玻璃工藝學1第一節概述定義：玻璃的成形，是指熔融玻璃轉變為具有固定幾何形狀制品的過程。是極其復雜的多種性質不同作用的綜合。其中，機械的和熱的作用具有重要的意義。成形的兩個過程：1、成形：賦予制品以一定的幾何形狀決定因素：玻璃的流變性。即粘度、表面張力、可塑性、彈性以及這些性質的溫度變化特征。2、定形：制品的形狀固定下來決定因素：玻璃的熱性質和周圍介質影響下玻璃的硬化速度。第九章玻璃的成形玻璃工藝學2分類：玻璃的熱塑成形（本章內容）玻璃的冷成形，包括物理成形（研磨和拋光）、化學成形（高硅氧的微孔玻璃）。也稱為玻璃的冷加工。成形的方法：1、吹制法（瓶罐類）2、壓制法（煙缸、玻璃杯）3、壓延法（壓花玻璃）4、澆注法（光學玻璃）5、拉制法（平板玻璃）6、燒結法（泡沫玻璃）7、噴吹法（玻璃微珠）8、浮法（平板玻璃）9、焊接法（儀器玻璃）玻璃工藝學3

玻璃性質對成形的作用：在玻璃的成形和定形過程中，最有作用的性質是玻璃的粘彈性（粘度、表面張力和彈性性能）和熱學性質（熱傳導系數、比熱、熱膨脹系數、玻璃的透光系數、輻射系數和熱交換系數）。在眾多的性質中，粘度和表面張力其著最重要的作用。1、玻璃粘度在玻璃制品的生產中，成形過程的兩個階段都是利用玻璃的粘度。玻璃成形加工時的工作粘度范圍（P）：玻璃吸料：102人工挑料：102.5～103

平板玻璃引上法：102.8～103玻璃纖維：103玻璃管：104壓制制品：104容器玻璃：103～107.65玻璃燈工：105～1010

玻璃工藝學42、表面張力（1）玻璃的表面張力在高溫時作用速度快，而在低溫或高粘度時作用緩慢；（2）表面張力使自由的玻璃液滴成為球形。（3）玻璃的吹制，玻璃纖維、玻璃管和平板玻璃拉制中，表面張力的作用也很大。（4）爆口和烘口時，表面張力使邊緣變圓。（5）玻璃顆粒燒結時，表面張力和粘度同時起著重要的作用。（6）表面張力的不良影響。3、熱學性質

是成形過程中影響熱傳遞的重要因素，對玻璃的冷卻和硬化以及成形的溫度制度關系極大。（1）玻璃的比熱；（2）玻璃的導熱、表面輻射強度與透熱性；（3）玻璃的熱膨脹或熱收縮。玻璃工藝學5第二節成形制度成形的定義：玻璃的成形制度是指在成形各階段的粘度--時間（η-t）或溫度--時間（T-t）制度。粘度--溫度（η-T）曲線與玻璃的成形制度間的關系：粘度--溫度（η-T）曲線與組成；溫度--時間（T-t）曲線與工藝。成形制度：玻璃的成形方法不同，其成形制度也不相同。成型制度確定的兩個決定因素：（1）工藝因素：成形方法決定成形時間（即溫度—時間曲線）（2）組成因素：組成決定其粘溫特性

玻璃工藝學6成形制度的確定：1．成形粘度范圍在玻璃液成形粘度范圍內易于成形，有一定冷卻硬化速度，又不產生析晶等缺陷，一般工業玻璃液的成形粘度范圍為102～106Pa·s。不過成形開始所需的粘度還和許多因素有關，如成形方法、玻璃的顏色和配方、制品的造型和質量等。成形開始粘度大致在101.5～104Pa·s，燈泡玻璃約為101.5Pa·s，平板玻璃為102.5～103Pa·s，，壓制和拉管為103～104Pa·s。成形終了粘度為105～107Pa·s。2．成形各階段的持續時間從理論上說可以根據玻璃的粘度一時間曲線來確定。即按成形粘度范圍（△η）得出總的持續時間（△t）。實際過程要復雜得多，特別是在用模子成形的自動吹制機上。各工位的溫度和持續時間與玻璃的熱傳遞密切相關，需要經過反復試驗測試確定。玻璃工藝學7

3．模型的溫度制度

模型的溫度制度也是成形制度的一個重要方面，在成形之前模型應加熱到適當的操作溫度。在成形過程中，模型從玻璃中吸取并積蓄熱量，同時因輻射和對流又將熱量傳遞給模外的冷卻介質。為了維持穩定的操作溫度，模型從玻璃中吸取的熱量和散失到冷卻介質中的熱量必須相等，這樣，模型的外表面和距外表面一定距離的模壁處，溫度應當穩定。實驗數據說明，在距離模型內表1cm處，其溫度波動已不顯著，模具的厚度一定要大于溫度波動厚度的50％或1倍左右，使溫度波動層外有足夠的等溫傳熱帶，以保持模具溫度制度穩定。

玻璃工藝學8第三節成形方法

1、人工成形：2、機械成形：日用玻璃建筑玻璃玻璃管玻璃纖維光學玻璃玻璃工藝學9三．吹制成形分人工吹制和機械吹制。人工吹制因產量低，勞動強度大，目前除吹制少量工藝美術品和少量大件產品外已很少用．而以各種自動化機械吹制為主。有代表性的制瓶機有：歐文斯制瓶機:利用抽氣減壓原理將玻璃液吸入雛形模內。林取自動制瓶機：由供料機將一定形狀和質量的料滴，有規律地滴入制瓶的雛形模內。這些制瓶機為了連續裝料，它們的模子均隨著工作臺一起轉動，圖l－6－24和圖1－6－25為林取10型制瓶機的成形過程和生產流程示意圖。該機生產效率和成品率高。缺點是機器占地面積大，部件易磨損，換模及檢修時要停機等。玻璃工藝學10玻璃工藝學11行列式制瓶機：由各個獨立的分部排列起來，組成的每一分部具有一個雛形模和一個成形模。因此當一分部檢修換模時，其他分部仍繼續生產，勿須全部停車。在料滴質量相同的條件下，可以同時生產幾種大小高低不同的瓶罐。機器無轉動部件，機件不易損壞，操作平穩安全。缺點是料滴經過金屬導管溜到各機組雛形模時，溫度不均勻，易造成制品厚薄不均。四、拉制成形此法適用于成形各種板材和管材，其作用原理是對粘流狀態的玻璃施加拉力，使其變薄，并在不斷的變形中得到冷卻而定形。（一）平板玻璃的垂直拉制法1.類型1)有槽垂直引上法2)有槽垂直引上法3)對輥法(旭法)玻璃工藝學122.原理在液面保持一條均勻拉力，在板的兩個邊部加強冷卻，造成一個半固化的邊，加上板面兩側的兩片大水包的冷卻作用，使整個板面固化，以抵抗縱向拉引時板面的橫向收縮。玻璃板表層硬化，深層還較軟時，在拉引力和重力的作用下不斷變薄，最后定形，并在垂直引上機中進行退火切割成片。

3.垂直引上法的優缺點優點:生產品種多，引上機機膛同時又是退火設備，占地面積小，容易控制。缺點:有槽法生產的玻璃有波筋、線道等缺陷，經常為清理槽口的結晶，更換槽子磚等而停產，所以這種方法正在被淘汰。無槽垂直引上法和對輥法是對有槽法的一種改進，但總的來說，拉制法生產的玻璃平整度較差，波筋、條紋等缺陷很難完全避免，因此，近年來很少發展。玻璃工藝學13玻璃工藝學14（二）玻璃管的拉制

玻璃管的拉制分水平拉制和垂直引上（或引下）兩類方法。1.水平拉制一般采用丹納法，圖1-6－27為丹納法水平技管機的作業示意圖。玻璃工藝學15玻璃液從池窯的工作部經流槽流出，由閘板控制其流量，流出的玻璃液呈帶狀落繞在耐火材料制成的旋轉管上。旋轉管上端直徑大，下端小，并以一定的傾斜角裝在機頭上，由中心鋼管連續送入空氣，旋轉管以凈化煤氣加熱。在不停地旋轉下，玻璃液從上端流到下端形成管根，管根被拉成玻璃管，經石棉輥道引入拉管機中，拉管機的上下兩組環鏈夾持玻璃管，使之連續拉出，并按一定長度截斷。垂直拉引法一般用來生產厚壁管，其生產的原理和垂直引上平板玻璃類似。此法可拉制外徑2～70mm的玻管，主要用以生產安瓿瓶、日光燈、霓紅燈等的薄壁玻璃管。玻璃工藝學16五、浮法生產平板玻璃

浮法是指玻璃液漂浮在熔融金屬表面上生產平板玻璃的方法。它是英國皮爾金頓公司經30年的研究，在1959年進入工業生產的。其優點是玻璃質量高（接近或相當于機械磨光玻璃），拉引速度快，產量大，厚度可控制在1．7～30mm，寬度目前可達5．6m，便于生產自動化。浮法玻璃的問世是世界玻璃生產發展史上的一次重大變革，它正在逐步取代平板玻璃的各種拉制法生產方式。浮法玻璃的成形原理是讓處于高溫熔融狀態的玻璃液浮在比它重的金屬液表面上，受表面張力作用使玻璃具有光潔平整的表面，并在其后的冷卻硬化過程中加以保持，則能生產出接近于拋光表面的平板玻璃。圖1-6一28為浮法玻璃生產示意圖。浮法玻璃的生產原理看似簡單，但卻是在解決了一系列技術問題后才得以實現的。玻璃工藝學17玻璃工藝學18（一）浮拋介質的選擇用作玻璃液的浮拋金屬液必須具備以下條件：1．在1050℃溫度下的密度要大于玻璃。2．金屬的熔點低于600℃，沸點高于1050℃，1000℃左右的蒸氣壓應盡可能低。3．在1000℃左右溫度下，不與玻璃發生化學反應。能滿足以上條件的金屬有鎵、銦、錫三種，其中錫最便宜、無毒，所以選用錫被作為浮拋介質。但它易被氧化成SnO、SnO2或與硫反應生成SnS，所以，要用還原性氣體進行保護，一般用氮氣加氫氣作為保護氣體。保護氣體中即使有很微量的氧都會使錫液惡化，導致玻璃下表面產生霧點、沾錫、彩虹等缺陷。玻璃工藝學19（二）玻璃厚度的控制

如何控制玻璃厚度是浮法生產平板玻璃的關鍵。生產厚度大于6mm的玻璃比較容易，主要是限制玻璃帶自由變寬，可在錫槽攤平拋光區設石墨擋邊器來限制玻璃寬度，如果同時加大玻璃液的供給量，并調整拉引速度，就可以生產6～30mm厚的玻璃。但要生產厚度小于6mm的各種玻璃就比較困難。因為玻璃在錫液上自由攤平，有一個平衡厚度。即使再加大拉力，厚度變化也不大，但寬度卻大大減小。如拉力過大，玻璃帶會被拉斷。要解決浮法玻璃拉薄問題，首先要了解有關平衡厚度和表面張力的增厚作用，才能了解浮法玻璃技薄的方法。1．浮法玻璃的平衡厚度高溫錫液面上的玻璃液（1050℃），在沒有外力作用的條件下，重力和表面張力達到平衡時玻璃帶的厚度有一個固定值，稱為平衡厚度，約為7mm，見圖1-6－29。玻璃工藝學20

玻璃液攤平在錫液上有三個界面和三個相應的界面張力，玻璃液表面上的表面張力σg，錫液面上的表面張力σt和玻璃一錫液面上的表面張力σgt。當重力及表面張力相平衡時，玻璃的厚度可由下式計算：玻璃工藝學21式中：d——玻璃帶的平衡厚度，cm；ρg——玻璃的密度，g／cm3；ρt——錫液的密度，g／cm3；g——重力加速度，cm／s2。在有拉引輥的拉引力作用下，玻璃的厚度小于7mm，約為5．7～6.3mm，6．3mm厚度稱為在有拉引力作用下的平衡厚度。

2．玻璃表面張力的增厚作用在高溫下玻璃液的粘度小（約103Pa·s），表面張力能充分發揮作用。浮在錫液上的玻璃帶，橫向沒有約束力，當縱向拉力增加時，寬度縮小，而厚度改變不大。即使利用拉邊器暫時保持寬度，玻璃帶短期被拉薄，隨后又會在表面張力的作用下，縮小寬度，厚度又回到平衡厚度，這就是表面張力的增厚作用。玻璃工藝學22只有當玻璃的溫度下降到使粘度達到105Pa·s左右時，這種增厚作用才會大大減弱。這是由于溫度降低使玻璃的粘度迅速增大，而表面張力則增加不多，巨大的粘滯力使表面張力難以發揮作用，因此，當有拉邊器作用時，在強大的拉力下就可使玻璃變薄。3．玻璃拉薄從以上分析可見要拉薄玻璃，必須在玻璃帶的856～700℃處設置拉邊器。拉邊器用石墨輥或與玻璃不沾連的金屬輥制成。拉邊輥成對地設在玻璃板的兩側，設置對數的多少與所拉的板厚有關，如板厚為5mm，3mm、2.5mm，相應的拉邊輥對數為1對、4對、5對。如拉引3m