6讲玻璃的成型和退火_材料工艺学(精品).ppt

《6讲玻璃的成型和退火_材料工艺学(精品).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《6讲玻璃的成型和退火_材料工艺学(精品).ppt（24页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、黄黄 朝朝 晖晖材料学院（测试楼材料学院（测试楼118办公室）办公室）电话：电话：82322186，13520265868E-mail:玻璃的成型和退火玻璃的成型和退火 第四节第四节 玻璃熔体的成形与退火玻璃熔体的成形与退火 玻玻璃璃熔熔体体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球球）、拉拉制制法法（窗窗用用玻玻璃璃、玻玻璃璃管管、玻玻璃璃纤纤维维等等）、离离心心法法（玻玻璃璃棉棉等等）、喷喷吹吹法法（玻玻璃璃珠珠、各各

2、种种耐耐火火空空心球）、心球）、浮法（浮法（板玻璃等）板玻璃等）、焊接法、焊接法（仪器玻璃）等。（仪器玻璃）等。成成形形后后的的制制品品都都存存在在着着复复杂杂的的热热应应力力，要要经经退退火火工工序序才才能能消消除除。本本节节着着重重介介绍绍玻玻璃璃的的成成形形性性质质、成成形形制制度度的的制制定定、压压制制、吹吹制、拉制、浮法制、拉制、浮法等等重要成形方法和玻璃的退火重要成形方法和玻璃的退火。一、玻璃的主要成形性质一、玻璃的主要成形性质（一）粘度：（一）粘度：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，可可以以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

3、复复达达到到所所需需的的成成形形粘粘度度，可可进进行行局局部部的的反反复复加加工工，以以制制造造复复杂杂的制品的制品。（二）表面张力（二）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中中能能自自然然得得到到圆圆形形；在在爆爆口口和烘口和烘口时，表面张力能使时，表面张力能使边缘变圆边缘变圆。（三）弹性（三）弹性 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（即即较较小小的的应应力力较较大大的的应应变变）能能抵抵抗抗较大的温度差较大的温度差，可，可减少缺陷的发生减少缺陷的发生

4、。三、吹制成形（三、吹制成形（blow process）分分人人工工吹吹制制和和机机械械吹吹制制。人人工工吹吹制制因因产产量量低低，劳劳动动强强度度大大，目目前前除除吹吹制制少少量量工工艺艺美美术术品品和和少少量量大大件件产产品外品外已很少用，而以各种自动化机械吹制为主。已很少用，而以各种自动化机械吹制为主。林取林取1010型制瓶机成型过程示意图型制瓶机成型过程示意图1-接受料滴；2-真空吸口及补气；3-倒吹气；4-雏形模翻转；5-雏形模微开进行更热；6-移入成型模；7-料泡在成型模中；8-吹气成型；9-成品钳出四四、拉拉制制成成形形（drawing process）：此此法法适适用用于于成成

5、形形各各种种板板材材和和管材。管材。（一）平板玻璃的（一）平板玻璃的垂直拉制垂直拉制法法 20世世纪纪初初比比利利时时人人弗弗克克发发明明平平板板玻玻璃璃有有糟糟引引上上法法，后后来来美美国国发发展展为为无无槽槽垂垂直直引引上上法法。1972年年日日本本旭旭玻玻璃璃公公司司改改造造为为对对辊辊法法，见图。它们的基本原理大致相同见图。它们的基本原理大致相同。垂直引上法生产平板玻璃示意图垂直引上法生产平板玻璃示意图1-通路；2-小眼；3-大梁；4-辅助冷却器；6-槽子砖；7-板眼；8-齿墙；9-石棉辊；10-鱼鳞板；11-引上机；12-原板；13-角铁；14-桥砖；15-端墙；16-L型砖；17-

6、引砖；18-冷却器；19-八字水包；20-槽钢；21-石棉辊；22-吊平碹；23-玻璃液；24-转动式成型辊；25-辐射热挡板；26-冷却器；27-原板；28-石棉辊；29-缝隙（二）玻璃管的拉制（二）玻璃管的拉制 玻玻璃璃管管的的拉拉制制分分水水平平拉拉制制和和垂垂直直引引上上（或或引下）两类方法。引下）两类方法。水水平平拉拉制制见见示示意意图图。此此法法可可拉拉制制外外径径270mm的的玻玻璃璃，主主要要用用以以生生产产日日光光灯灯、霓霓红红灯灯等和薄壁玻璃等和薄壁玻璃管。管。丹纳拉管法示意图丹纳拉管法示意图五、浮法生产平板玻璃五、浮法生产平板玻璃 浮浮法法是是指指玻玻璃璃液液漂漂浮浮在在

7、熔熔融融金金属属表表面面上上生生产产平平板板玻玻璃璃的的方方法法。它它是是英英国国皮皮而而金金顿顿公公司司经经30年年的的研研究究，在在1959年进入工业生产的。年进入工业生产的。优优点点：玻玻璃璃质质量量高高（接接近近或或相相当当于于机机械械磨磨光光玻玻璃璃），产产量量大大，拉拉引引速速度度快快，厚厚度度可可控控制制在在1.730mm。宽宽度度目目前前可可达达5.6m，便便于于生生产产自自动动化化。浮浮法法玻玻璃璃的的问问世世是是世世界界玻玻璃璃生生产产史史上上的的一一次次重重大大变变革革，它它正正在在取取代代平平板板玻玻璃璃的的其他生产方式。其他生产方式。浮法玻璃的成形原理：浮法玻璃的成形

8、原理：让处于让处于高温熔融状态高温熔融状态的的玻璃液浮玻璃液浮在比在比它重的金属液表面上，受它重的金属液表面上，受表面张力作用表面张力作用使使玻璃具有玻璃具有光洁平整光洁平整的表面，并在其后的冷的表面，并在其后的冷却硬化过程中加以保持，则能生产出接近却硬化过程中加以保持，则能生产出接近于于抛光表面的抛光表面的平板玻璃。平板玻璃。下图为生产示意图。浮法玻璃的生产下图为生产示意图。浮法玻璃的生产原理原理看似简单看似简单，它是在，它是在解决解决了了一系列技术一系列技术问题后才得以实现的。问题后才得以实现的。浮法生产示意图浮法生产示意图1-流槽；2-玻璃液；3-顶盖；4-玻璃带；5-锡液；6-槽底；7

9、-保护气管道；8-拉边辊；9-过渡辊台；10-胸墙；11-闸板（一）浮抛介质的选择（一）浮抛介质的选择 用作玻璃的浮抛金属液必须具备以下条件：用作玻璃的浮抛金属液必须具备以下条件：1.1.在在10501050温度下温度下的的密度要大于玻璃。密度要大于玻璃。2.2.金金属属熔熔点点低低于于600600，沸沸点点高高于于10501050，10001000左左右右的蒸气压应的蒸气压应尽可能低尽可能低。3.3.在在10001000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。能能满满足足以以上上条条件件的的金金属属镓镓、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

10、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SnOSnO、SnOSnO2 2、或或与与硫硫反反应应生生成成SnSSnS，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点、沾锡、彩虹雾点、沾锡、彩虹等缺陷。等缺陷。（二）玻璃厚度的控制（二）玻璃厚度的控制 如如何何控控制制玻玻璃璃厚厚度度是是浮浮法法生生产产平平板板玻玻璃璃的的关关键键。生生产产厚厚度度大大于于6mm的的玻玻璃璃比比较较

11、容容易易，主主要要是是限限制制玻玻璃璃带带自自由由变变宽宽，在在锡锡槽槽摊摊平平抛抛光光区区设设石墨挡边器石墨挡边器来来限制限制玻璃玻璃宽度宽度。如如果果同同时时加加大大玻玻璃璃液液供供给给量量，并并调调整整拉拉引引速速度度，就可以生产，就可以生产630mm厚的玻璃厚的玻璃。生生产产厚厚度度小小于于6mm的的各各种种玻玻璃璃比比较较困困难难。因因为为玻玻璃璃在在锡锡液液上上自自由由摊摊平平，有有一一个个平平衡衡厚厚度度。即即使使更更加加大大拉拉力力，厚厚度度变变化化也也不不大大，但但宽宽度度却却大大大减小大减小。如拉力过大，玻璃带会被如拉力过大，玻璃带会被拉断拉断。要要解解决决浮浮法法玻玻璃璃

12、拉拉薄薄问问题题，首首先先要要了了解解有有关关平平衡衡厚厚度度和和表表面面张张力力的的增增厚厚作作用用，才才能能了了解解浮浮法法玻璃玻璃拉薄拉薄的方法。的方法。1.浮法玻璃的平衡厚度浮法玻璃的平衡厚度 高高温温锡锡液液面面上上的的玻玻璃璃液液（1050），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，称称为为平平衡衡厚厚度度，约约为为7mm，见见图图。在在有有拉拉引引力力的的作作用用下下，玻玻璃璃的的厚厚度度小小于于7mm，约约为为5.76.3mm，6.3mm厚厚度度称称为为在在有有拉拉引引力力作

13、作用用下下的平衡厚度。的平衡厚度。锡掖上玻璃液平衡厚度锡掖上玻璃液平衡厚度-500-500时时，玻璃液与锡液的浸润角，玻璃液与锡液的浸润角2.玻璃表面张力的增厚作用玻璃表面张力的增厚作用 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加时，增加时，宽度缩小宽度缩小，而，而厚度改变厚度改变不大。不大。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，缩缩小小宽宽度度，厚厚度度又又回到回到平衡厚度平衡厚度，这就是表面张力的，这就是表面张力的增厚作用增厚作用。只只有

14、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，这这种种增增厚厚作作用用才才会会大大大大减减弱弱。这这是是由由于于温温度度降降低低使使玻玻璃璃的的粘粘度度迅迅速速增增大大，而而表表面面张张力力则则增增加加不不多多，巨巨大大的的粘粘滞滞力力使使表表面面以以发发挥挥作作用用，因因此此，当当有有拉拉边边器器作作用用时时，在在强强大的拉力下就可使大的拉力下就可使玻璃变薄。玻璃变薄。（三三）浮浮法法成成形形的的工工艺艺制制度度徐徐冷冷法拉薄成形工艺图法拉薄成形工艺图（右）（右）（1）玻玻璃璃液液通通过过坎坎式式宽宽流流槽槽（spout）流流入入锡锡槽槽，温温度度约约110

15、0。（2）摊摊 平平 抛抛 光光 区区，温温 度度 在在1050900，玻玻 璃璃 液液 粘粘 度度 为为102.7103.2Pas。连连续续均均匀匀流流入入锡锡槽槽的的玻玻璃璃液液浮浮在在锡锡液液表表面面，摊摊平平并并被被抛抛光光，摊摊平平抛抛光光过过程程所所需需的的时间约为时间约为2min。（3）徐徐冷冷区区，温温度度由由900降降至至850，玻玻璃璃液液粘粘度度从从103.2Pas变变为为104.25Pas。徐冷拉薄法徐冷拉薄法（4）拉薄区：拉薄区：温温度度从从850降降至至700，玻玻璃璃液液粘粘度度下下降降。在在该该粘粘度度下下，表表面面张张力力使使玻玻璃璃变变厚厚作作用用已已不不明

16、明显显，受受拉拉力力作作用用玻玻璃璃易易于于伸伸展展变变薄薄，且且厚厚度度、宽宽度度几几乎乎按按比比例例减减小小。玻玻璃璃带带在在该该区区形形成成了了一一个个收收缩缩过过渡渡段段，或或称称为为变变形形区区。拉拉边边辊辊都都设设在在此区。此区。徐冷拉薄法徐冷拉薄法（5）硬化区：）硬化区：温温度度从从700 降降至至650600，玻玻璃璃的的粘粘度度迅迅速速增增加加，使使其其能能在在保保持持原原状状情情况况下下被被拉拉出出锡锡槽槽进入退火窑进入退火窑。如如锡锡槽槽出出口口温温度度偏偏高高，则则玻玻璃璃带带在在被被引引上上转转动动辊辊时时，会会出出现现塑塑性性变变形形。反反之之，如如温温度度过过低低

17、，则会则会断板断板，并使锡液的，并使锡液的氧化加剧氧化加剧。徐冷拉薄法徐冷拉薄法六、玻璃的退火六、玻璃的退火（一）定义与目的（一）定义与目的 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应力久应力的过程称为的过程称为退火退火。其其目目的的是是防防止止炸炸裂裂和和提提高高玻玻璃璃的的机机械械强强度度。熔熔铸铸耐耐火材料和铸石火材料和铸石等等成形后也都要成形后也都要经过退火经过退火。（二）玻璃的热应力（二）玻璃的热应力 玻玻璃璃中中由由于于温温差差而而产产生生的的内内力力称称为为热热应应力力，按按其其特特点分点分暂时应力暂时应力和和永久应力永久应力。（

18、三）玻璃中应力的消除（三）玻璃中应力的消除 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）。（四）各种玻璃的允许应力（四）各种玻璃的允许应力 事事实实上上，在在玻玻璃璃中中完完全全消消除除永永久久应应力力不不可可能能的的，因因为为在在应应变变点点附附近近降降温温时时，制制品品内内外外不不可可能能一一点点没没有有温温差差。只只要要那那时时温温差差存存在在，到到完完全全冷冷却却后后或或多多少少会会存存在在永永久久应应力。力。可可根根据据制制品品用用途途不不同同，制制定定一一个

19、个允允许许存存在在永永久久应应力力的的标标准准。据据此此标标准准来来掌掌握握退退火火要要求求。允允许许数数值值小小的的制制品品（如如光光学学玻玻璃璃）退退火火要要特特别别精精细细，保保温温时时间间要要长长，冷冷却却速度要速度要很慢很慢。（五）玻璃的退火工艺制度（五）玻璃的退火工艺制度（1 1）玻玻璃璃的的最最高高退退火火温温度度是是指指在在此此温温度度下下经经过过3 3分分钟钟能能消消除除应应力力95%95%，一一般般由由相相当当于于退退火火点点的的温温度度也也叫叫退退火上限温度火上限温度；最最低低退退火火温温度度是是指指在在此此温温度度下下经经3 3分分钟钟只只能能消消除除应力应力5%5%，也叫，也叫退火下限温度退火下限温度。最最高高退退火火温温度度至至最最低低退退火火温温度度之之间间称称为为退退火火温温度度范围范围。大部分器皿玻璃大部分器皿玻璃最高退火最高退火温度为温度为5502055020。玻璃制品退火的各个阶段玻璃制品退火的各个阶段-加热阶段；-保温阶段；慢冷阶段；-快冷阶段玻璃制品退火窑玻璃制品退火窑（a a）、（）、（b b）室式退火窑；（）室式退火窑；（c c）牵引式退火窑；（）牵引式退火窑；（d d）隧道式退火窑；）隧道式退火窑；（e e）立式退火窑；）立式退火窑；（f f）网带式退火窑；（）网带式退火窑；（g g）辊道式退火窑）辊道式退火窑