Chap_3_玻璃工艺学.ppt

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1、玻璃的工艺学玻璃的工艺学 玻璃配合料的制备玻璃配合料的制备 玻璃的熔制玻璃的熔制 玻璃的成形与退火玻璃的成形与退火 玻璃的缺陷玻璃的缺陷1.玻璃配合料的制备玻璃配合料的制备根根据据设设计计的的玻玻璃璃组组成成及及所所选选用用的的原原料料成成分分，将将各各种种原原料料的的粉粉料料按按一一定定比比例例称称量量，混混合合而而成成的的均均匀匀混混合合物称做物称做配合料配合料。实实践践证证明明，成成分分和和粘粘度度均均匀匀的的配配合合料料，不不仅仅能能强强化化玻玻璃璃的的熔熔化化和和澄澄清清过过程程，而而且且还还能能减减少少或或消消除除影影响响玻璃质量的各种弊病。玻璃质量的各种弊病。组成正确和稳定组成正

2、确和稳定配配合合料料的的组组成成正正确确和和稳稳定定关关系系着着玻玻璃璃成成分分的的正正确确和和稳稳定定。通通常常必必须须从从配配料料计计算算和和各各原原料料称称量量的的正正确确性性两两方方面面来来保保证证。当当原原料料的的化化学学成成分分、水水分分等等发发生生变变化时，必须随时调整配方。化时，必须随时调整配方。对配合料的质量要求对配合料的质量要求具有一定的颗粒级配具有一定的颗粒级配构构成成配配合合料料的的各各种种原原料料均均有有一一定定的的颗颗粒粒组组成成。它它直直接接影影响响到到配配合合料料的的均均匀匀度度、玻玻璃璃熔熔化化速速度度、玻玻璃璃液液的的均均匀度。匀度。不不仅仅要要求求同同一一

3、种种原原料料有有适适宜宜的的颗颗粒粒度度，而而且且要要求求各各种种原原料料之之间间有有一一定定的的粒粒度度比比，其其目目的的在在于于提提高高混混合合均均匀匀度度和和防防止止配配合合料料在在运运输输过过程程中中的的分分层层。适适当当减减小小难难熔熔原料的粒度有利于原料的粒度有利于提高熔化速度提高熔化速度。具有一定的水分具有一定的水分配配合合料料中中含含有有一一定定的的水水分分或或有有润润湿湿剂剂的的水水，润润湿湿石石英英原原料料，使使水水在在石石英英颗颗粒粒表表面面形形成成水水膜膜，这这层层水水膜膜可可以以溶溶解解纯纯碱碱和和芒芒硝硝达达5%，有有助助于于加加速速熔熔化化。同同时时，可可以以增增

4、加加原原料料颗颗粒粒之之间间粘粘附附力力，有有利利于于减减少少粉粉尘尘、防防止止分分层、提高混合均匀度层、提高混合均匀度。配配合合料料的的加加水水量量随随着着原原料料粒粒度度变变化化也也要要变变化化，颗颗粒粒度度愈愈细细，加加水水量量愈愈多多。配配合合料料的的含含水水量量一一般般在在3-7(质量分数质量分数)范围。范围。具有一定的气体率具有一定的气体率配配合合料料加加热热分分解解逸逸出出的的气气体体量量与与配配合合料料质质量量之之比比称称为为气气体体率率。配配合合料料中中必必须须含含有有部部分分能能受受热热分分解解放放出出气气体体的的原原料料，逸逸出出一一定定量量的的气气体体能能使使玻玻璃璃熔

5、熔体体产产生生搅搅拌拌作作用用，有有利利于于玻玻璃璃液液的的澄澄清清和和均均化化。气气体体率率过过高高，会会造造成成玻玻璃璃起起泡泡，“溢溢料料”，但但气气体体率率过过低低，又又使使玻玻璃璃“发发滞滞”，不不易易澄澄清清。不不同同种种类类的的配配合合料料，气气体体率率要要求求不不同同，对对于于钠钠钙钙硅硅酸酸盐盐玻玻璃璃来来说说，合合适适的的气气体体率率为为15-20。硼硼硅硅酸酸盐盐玻玻璃璃的的气气体体率率一般为一般为9-15。均匀性良好均匀性良好配配合合料料是是否否混混合合均均匀匀，将将影影响响玻玻璃璃制制品品的的产产量量和和质质量量。如如果果混混合合不不均均匀匀，则则在在石石英英砂砂等等

6、难难熔熔物物较较多多之之处处熔熔化化就就困困难难，甚甚至至会会残残留留未未熔熔化化的的石石英英颗颗粒粒，破破坏坏了了玻玻璃璃的的均均匀匀性性，使使玻玻璃璃中中产产生生结结石石、条条纹纹、气气泡泡等等缺缺陷陷。而而在在易易熔熔物物(如如纯纯碱碱等等)较较多多处处，易易侵侵蚀蚀耐耐火火材材料料，也也会造成玻璃不均匀。会造成玻璃不均匀。配合料计算中的工艺参数配合料计算中的工艺参数 纯纯碱碱挥挥散散率率 纯纯碱碱中中未未参参与与反反应应的的挥挥发发、飞飞散散量量与与总总量量的的比比值值，即即它它与与加加料料方方式式、熔熔化化方方法法、熔熔制制温温度度、纯纯碱碱的的本本性性有有关关。在在池池窑中纯碱的挥

7、散率一般在窑中纯碱的挥散率一般在0.23.5之间。之间。芒芒硝硝含含率率 芒芒硝硝引引入入的的Na2O与与芒芒硝硝和和纯纯碱碱引引入入的的Na2O总总量量之之比比，即：即：芒硝含率随原料供应和熔化情况而改变，一般为芒硝含率随原料供应和熔化情况而改变，一般为5%8%。煤煤粉粉含含率率 由由煤煤粉粉引引入入的的固固定定碳碳与与芒芒硝硝引引入入的的Na2SO4之之比，即：比，即：在生产上一般控制在在生产上一般控制在35。萤石含率萤石含率 由萤石引入的由萤石引入的CaF2量与原料总量之比，即：量与原料总量之比，即：一般为一般为1826。2.玻璃的熔制玻璃的熔制玻玻璃璃的的熔熔制制是是将将配配合合料料投

8、投入入耐耐火火材材料料砌砌筑筑的的熔熔窑窑中中，经经高高温温加加热热，得得到到无无固固体体颗颗粒粒、符符合合成成形形要要求求的的均均匀匀、无无气气泡泡的的、并并符符合合成成形形要要求求的的玻玻璃璃液液的的过过程程。它它是是配配合合料料（粉粉末末或或块块体体）在在窑窑炉炉中中通通过过热热的的传传递递、质质的的传传递递和和动动量量传传递递，完完成成一一系系列列物物理理的的、化化学学的的和和物物理理化化学过程。学过程。物理过程物理过程化学过程化学过程物化过程物化过程配合料加热配合料加热吸附水的分解吸附水的分解各个组分的熔融各个组分的熔融个别组分的挥发个别组分的挥发多晶转变多晶转变化学结合水的排除化学

9、结合水的排除盐类的分解盐类的分解水化物的分解水化物的分解固相反应固相反应硅酸盐的形成硅酸盐的形成低共熔物生成低共熔物生成组分间的相互溶解组分间的相互溶解气体在气泡、炉气、玻璃液中气体在气泡、炉气、玻璃液中的作用的作用玻璃液与耐火材料间的作用玻璃液与耐火材料间的作用配合料在加热形成玻璃过程中的变化配合料在加热形成玻璃过程中的变化玻璃熔制过程玻璃熔制过程玻璃熔制过程包括玻璃熔制过程包括硅酸盐形成硅酸盐形成、玻璃的形成玻璃的形成、澄清澄清、均化均化和和冷却冷却五个阶段。五个阶段。1.1.硅酸盐形成过程硅酸盐形成过程 配配合合料料各各组组分分在在加加热热过过程程中中经经过过一一系系列列的的物物理理变变

10、化化和和化化学学变变化化，主主要要的的固固相相反反应应结结束束了了，大大部部分分气气态态产产物物从从配配合合料料中中逸逸出出。在在这这一一阶阶段段结结束束时时，配配合合料料变变成成由由硅硅酸酸盐盐和和未未反反应应完完的的SiO2组组成成的的半半熔熔融融烧烧结结物物。对对于于普普通通钠钠钙钙硅硅酸酸盐盐玻玻璃璃时时，硅硅酸酸盐盐形形成成阶阶段段在在800900基基本完成。本完成。2.2.玻璃的形成玻璃的形成随随着着温温度度升升高高，烧烧结结物物熔熔融融，变变为为含含有有大大量量气气泡泡、极极不不均均匀匀的的透透明明玻玻璃璃液液的的过过程程。硅硅酸酸盐盐形形成成阶阶段段生生成成的的各各种种硅硅酸酸

11、盐盐烧烧结结物物和和没没有有反反应应完完的的石石英英颗颗粒粒相相互互溶溶解解和和扩扩散散。平平板板玻玻璃璃形形成成大大约约在在12001400完完成成。由由于于以以上上过过程程中中以以SiO2的的扩扩散散同同化化最最慢慢，硅硅酸酸盐盐半半熔熔融融烧烧结结构构的的熔熔融融相相对对较较快快。因因此此，整整个个玻玻璃璃形形成成的的速速度度取取决于决于SiO2的扩散速度的扩散速度。玻璃形成速度与玻璃形成速度与熔制温度、砂粒和玻璃成分熔制温度、砂粒和玻璃成分大小有关：大小有关：一般工业玻璃一般工业玻璃 硼酸盐玻璃硼酸盐玻璃 铅硅酸盐玻璃铅硅酸盐玻璃 索林诺夫索林诺夫 鲍特维金鲍特维金沃尔夫沃尔夫(M.V

12、alf)提出玻璃熔化速度常数提出玻璃熔化速度常数不同不同值的配合料所对应的熔化温度值的配合料所对应的熔化温度 值值65.54.84.2熔化温度熔化温度1450-146014201380-14001320-1340总之：石英颗粒愈小，反应时间愈短，玻璃形成速度愈快总之：石英颗粒愈小，反应时间愈短，玻璃形成速度愈快 3.3.玻璃的澄清玻璃的澄清玻玻璃璃的的澄澄清清即即是是使使玻玻璃璃液液继继续续加加热热，降降低低熔熔体体粘粘度度，排排除除可可见见气气泡泡（CO2、O2、SO2、NO2等等）的的过过程程。熔熔制制平平板板玻玻璃璃时时澄澄清清过过程程在在l400-1500完完成成。此此时时玻玻璃璃液液

13、粘度约为粘度约为10Pas。存在于玻璃液中的气体有存在于玻璃液中的气体有三种形态三种形态：可见气泡：占玻璃中气体总体积约可见气泡：占玻璃中气体总体积约1；溶溶解解气气体体：与与玻玻璃璃不不反反应应的的气气体体（如如N2）存存在在网网络络间间隙隙，溶溶解解量量与与网网络络结结构构之之密密性性与与气气体体的的分分子子直直径径有有关；关；化化学学结结合合气气体体：OH基基，盐盐类类（Na2SO4），变变价价氧氧化化物物等等形形式式存存在在玻玻璃璃结结构构中中，其其溶溶解解量量与与组组成成、气气体体种类有关。种类有关。炉气中的气体炉气中的气体玻璃液中溶解的气体玻璃液中溶解的气体气泡中的气体气泡中的气体

14、PA炉炉 PA液液PA炉炉 PA液液PA泡泡PA液液漂漂浮浮排排除除气气体体的的平平衡衡状状态态 气体的平衡状态气体的平衡状态 气体从过饱和的玻璃液中分离出来，进入气泡或炉气中气体从过饱和的玻璃液中分离出来，进入气泡或炉气中 气泡中所含的气体分离出来进入炉气或溶解于玻璃液中气泡中所含的气体分离出来进入炉气或溶解于玻璃液中 气体从炉气中扩散到玻璃液中气体从炉气中扩散到玻璃液中在澄清过程中，可见气泡的排除，按下列在澄清过程中，可见气泡的排除，按下列两种方式两种方式进行：进行：气泡体积增大上升，漂浮于玻璃液表面后破裂消失；气泡体积增大上升，漂浮于玻璃液表面后破裂消失；小小气气泡泡中中的的气气体体组组

15、分分溶溶解解于于玻玻璃璃液液，小小气气泡泡被被吸吸收收而而消消失。失。前前一一种种情情况况主主要要在在熔熔化化部部进进行行；气气泡泡的的大大小小和和玻玻璃璃液液的的粘粘度度是是气气泡泡能能否否漂漂浮浮的的决决定定因因素素。玻玻璃璃液液中中气气泡泡的的消消除除与与表表面张力所引起的面张力所引起的气泡内压力气泡内压力的变化有关。的变化有关。气泡的消除与气泡内气泡的消除与气泡内压力压力的变化有关。的变化有关。影响气泡排除的因素影响气泡排除的因素 气气泡泡的的上上升升速速度度与与气气泡泡半半径径的的平平方方成成正正比比，而而与与玻玻璃液璃液粘度粘度成反比。成反比。【斯托克斯定律斯托克斯定律】表面张力表

16、面张力粘粘 度度半半 径径影响玻璃液澄清的因素影响玻璃液澄清的因素配配合合料料中中的的气气体体率率 气气体体率率过过低低，玻玻璃璃液液形形成成不不了了翻翻腾腾，气气泡泡难难于于排排除除，气气体体率率过过高高，熔熔制制时时形形成成泡泡沫沫过多，不仅延长了澄清时间，气泡难以消除；过多，不仅延长了澄清时间，气泡难以消除；熔熔制制温温度度 温温度度过过高高或或过过低低使使得得澄澄清清时时间间过过长长或或不不足足，都不利于澄清；都不利于澄清；压力制度压力制度 窑炉中必须保持微正压或零压；窑炉中必须保持微正压或零压；引入澄清剂引入澄清剂 变变价价氧氧化化物物类类澄澄清清剂剂 这这类类澄澄清清剂剂有有As2

17、O3、Sb2O3、CeO2、Mn2O3等等。其其中中As2O3、Sb2O3最最为为常常用用。一一般般认认为为：As2O3澄澄清清机机理理是是基基于于在在低低温温时时吸吸收收硝硝酸酸盐盐放放出出的的O2而而形形成成As2O5，高高温温时时分分解解又又放放出出O2而而促促使使玻玻璃璃液液澄澄清清。其其反反应式为：应式为：As2O3+O2 As2O5 澄清剂作用机理及应用澄清剂作用机理及应用 利利用用澄澄清清剂剂生生成成大大量量溶溶解解于于玻玻璃璃液液中中的的气气体体，在在玻玻璃璃液液中中呈呈过过饱饱和和状状态态，提提高高了了它它们们在在玻玻璃璃液液中中的的分分压压，并并向向残残留留于于玻玻璃璃液液

18、中中的的气气泡泡析析出出，降降低低气气泡泡中中已已有有其其他他气气体体的的分分压，重新加强它从玻璃液中吸取那些气体的能力。压，重新加强它从玻璃液中吸取那些气体的能力。硫硫酸酸盐盐类类澄澄清清剂剂 玻玻璃璃生生产产上上常常用用硫硫酸酸盐盐类类澄澄清清剂剂，它它分分解解后后产产生生O2和和SO2，对对气气泡泡的的长长大大与与溶溶解解起起重重要要作作用用。例如用芒硝例如用芒硝(Na2SO4)作为澄清剂，高温分解放出作为澄清剂，高温分解放出O2和和SO2。卤卤化化物物类类澄澄清清剂剂 这这类类澄澄清清剂剂以以不不同同方方式式降降低低熔熔体体粘粘度度。属属于于这这类类澄澄清清剂剂的的有有氟氟化化物物、氯

19、氯化化物物、溴溴化化物物、碘碘化化物物。氟化物在熔体中通过断裂玻璃结构而起澄清作用。氟化物在熔体中通过断裂玻璃结构而起澄清作用。SiOSi+NaF SiONa+FSi玻玻璃璃液液的的沸沸腾腾与与澄澄清清作作用用相相类类似似。一一般般在在高高温温时时将将某某纵纵含含水水的的物物体体如如湿湿木木块块、马马铃铃薯薯等等插插入入玻玻璃璃液液底底部部，含含水水物物体体放放出出水水分分形形成成大大量量气气泡泡而而引引起起剧剧烈烈的的沸腾搅动作用，以促进澄清。沸腾搅动作用，以促进澄清。还有鼓泡措施也对玻璃液产生沸腾搅拌作用。还有鼓泡措施也对玻璃液产生沸腾搅拌作用。4.4.玻璃的均化玻璃的均化均均化化作作用用

20、就就是是在在玻玻璃璃液液中中消消除除条条纹纹和和其其他他不不均均体体，使使玻玻璃璃液液各各部部分分在在化化学学组组成成上上达达到到预预期期的的均均匀匀一一致致。促促进进均均化化的的主要因素有：主要因素有：扩扩 散散 扩散速度受熔体温度和粘度的制约。扩散速度受熔体温度和粘度的制约。表表面面张张力力 熔熔体体的的表表面面张张力力对对玻玻璃璃液液均均化化的的难难易易，比比粘粘度更具有决定意义。度更具有决定意义。玻玻璃璃液液的的对对流流 由由于于玻玻璃璃液液不不同同部部位位存存在在温温度度差差，形形成成玻玻璃璃液液的的对对流流，成成形形引引起起的的玻玻璃璃液液流流动动，也也会会起起一一定定的的搅搅拌作

21、用。拌作用。5.5.玻璃液的冷却玻璃液的冷却 玻玻璃璃液液的的冷冷却却为为了了将将玻玻璃璃液液的的粘粘度度增增高高到到成成形形制制度度所所需需的的范范围围。冷冷却却过过程程中中玻玻璃璃液液温温度度通通常常降降低低200300，粘度范围为，粘度范围为102103Pas。玻玻璃璃液液冷冷却却过过程程中中热热均均匀匀性性和和二二次次气气泡泡会会影影响响玻玻璃产量和质量。璃产量和质量。二次气泡产生的原因二次气泡产生的原因 碳碳酸酸盐盐或或硫硫酸酸盐盐的的继继续续分分解解（残残留留的的碳碳酸酸盐盐、芒芒硝硝，炉气中的炉气中的SO2，O2和和Na2O反应反应）含含钡钡玻玻璃璃在在高高温温和和降降温温时时易

22、易产产生生气气泡泡 由由于于部部分分BaO在在高高温温下下被被氧氧化化成成BaO2，当当温温度度降降低低时时，又又分分解解放放出出氧氧气：气：BaO2BaOO2 溶解的气体被析出溶解的气体被析出 由于温度升高，溶解度减小由于温度升高，溶解度减小 纵纵观观玻玻璃璃熔熔制制全全过过程程，其其实实质质：一一是是把把配配合合料料熔熔制制成成玻玻璃璃液液；二二是是把把不不均均质质的的玻玻璃璃液液进进一一步步改改善善成成均均质质的的玻玻璃璃液液，并并使使之之冷冷却却到到成成形形所所需需粘粘度度。因因此此，也也有有把把玻玻璃璃液液熔熔制制全全过过程程划划分分为为两两个个阶阶段段，即配合料的即配合料的熔融阶段

23、熔融阶段和玻璃液的和玻璃液的精炼阶段精炼阶段。玻璃的熔化制度玻璃的熔化制度温度制度温度制度温温度度制制度度是是决决定定影影响响玻玻璃璃熔熔制制过过程程的的重重要要因因素素，决决定定玻玻璃璃的的熔熔化化速速度度，温温度度越越高高，玻玻璃璃的的熔熔化化越越快快。同时又需考虑耐火材料的使用温度及其寿命的限制。同时又需考虑耐火材料的使用温度及其寿命的限制。玻璃的熔化制度玻璃的熔化制度压力制度压力制度压压力力制制度度是是直直接接影影响响到到温温度度制制度度，压压力力制制度度的的准准确确和和稳稳定定对对玻玻璃璃的的熔熔制制起起到到了了一一定定保保障障作作用用。一一般般保保持微正压或零压。持微正压或零压。玻

24、璃的熔化制度玻璃的熔化制度气氛制度气氛制度气气氛氛制制度度分分氧氧化化、中中性性和和还还原原气气氛氛。玻玻璃璃熔熔制制过过程程中中炉炉气气的的气气氛氛性性质质要要根根据据配配合合料料和和玻玻璃璃的的组组成成和和工工艺艺要要求求而而定定。如如对对以以CuO为为着着色色剂剂的的淡淡蓝蓝色色玻玻璃璃，需要保持氧化气氛。需要保持氧化气氛。影响玻璃熔制的因素影响玻璃熔制的因素玻璃成分玻璃成分玻玻璃璃的的化化学学组组成成对对玻玻璃璃大大的的熔熔制制速速度度有有决决定定性性的的影影响响。不不同同组组成成的的玻玻璃璃其其相相应应配配合合料料熔熔化化速速度度不不同同，一一般般玻玻璃璃中中的的高高熔熔点点组组分分

25、(SiO2、Al2O3)含含量量越越多多熔熔化化速速度度就就越越慢慢，而而配配合合料料中中助助熔熔剂剂含含量量越越高高熔熔化化速速度度就就越越快快。玻玻璃璃组组成成中中碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属与与高高熔熔点点的比值越高，配合料的熔化速度就越快。的比值越高，配合料的熔化速度就越快。配合料的性质配合料的性质品品 种种 组组成成原原料料不不同同，影影响响配配合合料料分分层层、挥挥发发量量、熔化温度等。熔化温度等。颗颗粒粒度度 配配合合料料的的颗颗粒粒组组成成影影响响熔熔化化速速度度和和熔熔化化时时间间。颗粒度越小，熔化速度越快；过小引起分层颗粒度越小，熔化速度越快；过小引起分层均匀度均匀度

26、影响熔体的质量和熔制速度。影响熔体的质量和熔制速度。加速剂加速剂加加速速剂剂可可以以降降低低熔熔体体的的表表面面张张力力和和粘粘度度，增增加加透透热热性性，有有利利于于熔熔体体气气泡泡的的消消除除和和化化学学均均化化，提提高高玻玻璃璃液液的的质质量量。如如B2O3、As2O3、CaF2、(NH4)2SO4等等加加速速剂剂降降低低玻玻璃璃熔熔体体的的粘粘度度，加加速速玻玻璃璃液液的的澄澄清清和和均均化。化。加料方式加料方式加加料料方方式式影影响响到到熔熔化化速速度度、熔熔化化区区的的温温度度、液液面面状状态和液面高度的温度，从而影响产量和产品质量。态和液面高度的温度，从而影响产量和产品质量。采采

27、用用薄薄层层加加料料，配配合合料料容容易易在在上上层层受受到到火火焰焰的的辐辐射射和和对对流流加加热热，在在下下层层接接收收玻玻璃璃液液传传导导的的热热量量，配配合合料料中中各各组组分分保保持持均均匀匀使使硅硅酸酸盐盐形形成成和和玻玻璃璃形形成成速速度度增加。增加。温度制度温度制度熔熔化化各各阶阶段段所所需需温温度度和和时时间间决决定定于于温温度度制制度度。温温度度越越高高，配配合合料料易易于于熔熔融融，有有利利于于玻玻璃璃液液的的澄澄清清和和均均化化，熔熔制制过过程程所所需需时时间间就就越越短短，当当然然温温度度的的提提高高又又必必须须考考虑虑耐耐火火材材料料的的使使用用温温度度和和配配合合

28、料料组组分分的的挥挥发发。最最后后，又又必必须须冷冷却却到到一一定定温温度度，以以形形成成合合适适于于玻玻璃璃制品成形所需的粘度要求。制品成形所需的粘度要求。3.玻璃的成形玻璃的成形玻玻璃璃的的成成形形是是指指从从熔熔融融的的玻玻璃璃液液转转变变为为具具有有固固定定几何形状的制品的过程。几何形状的制品的过程。玻玻璃璃的的成成形形方方法法有有压压制制法法(制制水水杯杯、烟烟灰灰缸缸等等)、压压延延法法(压压花花玻玻璃璃等等)、浇浇铸铸法法(光光学学玻玻璃璃、熔熔铸铸耐耐火火材材料料、铸铸石石等等)、吹吹制制法法(瓶瓶罐罐等等空空心心玻玻璃璃)、拉拉制制法法(窗窗用用玻玻璃璃、玻玻璃璃管管、玻玻璃

29、璃纤纤维维等等)、喷喷吹吹法法(玻玻璃璃珠珠、各种耐火空心球各种耐火空心球)、浮法浮法(板玻璃等板玻璃等)等。等。玻璃的成形性质玻璃的成形性质 粘粘 度度 玻玻璃璃的的粘粘度度随随温温度度下下降降而而增增大大的的特特性性是是玻玻璃璃制制品品成成形形和和定定形形的的基基础础。在在吹吹制制成成形形中中可可自自动动调调节节制制品品壁壁的的厚厚薄薄，局局部部薄薄壁壁会会引引起起冷冷却却速速度度加加快快，粘粘度度快快速速增增长长，流流动动减减慢慢。而而厚厚壁壁部部分分降降温温慢慢、温温度度高高，粘粘度度小小，易易于于拉拉伸伸，加快变薄，最后，使制品壁的厚薄比较均匀。加快变薄，最后，使制品壁的厚薄比较均匀

30、。利利用用玻玻璃璃粘粘度度随随温温度度变变化化的的可可逆逆性性，在在成成形形过过程程中中多多次次加加热热玻玻璃璃，使使之之反反复复达达到到所所需需的的成成形形粘粘度度，反反复复加加工工，以制造复杂的制品。以制造复杂的制品。表面张力表面张力 玻玻璃璃液液的的表表面面张张力力使使自自由由的的玻玻璃璃液液滴滴成成为为球球形形；可可不不用用模模型型吹吹制制料料泡泡；自自动动调调节节料料滴滴的的形形状状；在在玻玻璃璃纤纤维维和和玻玻璃璃管管的的拉拉制制中中能能自自然然得得到到圆圆形形；在在爆爆口口和和烘烘口口时时，表表面张力能使边缘变圆。面张力能使边缘变圆。但但表表面面张张力力对对成成形形也也有有不不利

31、利之之处处，如如引引上上平平板板玻玻璃璃时时会会使使原原板板发发生生收收缩缩，压压制制时时使使制制品品的的锐锐棱棱变变圆圆，得得不不到到清清晰的花纹等。晰的花纹等。弹弹 性性 在在大大多多数数玻玻璃璃成成形形过过程程中中，可可能能已已达达到到了了弹弹性性发发生生作作用用的的温温度度，因因此此，有有可可能能产产生生暂暂时时应应力力，所所以以，弹弹性性及及消消除除弹弹性性影影响响所所需需要要的的时时间间，就就变变得得很很重重要要。高高粘粘性性的的玻玻璃璃具具有有弹弹性性，虽虽然然其其弹弹性性系系数数比比处处于于固固体体状状态态的的弹弹性性系系数数小小若若干干数数量量级级，但但如如果果应应力力作作用

32、用过过快快，粘粘滞滞的的玻玻璃璃也也可可能能发发生生脆脆裂裂。在在成成形形的的低低温温阶阶段段，弹弹性性的的作作用用更更明明显显。弹弹性性大大的的玻玻璃璃能能抵抵抗抗较较大大的的温温度度差差，可可减减少少缺缺陷陷的的发生。发生。比热、热导率、表面辐射强度和透热性比热、热导率、表面辐射强度和透热性玻玻璃璃成成形形时时的的冷冷却却速速度度决决定定于于外外界界的的冷冷却却条条件件，也也和和玻玻璃自身的比热、热导率、表面辐射强度和透热性有关。璃自身的比热、热导率、表面辐射强度和透热性有关。玻玻璃璃的的比比热热决决定定着着它它在在成成形形过过程程中中放放出出的的热热量量，随随着着温温度度的的下下降降玻玻

33、璃璃的的比比热热减减小小，在在高高温温下下硅硅酸酸盐盐玻玻璃璃的的比比热热变变化化不不大大。玻玻璃璃的的热热导导率率、表表面面辐辐射射强强度度与与透透热热性性愈愈大大，玻璃的冷却速度愈快，成形的速度也就愈快。玻璃的冷却速度愈快，成形的速度也就愈快。热热膨膨胀胀系系数数，对对成成形形的的允允许许公公差差及及模模型型的的尺尺寸寸有有影影响响。此外，对封接玻璃、套料玻璃也要求膨胀系数相匹配。此外，对封接玻璃、套料玻璃也要求膨胀系数相匹配。玻璃的成形制度玻璃的成形制度成成形形制制度度的的确确立立，首首先先要要了了解解玻玻璃璃在在不不同同成成形形方方法法中中的的热热传传递递状状况况，计计算算其其冷冷却却

34、速速度度T/t，再再得得出出硬硬化化速速率率/t，最最后后根根据据硬硬化化曲曲线线(/t)和和冷冷却却曲线曲线(T/t)确定每个工序的温度和持续时间。确定每个工序的温度和持续时间。玻璃成形过程中的热传递玻璃成形过程中的热传递100090080010mm10mm600500玻玻 璃璃铸铸 铁铁玻玻璃璃液液与与模模型型内内表表面面接接触触时时，温温度度骤骤冷冷，体体积积收收缩缩，制制品品脱脱离离模模型型，并并被被导导热热较较差差的的空空气气层层填填充充。此此时时，玻玻璃璃内内层层热热量量向向表表层层迅迅速速传传递递，玻玻璃璃表表面面又又迅迅速速升升温温、变变软软，这这种种现现象象称称为为“重重热热

35、”。玻玻璃璃又又与与模模型型接接触触，再再次次出出现现强强烈烈的的热热传传递递，反反复复前前面面过过程程。因因此此，玻玻璃璃制制品品表表面面与与模模型型的的热热传传递递，是是冷冷却却重重热热反反复复地地进进行行，这这种种热热传传递递随随时时间间而而衰衰减减，即即临临界界层层的的热阻随时间而增大。热阻随时间而增大。综综上上所所述述，玻玻璃璃传传递递到到模模型型的的热热流流，主主要要决决定定于于玻玻璃璃表表面面的的温温度度、模模型型内内表表面面的的温温度度以以及及玻玻璃璃与与模模型型间间的的热热阻阻。而而这这种种热热阻阻又又与与玻玻璃璃的的粘粘度度及及把把玻玻璃璃压压向向模模型型的的压压力力有有关

36、关，也也和和模模型型表表面面粗粗糙糙度度和和沉沉积积物物有有关关。因因此此，要要控控制制好好这这种种热热传传递递，就就要要：稳稳定定玻玻璃璃的的性性质质（粘粘度度、热热性性能能）；控控制制玻玻璃璃的的表表面面温温度度、模模具具的的表表面面温温度度和和模模具具内内表表面面的的性能，以及成形时所用的压力。性能，以及成形时所用的压力。玻璃质量玻璃质量m的冷却时间的冷却时间t式中：式中：m玻璃质量；玻璃质量；T1玻璃制品成形开始的温度；玻璃制品成形开始的温度；T2成形终了温度；成形终了温度；K计算系数，计算系数，K=SC/mcp 玻璃冷却速度玻璃冷却速度温度温度-时间曲线时间曲线 粘度粘度-温度曲线温

37、度曲线计计算算玻玻璃璃制制品品成成形形过过程程中中冷冷却却所所需需要要的的时时间间，并并可可绘绘制制成成玻玻璃璃的的温温度度-时时间间曲曲线线，结结合合粘粘度度-温温度度曲曲线线，可可进进一一步步绘绘制制成成玻玻璃璃的的粘粘度度-时时间间曲曲线线，即即玻玻璃璃的的硬硬化化曲曲线线。结结合实际参数，就可以制定出相应的成形制度。合实际参数，就可以制定出相应的成形制度。成形制度的确定成形制度的确定 成成形形粘粘度度范范围围 与与成成形形方方法法、玻玻璃璃的的颜颜色色和和配配方方等等有关。一般有关。一般工业玻璃的成形粘度范围为工业玻璃的成形粘度范围为103-107Pas。成成形形阶阶段段持持续续时时间

38、间 可可以以根根据据玻玻璃璃的的粘粘度度-时时间间曲曲线来确定线来确定。模模型型的的温温度度 成成形形之之前前模模型型应应加加热热到到适适当当的的操操作作温温度度。为为了了维维持持稳稳定定的的操操作作温温度度，模模型型从从玻玻璃璃中中吸吸取取的热量和散失到冷却介质中的热量必须相等。的热量和散失到冷却介质中的热量必须相等。1959年年英英国国人人阿阿拉拉斯斯泰泰尔尔皮皮尔尔金金顿顿爵爵士士发发明明；浮浮法法玻玻璃璃的的成成形形原原理理是是让让处处于于高高温温熔熔融融状状态态的的玻玻璃璃液液浮浮在在比比它它重重的的金金属属液液表表面面上上，受受重重力力、表表面面张张力力作作用用使使玻玻璃璃具具有有

39、光光洁洁平平整整的的表表面面，并并在在其其后后的的冷冷却却硬硬化化过过程程中中加加以以保保持持，则则能能生生产产出出接接近近于于抛抛光光表表面面的的平平板板玻玻璃璃。英英国国皮皮尔尔金金顿顿、美美国国PPG、中国洛阳玻璃被称为世界三大浮法玻璃工艺。、中国洛阳玻璃被称为世界三大浮法玻璃工艺。浮法玻璃成形浮法玻璃成形浮法玻璃生产线浮法玻璃生产线 洛洛玻玻始始建建于于1956年年，经经过过40多多年年的的建建设设和和发发展展，已已成成为为集集科科研研开开发发、生生产产经经营营、进进出出口口贸贸易易、金金融融、证证券券于于一一体体的的大大型型企企业业集集团团，拥拥有有国国家家级级技技术术中中心心和和集

40、集团团财财务务公公司司，总总资资产产41.6亿亿元元人人民民币币，是是世世界界三三大大浮浮法法玻玻璃璃工工艺艺之之一一 洛洛阳阳浮浮法法的的诞诞生生地地，是是目目前前国国内内唯唯一一一一家家同同时时具具备备0.5525生生产产能能力力的的大大型型玻玻璃璃制制造造企企业业，公公司司现现拥拥有有13条条现现代代化化的的浮浮法法玻玻璃璃生生产产线线，年年产产多多种种色色调调、多多种种规规格格的的优优质质浮浮法法玻玻璃璃2000多万重量箱。多万重量箱。洛阳浮法玻璃洛阳浮法玻璃 用作玻璃液的浮抛金属液必须具备以下条件：用作玻璃液的浮抛金属液必须具备以下条件：在在1050温度下的密度要大于玻璃。温度下的密

41、度要大于玻璃。金金属属的的熔熔点点低低于于600，沸沸点点高高于于1050，l000左右的蒸气压应尽可能低。左右的蒸气压应尽可能低。在在1000左左右右温温度度下下，不不与与玻玻璃璃发发生生化化学学反反应。应。浮抛介质的选择浮抛介质的选择 能能满满足足以以上上条条件件的的金金属属有有镓镓、铟铟、锡锡三三种种，其其中中锡锡最最便便宜宜、无无毒毒，所所以以选选用用锡锡液液作作为为浮浮抛抛介介质质。但但它它易易被被氧氧化化成成SnO、SnO2或或与与硫硫反反应应生生成成SnS，所所以以，要要用用还还原原性性气气体体进进行行保保护护，一一般般用用氮氮气气加加氢氢气气作作为为保保护护气气体体。保保护护气

42、气体体中中即即使使有有很很微微量量的的氧氧都都会会使使锡锡液液恶恶化化，导导致致玻玻璃璃下下表表面面产产生生雾雾点点、沾锡、彩虹等缺陷。沾锡、彩虹等缺陷。浮法玻璃的平衡厚度浮法玻璃的平衡厚度 玻玻璃璃液液摊摊平平在在锡锡液液上上有有玻玻璃璃液液表表面面上上的的表表面面张张力力，锡锡液液面面上上的的表表面面张张力力和和玻玻璃璃-锡锡液液面面上上的的表表面面张张力力。当当重重力力及及表表面面张力相张力相平衡平衡时，玻璃的厚度可计算：时，玻璃的厚度可计算：d玻璃带的平衡厚度玻璃带的平衡厚度 g、g t、t 表面张力表面张力；g、t玻璃、锡液的密度玻璃、锡液的密度 高高温温锡锡液液面面上上的的玻玻璃璃

43、液液，在在没没有有外外力力作作用用的的条条件件下下，重重力力和和表表面面张张力力达达到到平平衡衡时时玻玻璃璃带带的的厚厚度度有有一一个个固固定定值值，称为平衡厚度，约为称为平衡厚度，约为7mm。在在高高温温下下玻玻璃璃液液的的粘粘度度小小（约约103Pas），表表面面张张力力能能充充分分发发挥挥作作用用。浮浮在在锡锡液液上上的的玻玻璃璃带带，横横向向没没有有约约束束力力，当当纵纵向向拉拉力力增增加加时时，宽宽度度缩缩小小，而而厚厚度度改改变变不不大大。即即使使利利用用拉拉边边器器暂暂时时保保持持宽宽度度，玻玻璃璃带带短短期期被被拉拉薄薄，随随后后又又会会在在表表面面张张力力的的作作用用下下，缩

44、缩小小宽宽度度，厚厚度度只只回回到平衡厚度，这就是表面张力的增厚作用。到平衡厚度，这就是表面张力的增厚作用。只只有有当当玻玻璃璃的的温温度度下下降降到到使使粘粘度度达达到到105Pas左左右右时时，这种增厚作用才会大大减弱。这种增厚作用才会大大减弱。表面张力的增厚作用表面张力的增厚作用在在玻玻璃璃带带的的700-856处处设设置置拉拉边边器器，并并以以一一定定的的速速度度自转自转，其线速度，其线速度小于小于拉引辊的拉引速度。拉引辊的拉引速度。采采用用拉拉边边辊辊后后，玻玻璃璃的的厚厚度度同同拉拉引引速速度度有有一一定定的的对对应关系，玻璃愈薄，拉引速度应愈大。应关系，玻璃愈薄，拉引速度应愈大。

45、玻璃的拉薄玻璃的拉薄浮法成形的工艺制度浮法成形的工艺制度 v玻璃液通过坎式宽流槽流入锡槽，温度约玻璃液通过坎式宽流槽流入锡槽，温度约1100。v摊平抛光区摊平抛光区，温度在，温度在1050-900，玻璃液粘度为，玻璃液粘度为102.7-103.2Pas。v徐冷区徐冷区，温度由，温度由900降至降至850，玻璃液粘度从，玻璃液粘度从103.2Pas变为变为104.25Pas。v拉薄区拉薄区，温度从，温度从850降至降至700，玻璃液粘度为，玻璃液粘度为104.25-105.75 Pas。v硬化区硬化区，温度从，温度从700降至降至650600，玻璃的，玻璃的粘度为粘度为105.751010Pas

46、 4.玻璃的退火玻璃的退火 玻玻璃璃的的退退火火是是指指消消除除玻玻璃璃制制品品在在成成形形或或热热加加工工后后残残留留在在制制品品内内的的永永久久应应力力的的过过程程，其其目目的的是是防防止炸裂和提高玻璃的机械强度。止炸裂和提高玻璃的机械强度。玻璃的热应力玻璃的热应力玻璃中由于温差而产生的内应力称为热应力。玻璃中由于温差而产生的内应力称为热应力。暂暂时时应应力力 在在温温度度低低于于应应变变点点时时，玻玻璃璃处处于于弹弹性性变变形形温温度度范范围围（脆脆性性状状态态），在在经经受受不不均均匀匀的的温温度度变变化时会产生热应力化时会产生热应力永永久久应应力力 当当玻玻璃璃内内温温度度梯梯度度消

47、消失失，表表面面与与内内部部温温度皆为常温时，内部残留的热应力，称为永久应力度皆为常温时，内部残留的热应力，称为永久应力 玻璃热应力的消除玻璃热应力的消除玻玻璃璃在在应应变变点点附附近近属属粘粘弹弹性性体体(伯伯格格斯斯体体)，既既具具有有弹弹性性也也具具有有粘粘性性。因因此此，应应力力可可以以得得到到消消除除(松松弛弛)。应应力消除的速度可用下列方程式表示：力消除的速度可用下列方程式表示：式中：式中：F应力；应力；t时间；时间；M比例常数，与粘度有关。比例常数，与粘度有关。玻璃的允许应力玻璃的允许应力 玻璃种类玻璃种类允许光程差允许光程差（nm/cm）玻璃种类玻璃种类允许光程差允许光程差（n

48、m/cm）光学玻璃精密退火光学玻璃精密退火2-5镜玻璃镜玻璃30-40光学玻璃粗退火光学玻璃粗退火10-30空心玻璃空心玻璃60望远镜反光镜望远镜反光镜20玻璃管玻璃管120平板玻璃平板玻璃20-95瓶罐玻璃瓶罐玻璃50-400玻璃的退火工艺制度玻璃的退火工艺制度退退火火温温度度 为为了了消消除除玻玻璃璃中中的的永永久久应应力力，加加热热到到低低于于玻玻璃璃转转变变温温度度Tg附附近近的的某某一一温温度度，使使应应力力松松弛弛。这这个个温温度度称称为为退火温度退火温度退退火火上上限限温温度度 相相当当于于粘粘度度1012Pas的的温温度度，在在该该温温度度下经过下经过3分钟能消除应力分钟能消除

49、应力95退退火火下下限限温温度度 相相当当于于粘粘度度1013.5Pas的的温温度度，在在该该温温度下经度下经3分钟只能消除应力分钟只能消除应力5最高退火温度至最低退火温度之间称为最高退火温度至最低退火温度之间称为退火温度范围退火温度范围 玻璃退火工艺过程玻璃退火工艺过程 温度时 间加热阶段加热阶段：在退火窑中，把在退火窑中，把玻璃制品加热到退火温度。玻玻璃制品加热到退火温度。玻璃在加热时，其表面层受压应璃在加热时，其表面层受压应力，内层受张应力。由于玻璃力，内层受张应力。由于玻璃的抗压强度约是其抗张强度的的抗压强度约是其抗张强度的10倍，所以，加热速度可以较倍，所以，加热速度可以较快。但在加

50、热过程中温度梯度快。但在加热过程中温度梯度所产生的暂时应力与固有的永所产生的暂时应力与固有的永久应力之和不能大于其抗张强久应力之和不能大于其抗张强度极限，否则将发生破裂。度极限，否则将发生破裂。保温阶段保温阶段：主要目的是消除主要目的是消除快速加热时制品存在的温度梯快速加热时制品存在的温度梯度，并消除制品中所固有的内度，并消除制品中所固有的内应力。这一阶段的主要参数是应力。这一阶段的主要参数是退火温度和在此温度下的保温退火温度和在此温度下的保温时间。退火温度可由计算或测时间。退火温度可由计算或测定求得。定求得。慢冷阶段慢冷阶段：在玻璃中原有在玻璃中原有应力消除后，必须防止在降应力消除后，必须防