砂及含硼矿物：向玻璃中引入B2O3的原料。在玻璃中的作用是降低玻璃的膨胀系数，提高其热稳定性、化学稳定性和机械强度，增加玻璃的折射率，改善玻璃的光泽。 ③长石、瓷土、蜡石：向玻璃中引入Al203的原料。 Al203能提高化学的稳定性、热稳定性、机械强度、硬度和折射率，减轻玻璃液对耐火材料的侵蚀，并有助于氟化物的乳浊。;④纯碱、芒硝：向玻璃中引入碱金属氧化物Na2O的主要原料，Na2O是玻璃的良好助熔剂，可以降低玻璃粘度，使其易于熔融和成型。 ⑤方解石、石灰石、白垩：向玻璃中引入CaO的主要原料。CaO在玻璃中主要作用为稳定剂。 ⑥硫酸钡、碳酸钡：向玻璃中引入BaO的主要原料。含BaO的玻璃吸收辐射线能力较强，常用于制作高级器皿玻璃、光学玻璃、防辐射玻璃等。 ⑦铅化合物：向玻璃中引入PbO的主要原料。PbO能增加玻璃的密度，提高玻璃折射率，使玻璃制品具有特殊的光泽和良好的电性能。;(2)辅助原料 ①澄清剂：向玻璃配合料或玻璃溶液中加入一种高温时本身能气化或分解放出气体，以促进排除玻璃中气泡的添加物称为澄清剂。 ②着色剂：使玻璃制品着色的添加剂称为着色剂，通常使用锰、钴、镍、铜、金、硫、硒等金属和非金属化合物，其作用是使玻璃对光线产生选择性吸收，从而显出一定的颜色。 ③脱色剂：为了提高无色玻璃的透明度，常在玻璃熔制时，向配合料中加入脱色剂，以去除玻璃原料中含有的铁、铬、钛、钒等化合物和有机物的有害杂质。 ④乳浊剂：