第三章

玻璃的表面處理表面化學(xué)侵蝕表面化學(xué)拋光表面化學(xué)蝕刻表面膠花（冰花）表面離子擴散與離子交換

3.1表面化學(xué)侵蝕利用腐蝕酸對玻璃的侵蝕作用溶掉玻璃表面層的硅氧，根據(jù)殘留鹽類溶解程度的不同，可得到有光澤的表面或無光澤的表面?；瘜W(xué)拋光:玻璃受到侵蝕,得到的是透明光滑的表面化學(xué)蒙砂(毛面蝕刻):得到的是半透明的毛面細線蝕刻:酸液對玻璃表面進行線條刻蝕，得到的是由線條構(gòu)成的花紋圖案或刻度。

3.1.1化學(xué)侵蝕機理：進一步反應(yīng)就會生成硅膠Si(OH)4,四氟化硅SiF4等。硅膠可繼續(xù)與氫氟酸反應(yīng)得到絡(luò)合氟硅酸：

Si(OH)4+6HF→H2SiF6+4H2O硅酸鹽玻璃表面的硅氧鍵或硅氧與其他離子所形成的鍵（如硅氧鈉鍵）。在受到HF酸的作用后，會發(fā)生鍵的斷裂。反應(yīng)如下：≡Si-O-Si≡+HF→≡Si-OH+≡Si-F≡Si-O-Na+HF→≡Si-OH+NaF

SiF4在一般條件下是氣態(tài)，但在氫氟酸溶液中來不及揮發(fā)，與氫氟酸繼續(xù)反應(yīng)也生成絡(luò)合氟硅酸：

3SiF4+3H2O═H2SiO3+2H2SiF6

SiF4+2HF═H2SiF6

氟硅酸與硅酸鹽水解產(chǎn)生的氫氧化物反應(yīng)就會得到氟硅酸鹽。如：

Na2SiO3+2H2O═NaOH+H2SiO3H2SiF6+2NaOH═Na2SiF6+2H2O

鈉、鉀、鉛、鈣、鎂玻璃與氫氟酸的反應(yīng)可以概括為：aNa2O?bK2O?cPbO?dCaO?eMgO?fSiO2+(2a+2b+2c+2d+2e+4f)HF═aNa2SiF6+bK2SiF6+cPbF2+dCaF2+eMgF2+[f-(a+b)]SiF4+(a+b+c+d+e+2f)H2O鉀鉛晶質(zhì)玻璃與氫氟酸的反應(yīng)為：aK2O?bPbO?cSiO2+(2a+2b+c)HF═2aKF+bPbF2+cSiF4+(a+b+c)H2O

玻璃與氫氟酸作用后生成的鹽類溶解度各有不同。在氫氟酸鹽類中堿金屬（鈉、鉀）的鹽易溶于水，而氟化鈣、氟化鋇、氟化鉛不溶于水。在氟硅酸鹽中鈉、鉀、鋇和鉛鹽在水中都溶解很少，而其他鹽類則易于溶解。*侵蝕后玻璃的表面性質(zhì)取決于氫氟酸與玻璃作用后生成鹽類的性質(zhì)：鹽類在酸液中溶解度大小，結(jié)晶狀況，是否容易從玻璃表面清除。若生成的鹽類溶解度小，且以結(jié)晶狀態(tài)保留在玻璃表面不易清除，遮蓋玻璃表面，阻礙氫氟酸與玻璃進一步接觸反應(yīng)，玻璃表面受到的侵蝕就不均勻，得到粗糙程度不同的無光澤表面。

屬于毛面蝕刻或化學(xué)蝕刻的機理(蒙砂玻璃)若生成物在酸液中溶解度較大或反應(yīng)生成物能被不斷清除，則腐蝕作用就會均勻地進行下去，得到的表面平滑而又透明。

屬于【化學(xué)拋光的機理】3.1.2影響玻璃表面化學(xué)侵蝕的主要因素（1）玻璃的化學(xué)組成。對于含堿或堿土金屬氧化物少的玻璃，由于能生成可溶于酸液的成分少，不適合于化學(xué)侵蝕。玻璃中含PbO較多，常常形成細粒的毛面。含BaO時，形成粗粒的毛面。含有氧化鋅、氧化鈣或氧化鋁時，則形成中等粒狀毛面。（2）酸液組成（3）酸液的溫度和處理時間酸液中如含有能溶解反應(yīng)生成物鹽類的成分，如硫酸、鹽酸，可得到有光澤的表面。溫度低，則反應(yīng)慢；溫度高，則侵蝕快,處理時間短，但可能作用不完全；過長則表面有鹽類沉積。要根據(jù)制品侵蝕要求、酸液的配比、具體處理設(shè)備的情況選擇溫度和處理時間。3.2表面化學(xué)拋光利用氫氟酸對玻璃表面均勻侵蝕，及時除去侵蝕生成物，使原來玻璃的細毛面或光面變成透明、平滑的光潔面。例:對于鉛晶質(zhì)玻璃和形狀復(fù)雜的制品,在形成細毛面后,

用化學(xué)拋光特別合適,可提高生產(chǎn)率,降低成本。*要除去玻璃表面侵蝕后生成的鹽類，可在氫氟酸中加入硫酸、鹽酸或硝酸，組成混合拋光酸液。從溶解性而言以硝酸為佳,但易揮發(fā),故不常用。從使用的穩(wěn)定性、實用性考慮，通常用硫酸加入氫氟酸中配制拋光液。注意:

氫氟酸易揮發(fā),侵蝕性強,須在密閉條件下進行拋光,同時對廢氣、廢水必須進行處理。3.2.1化學(xué)拋光的工藝流程玻璃制品→清潔處理→預(yù)熱→化學(xué)拋光→清洗干燥→成品

配制拋光液→預(yù)熱→↑3.2.2拋光液的配制與調(diào)整常用的拋光液由氫氟酸與硫酸配制而成。氫氟酸的作用是侵蝕反應(yīng)，硫酸的作用是溶解掉反應(yīng)的生成物。拋光液的配比主要取決于玻璃的組成：氫氟酸40~50%(質(zhì)量),密度1.12~1.14g/cm3）;

硫酸90~96%(質(zhì)量),密度1.82~1.84g/cm3

。

酸液中不應(yīng)有雜質(zhì)和其它懸浮物。

實際生產(chǎn)中根據(jù)拋光槽的容積來確定拋光液容積,再按照拋光液配方計算氫氟酸和硫酸的用量(容積)。

注意:1.

拋光液使用一定時間后,濃度發(fā)生了變化,需要進行調(diào)整。

2.及時除去氟硅酸,以控制槽中氫氟酸的濃度和活度。

(加入水溶性硫酸鹽(常用硫酸鋁),碳酸鹽或氟化物等)3.2.3化學(xué)拋光方法浸蝕法和噴酸法

(1)浸蝕法浸蝕法有兩種方式：一種是設(shè)兩個池，一個拋光池，另一個清洗池。拋光池內(nèi)裝有氫氟酸與硫酸的混合液；清洗池內(nèi)裝有清水或稀硫酸。先將玻璃制品浸入拋光池的拋光液內(nèi)，一定時間后再浸入清洗池內(nèi)進行清洗。玻璃制品要從一個池轉(zhuǎn)移到另一個池內(nèi)。這種方式可以連續(xù)生產(chǎn)。

浸蝕法的另一種方式是只設(shè)一個工作池。

先注入拋光液，拋光后再泵出，然后注入清洗液清洗。生產(chǎn)過程是間歇式的。優(yōu)點是可在密閉條件下操作，減少污染，并能實現(xiàn)機械化，所以使用較多。操作過程：玻璃經(jīng)清洗處理后，安裝在工作池內(nèi)拋光機的聚乙烯塑料夾具上。拋光前，先向工作池內(nèi)通入50~60℃熱水，預(yù)熱3~5分鐘。排出熱水后再通入拋光液。拋光1~1.5分鐘后，用離心泵迅速抽出拋光液。緊接著將水注入到工作池內(nèi)，沖洗干凈，即完成一個周期。在此過程中要注意拋光時間隨酸液濃度而變化，要及時更新酸液和調(diào)整酸液濃度

(2)噴酸法鈉鈣硅玻璃制品多有采用。主要設(shè)備與間歇式浸蝕法相似。

拋光后可用10%的Na2CO3溶液清洗、中和玻璃表面吸附的殘酸，最后再用水洗，并干燥得到拋光成品。工藝過程：玻璃制品洗凈、干燥后,要用酸槽外夾層的熱水加熱到40~44℃。經(jīng)噴射加壓罐，用壓縮空氣以1.47MPa的壓力將酸液噴射到玻璃制品表面上。噴射時間7s左右，隨即用40~42℃熱水清洗玻璃表面生成的鹽類。水洗7秒鐘后再噴酸。如此反復(fù)循環(huán)，在全部6min拋光時間內(nèi)共噴酸21次，水洗21次。在每次噴酸和水洗后，用吹干器吹去玻璃表面的殘酸和殘水，以免酸中帶入水或水中帶入酸。3.2.4.鉛晶質(zhì)玻璃的化學(xué)拋光(1)化學(xué)拋光所用酸液的配方(體積分數(shù))編號HF40%硫酸(1.84g/cm3

)硝酸水

11212133434111(2)工藝流程玻璃制品預(yù)熱清潔處理拋光液拋光成品清洗干燥水污水廢水處理排出注意事項:預(yù)熱溫度和時間:制品55±5℃,3~5min拋光時間:1~1.5min拋光機夾具:聚乙烯,要保證最大接觸面,有效排除用水沖下的鹽類一個周期后HF濃度降低1~1.3%,增加拋光時間1~2min3.2.5.鈉鈣硅玻璃的化學(xué)拋光(1)化學(xué)拋光所用酸液的配方(體積分數(shù))

編號HF40%硫酸(1.84g/cm3

)11122.53333工廠常用:VH2O:VHF:VH2SO4=1:(1.62~2):(2.76~3),NH2SO4:NHF=3.32(H2SO4濃度:10.75~11.22mol/L,HF濃度:6.11~7.4mol/L,)

若HF濃度過高或硫酸濃度過低,玻璃不光亮,表面質(zhì)量不好,會出現(xiàn)縱橫波紋、雪花狀析晶及斑點等缺陷;反之,表面產(chǎn)生較粗的縱向波紋,透光度不好,拋光質(zhì)量不好。(2).工藝流程玻璃制品清潔處理預(yù)熱酸洗拋光液水洗吹干堿水洗水洗擦干檢驗成品熱水(40~42℃)碳酸鈉溶液水酸槽酸槽混合液降至室溫混合酸液,攪拌拋光液(3)配制拋光液

過濾硫酸HF測定濃度(10~12h)3.3玻璃表面化學(xué)蝕刻化學(xué)蝕刻:利用化學(xué)侵蝕的方法使玻璃表面形成各種花紋圖案或商標分類:(表面狀態(tài))毛面蝕刻和光面蝕刻

(深度)淺蝕刻和深蝕刻

(工藝)細線蝕刻和轉(zhuǎn)印蝕刻深雕蝕刻玻璃1.毛面蝕刻

光滑平整的玻璃表面受到酸侵蝕后變得不光滑或凹凸不平，由于光線的折射和散射，表面顯得朦朧、缺少光澤、透光而不透視。

與化學(xué)拋光相比，雖然都屬酸侵蝕，但二者受酸侵蝕的結(jié)果正好相反。

化學(xué)拋光要獲得光滑透明的表面，

毛面蝕刻是要得到不光滑不透明的粗糙表面。

毛面蝕刻:

玻璃表面局部形成毛面圖案；化學(xué)蒙砂:

整個玻璃表面被腐蝕成毛面，無特定花紋圖案。工藝流程：流程相關(guān)說明:玻璃制品清洗干燥制作圖案并加保護層清洗并去掉保護層成品干燥酸腐蝕配制侵蝕酸三種方式（1）制作圖案并加保護層第一種在玻璃制品上加保護層，再制作鏤空圖案。第二種是用其他材料刻版，將圖案中需加保護層的部分用轉(zhuǎn)印法將保護層轉(zhuǎn)印到玻璃制品上。

第三種是用其他材料將圖案中需侵蝕的部分制版，直接印刷侵蝕酸，無需加保護層。第一種是在玻璃制品上加保護層，再制作鏤空圖案。保護層有兩類。一類是用蠟類混合物熔化成保護膏涂敷在玻璃表面，或涂布保護漆，再刻制圖案花紋用于侵蝕。另一類是用聚乙烯膠帶緊貼于玻璃制品表面，再用刻刀刻制出花紋圖案用于侵蝕。適合于刻蝕液或刻蝕膏，且圖案比較簡單，易于刻制的場合。第二種是用其他材料刻版，將圖案中需加保護層的部分用轉(zhuǎn)印法將保護層轉(zhuǎn)印到玻璃制品上。

方法:

先在鋼板或石板上用侵蝕酸制凹版；再在凹版的圖案花紋處涂上耐蝕蠟。接著將耐蝕蠟花紋印制在印花紙或蠟?zāi)ど?，得到耐蝕蠟花紋紙。最后將其緊貼在玻璃制品表面，并用酒精水溶液揭去印花用紙。這樣就將耐蝕蠟花紋圖案(即玻璃制品酸侵時需要保護的部分)轉(zhuǎn)印到了玻璃表面上。適合于蝕刻液，且侵蝕面積相對較大的場合。又稱轉(zhuǎn)印蝕刻。第三種是用其他材料將圖案中需侵蝕的部分制版，直接印刷侵蝕酸，無需加保護層。適合于蝕刻膏蝕刻，且酸蝕面積相對較小的場合。方法:

將圖案花紋中需要刻蝕的部分制成膠版或絲網(wǎng)印版，再用膠版印刷或絲網(wǎng)印刷的方法將蝕刻膏（或稱蒙砂膏）印刷在玻璃制品表面，酸蝕片刻即沖水干燥，得到刻蝕圖案。有些情況可不需要制版而直接涂布蒙砂膏。(2)配制侵蝕酸

侵蝕酸的配方是形成毛面效果好壞的關(guān)鍵。配制侵蝕酸時要考慮以下因素：例：HF中加入NH4F，侵蝕時形成氟硅酸銨微晶，牢固地附著在玻璃表面，阻止氫氟酸進一步侵蝕；HF中加入NaF，增加了酸液的粘稠性，減少了反應(yīng)產(chǎn)物硅氟化物的溶解度，從而減少了玻璃與酸液的接觸，造成毛面。加入不同的鹽類，會形成不同粗糙程度的毛面。如果加入硫酸鋇、木材粉和有機物可減緩酸蝕反應(yīng)。

(a)侵蝕產(chǎn)物一定要阻止氫氟酸對玻璃的進一步侵蝕，使侵蝕不均，形成毛面。

(b)玻璃的化學(xué)組成對侵蝕效果的影響。

堿和氧化硼含量少的玻璃不易形成毛面。而含氧化鉛和化學(xué)穩(wěn)定性差的玻璃則易于形成無光澤表面。(c)施酸方式。

局部毛面蝕刻的施酸方式：浸入法、涂布法和印刷法。浸入法使用流動性較大的蝕刻液，涂布法和印刷法則用不同粘稠度的蝕刻膏。(d)侵蝕酸溫度。

用浸入法時，蝕刻液可以加熱到一定溫度來提高侵蝕效果。不同溫度下應(yīng)采用不同的酸液配方。侵蝕酸的配方：兩種類型。(a)氫氟酸3份，碳酸鉀2份，水64份；(b)氫氟酸10份，碳酸鉀2份，水100份；(c)氫氟酸2份，氟化銨3份，水5份。(a)配方需要加熱到40～60℃；而(c)配方適合于鈉鈣硅玻璃。例如，在氫氟酸中加入氟化物鹽類（重量份數(shù)）。*一種配方中加入氫氟酸，直接利用氫氟酸的侵蝕作用。再用其他物質(zhì)來阻礙或延緩進一步的侵蝕。*另一種是配方中不加入氫氟酸，而是利用反應(yīng)再生氫氟酸產(chǎn)生侵蝕反應(yīng)，同時其他反應(yīng)生成物也對進一步侵蝕起到調(diào)節(jié)作用。例如，氟化物與硫酸或鹽酸組成的配方。KF+HCl→KCl+HFNH4F+HCl→NH4Cl+HF2NH4F+H2SO4→(NH4)2SO4+2HF蝕刻膏（重量份數(shù)）：涂布法：

(a)氟化銨1份，鹽酸1份，水0.5份；

(b)氟化銨3份，鹽酸2份。印刷法：

(a)氫氟酸10份，氟化銨5份，沉淀碳酸鋇20～30份；

(b)氫氟酸5份，氟化銨5份，沉淀硫酸鋇35份。(3)酸侵蝕浸入法適合于酸液。毛面蝕刻有三種：浸入法、涂布法和印刷法。將玻璃制品浸在蝕刻液中，對不需要侵蝕之處用保護層保護。浸入法常在酸槽中完成。要根據(jù)侵蝕毛面粗細狀況的需要調(diào)整酸液中鹽類的種類、濃度以及酸液的溫度。涂布法是用配制的蝕刻膏涂繪在玻璃制品表面或涂布在鏤空花紋處進行蝕刻的方法。涂布法用毛筆或毛刷均勻進行。必要時要加入淀粉或冰晶石粉調(diào)節(jié)粘度，使蝕刻膏涂布到表面上而不流散。

一般蝕刻膏侵蝕玻璃的時間為1~2分鐘，之后立刻將玻璃制品在水中清洗，除去反應(yīng)產(chǎn)物及未作用的殘余蝕刻膏。

印刷法是用蓋圖章的方式或絲網(wǎng)印刷的方式將蒙砂膏印在玻璃制品表面。

蓋印章時用橡皮印章將蝕刻膏蓋在玻璃制品表面后，應(yīng)立即將印章抬起，以免印痕不清晰。絲網(wǎng)印刷用的絲網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸宜為126~196目。這樣可使印刷的圖案清晰，同時避免蝕刻膏中的氟化物析出。印刷完蝕刻膏，放置45~60秒后立即用水沖洗，以免影響圖案的清晰度。2.化學(xué)雕刻：利用化學(xué)蝕刻的原理，在玻璃制品表面上雕刻出有層次的圖案的方法稱為化學(xué)雕刻。特點:

在同一制品表面進行不同次數(shù)的化學(xué)蝕刻，每一次蝕刻時需要將前次的部位用保護層保護。制品的各個部分由于侵蝕的厚度不同，即深淺不同，呈現(xiàn)出立體的藝術(shù)效果。適合于套色玻璃制品的藝術(shù)加工。通過不同次數(shù)的蝕刻，使套色顏色深淺不同，呈現(xiàn)不同的層次。3.化學(xué)蒙砂：對整個玻璃表面進行毛面蝕刻，形成無光澤、不透明的表面。工藝流程為：玻璃制品→清洗→酸蝕→清洗殘留物→干燥→成品配制蝕刻液→↑侵蝕酸：液體狀的蝕刻液。蒙砂方法:浸入法和噴涂法。（1）浸入法配制侵蝕液時要考慮以下因素：將洗潔干凈的制品用吊藍、吊筐或其他工具浸入侵蝕液中進行全表面毛面蝕刻。設(shè)備簡單,操作方便(a)玻璃的化學(xué)成分鈉鈣玻璃很容易與酸作用進行蒙砂，特別是含CaO,Al2O3較多的玻璃。對于鉛玻璃和著色玻璃，受侵蝕性很強，容易形成易擦傷的絲狀表面。因此要用較弱的酸液。硼硅酸鹽和乳白玻璃很難進行化學(xué)蒙砂,調(diào)整酸液配方,提高蒙砂溫度和時間。(b)侵蝕毛面粗細程度的要求需要形成結(jié)晶顆粒較大的粗毛面時，酸液中加入鹽類要少一些，這樣阻礙酸液進一步侵蝕的作用就小，侵蝕作用就強，形成的表面就粗糙。要得到較精細的毛面，玻璃中CaO量要高，侵蝕液內(nèi)加入的鹽類應(yīng)多一些。(c)侵蝕速度侵蝕酸液的溫度愈高，所含氫氟酸濃度愈大，侵蝕速度就愈快。浸入法不適合在較高溫度下進行（酸液侵蝕溫度越高，氫氟酸的揮發(fā)就越多。而浸入法使用酸液較多，大量氫氟酸的揮發(fā)）。為了提高侵蝕速度，通常采用較低的侵蝕酸溫度和較高的氫氟酸濃度。侵蝕酸液溫度范圍15~50℃，以20~25℃為佳。浸入酸蝕注意事項：在酸侵蝕前，應(yīng)用熱水對玻璃進行適當預(yù)熱，使制品和酸液保持相同的溫度。

侵蝕時要保持玻璃各部分侵蝕均勻。

在酸槽外要設(shè)冷卻水套，以降低酸液的溫度，防止氫氟酸的揮發(fā)。

為了保證酸液對制品的均勻侵蝕，還需要對酸液進行攪拌，并及時更新酸液和調(diào)整酸濃度。（2）噴涂法將玻璃制品放在一套運行裝置上，在運行過程中噴酸液進行蒙砂。工藝比較先進，生產(chǎn)規(guī)模大，效率高，節(jié)省了酸液的循環(huán)和調(diào)節(jié)程序。

噴涂法侵蝕酸液的溫度較高，以提高侵蝕速度，常采用低氫氟酸含量和高的酸液侵蝕溫度。侵蝕酸侵蝕溫度為40~50℃。工藝流程:噴涂法常見的運行裝置為循環(huán)的鏈輪。鏈輪用聚丙烯制成。上有定位鏈環(huán)。

玻璃制品放在定位鏈環(huán)中間，由鏈輪帶動進入預(yù)處理、噴酸、清洗和干燥等工序。預(yù)處理：20~30℃循環(huán)水，加入少量氫氟酸，除去玻璃表面的油漬、污痕等。噴酸的酸液要加熱到40~50℃，用噴嘴將酸液噴到玻璃表面，進行腐蝕。噴酸結(jié)束后要用氣流吹散附著在玻璃表面的酸滴，以便下一步清洗。清洗分兩次進行：第一次：60~70℃循環(huán)水清洗。第二次：40~50℃的循環(huán)水清洗（將所有的反應(yīng)殘余物洗去）。清洗好的玻璃制品在40℃的熱氣流中干燥。4.細線蝕刻用化學(xué)蝕刻的方法在玻璃制品表面形成細線條深紋圖案和波形圖案。方法:

在玻璃表面上先涂保護層，再用尖針刻出圖案?？踢^線條處露出玻璃表面，然后將玻璃浸入HF中，未被保護層覆蓋的刻出圖案線條處的玻璃受到侵蝕,形成要求的圖案。工藝流程如下：混合蠟→加熱熔化→↓玻璃制品→清洗處理→預(yù)熱→涂保護層→刻花、修整→侵蝕酸→↓冷水↓熱水↓

酸蝕→清洗附著酸→清洗保護層→成品流程說明：（1）保護層一種耐氫氟酸等酸液侵蝕的物質(zhì)，能緊密附著在玻璃表面，且在刻劃時不易脫落，在酸蝕后又容易洗去。通常是由石蠟、蜂蠟等組成的混合物，再加入一些添加劑，經(jīng)加熱熔化，完全去除氣泡后形成的膏狀物。（2）侵蝕酸由于保護層用蠟質(zhì)，酸侵蝕的溫度就不能高，因此侵蝕酸中氫氟酸濃度宜高一些，以加快蝕刻速度。（3）涂保護層及刻花玻璃制品經(jīng)清洗處理后，要先預(yù)熱到40~50℃，再熱涂熱的保護膏層。這樣涂層均勻，在玻璃上附著牢固。涂保護層的過程:

將玻璃制品放在多孔的金屬框中，金屬框完全浸沒在熔融保護膏的容器內(nèi)，然后再提出金屬框。這樣就在玻璃表面上附著一層保護膏，冷卻硬化即得保護層。圖紋刻劃：人工作業(yè)，刻圖機。按照設(shè)計圖樣的模板在玻璃制品的保護層上刻劃出相應(yīng)圖紋。再用毛刷清理殘留物，使刻紋線條處的玻璃完全暴露出來。(4）酸蝕侵蝕酸侵蝕在酸槽內(nèi)進行。酸槽用鉛質(zhì)或耐酸塑料制成。在酸蝕過程中必須密閉，以免酸的揮發(fā)和污染。（5）清洗酸蝕后先用冷水洗去附著酸和酸蝕殘留物，再用熱水洗去蠟質(zhì)保護層，吹干即得成品。酸液的溫度：18~20℃左右。處理時間：2~3min。蝕刻的深度隨氫氟酸濃度、酸液溫度和酸處理時間的增加而增加。3.4表面膠花（冰花）在毛面玻璃的表面涂敷一層骨膠溶液或動物皮膠水溶液，隨著脫水、干燥成為干膠,體積收縮很大產(chǎn)生龜裂,繼而爆裂，使玻璃表層脫落，從而形成類似冰塊斷裂的花紋。因其是由粘合膠的作用引起而稱膠花。又由于花紋面象冰塊斷裂面，故又稱冰花。在毛面玻璃上經(jīng)加工處理形成的不規(guī)則圖案,此圖案如冰塊的斷裂。不完全透明,光線漫射,透光不透像。膠花的生產(chǎn)工藝流程：玻璃制品→使表面粗糙→涂膠→預(yù)干燥→干燥形成冰花

骨膠或動物膠→溶膠→↑→洗膠→膠花玻璃工藝流程說明：（1）玻璃制品形成粗糙表面

玻璃毛面的形成：冷加工方法：化學(xué)蒙砂、磨砂和噴砂等。在線熱加工的方法：在玻璃制品成型后的熱態(tài)下，用空氣將一定粒徑的固體粉末（彩色玻璃粉，煅燒純堿，礬土，石英砂，粘土熟料，白云石，石灰石，菱鎂礦等）均勻地吹撒在玻璃制品表面，隨后進行正常的退火程序。在玻璃制品冷卻到室溫后，表面就粘結(jié)一層固體粉末，從而得到粗糙表面。固體粉末粒徑直接影響冰花花紋大小。一般粒徑0.03mm時，得到小的冰花花紋；粒徑到0.8mm時，得到較大的花紋。（2）溶膠及涂膠

粘結(jié)膠應(yīng)具有粘結(jié)力強，脫水干燥后體積收縮大的特點。一般采用骨膠或動物皮膠配制的水溶液。施膠：人工涂敷，機械壓輥涂敷人工涂敷：人工用排刷涂刷，膠層厚度人工掌握，很難完全一致。適合于生產(chǎn)量小，并不要求冰花花紋重復(fù)的場合。人工涂敷一般膠層相對較厚，被膠膜剝?nèi)サ牟ＡП韺涌蛇_0.25mm，制得的冰花花紋較大較粗。機械涂膠：在專門的膠花設(shè)備上進行。設(shè)備：玻璃輸送設(shè)備、噴砂機、涂膠對輥、烘干機等。輸送帶將玻璃送往噴砂機打毛玻璃需冰花的一面，再用對輥涂膠裝置進行涂膠。對輥裝置可調(diào)節(jié)兩輥筒間距，從而調(diào)節(jié)涂敷的膠液量。為保持膠液粘度不變，流量穩(wěn)定，膠液宜用熱水加熱到60~65.6℃。對輥也要用熱水加熱，以保持涂膠溫度。

涂膠厚度和涂膠量根據(jù)需要調(diào)整。（3）干燥與形成冰花先在空氣中風(fēng)干適當時間，再送入烘干爐進行冰花干燥。烘干介質(zhì)：干燥空氣，溫度：45~60℃，50℃左右為佳。烘干過程中膠液脫水干燥而成為干膠，體積收縮很大。由于玻璃與膠之間具有很強的粘合力，當玻璃的抗張強度不能再承受粘膠的收縮和龜裂的張力時，就會有玻璃表面層剝落下來，形成冰花圖案。冰花形成后再將未剝落而殘留在玻璃上的膠層洗去，即形成膠花玻璃。3.5表面離子擴散與離子交換離子擴散：外部離子通過遷移滲入玻璃表面。離子交換：外部離子與玻璃表面結(jié)構(gòu)質(zhì)點離子相互取代、置換。離子擴散和交換的結(jié)果：改變了玻璃表面的化學(xué)成分。3.5.1離子擴散與離子交換的目的（1）提高玻璃的強度（2）形成具有一定功能的表面層利用電化學(xué)原理將金屬原子電離，并使金屬離子擴散滲入玻璃表面。再利用還原介質(zhì)將金屬離子還原為金屬原子，形成功能性金屬膜。（3）使玻璃表面著色表面離子交換與擴散著色：在一定溫度下用著色離子蒸氣、熔鹽或鹽糊膏覆蓋在玻璃表面，使著色離子與玻璃中的離子進行離子交換。著色離子擴散到玻璃表層中，以離子狀態(tài)使玻璃表面著色或被還原為原子，原子聚集成膠體而著色。如:銀的化合物著成黃色，銅的化合物著成紅色，銅和銀的混合物能著成棕色。3.5.2玻璃擴散著色機理：

(1)

著色離子載體(鹽糊,熔鹽或蒸汽)中的金屬著色離子和玻璃中的離子進行離子交換。

推動力：電位梯度產(chǎn)生的擴散力。這一階段以離子交換反應(yīng)為主，速度相對較快。

(2)金屬離子擴散到玻璃內(nèi)部。玻璃表面層已交換的著色離子繼續(xù)與玻璃內(nèi)層堿離子發(fā)生易位，向玻璃內(nèi)部擴散。

由于離子交換反應(yīng)速度一般遠大于離子的互擴散速度。因此，這一過程的速度或擴散深度主要取決于互擴散速度的大小。而互擴散速度又取決于著色離子的濃度和互擴散系數(shù)的大小。主要反映在著色離子鹽的種類、玻璃成分、擴散溫度和時間等因素。(3)金屬離子還原為金屬原子

(4)金屬原子聚集成膠體,產(chǎn)生亞微觀晶體而著色擴散到玻璃中的著色離子被還原為原子。這一過程的快慢取決于著色離子和還原物質(zhì)的種類、還原方式，如玻璃中的還原劑成分或還原性氣體或射線輻射等。3.5.3影響離子交換與擴散著色的因素（1）基礎(chǔ)玻璃成分離子交換主要發(fā)生在著色離子與玻璃中的堿金屬離子之間，無堿玻璃不適合這種著色。在硅酸鹽玻璃中堿金屬氧化物含量直接影響擴散著色。在鈉鈣硅玻璃中，隨著Na2O含量的增加，可供離子交換的離子數(shù)量增加，擴散著色的顏色加深。Al2O3成分的影響在鈉鈣硅玻璃中，隨著Al2O3含量的增加，加速著色離子與Na+離子的交換速度。當Al2O3/Na2O比值為1時，擴散系數(shù)最大，著色離子的擴散深度也最大。二價金屬氧化物的影響例:銅紅玻璃

SiO263%B2O310.5%CaO4.5%ZnO7.5%Na2O10%K2O4.5%(若ZnO>10%棕紅色)鈉鈣硅玻璃中CaO含量增加，會降低著色離子與Na+離子的交換速度，使擴散變慢。一些離子半徑較大或具有還原性質(zhì)的二價金屬離子，如Sn2+

，Zn2+，Pb2+等，則有助于Na+離子的擴散著色。（2）著色鹽離子的濃度在其他條件相同的情況下，用于擴散和交換的鹽類中著色離子的濃度增加，著色變深變濃。例1:

玻璃器皿涂Ag2CO3鹽糊膏，在540℃下熱處理90min，Ag2CO3含量為16%以下時，著色為淺黃色，16%時為黃色，40%時已呈淺棕色。例2:

將含銅鹽糊膏在一定溫度和時間條件下熱處理，含CuO12.5%時擴散著色為紅色，含CuO30%時則為深紅色。（3）擴散、交換熱處理溫度和時間隨熱處理溫度和時間的增加，擴散到玻璃中去的著色離子的總量相應(yīng)增加，顏色也會變深。例:在浮法玻璃表面涂銅鹽糊膏，在560℃擴散時，玻璃表面呈淺紅色。溫度提高到580℃，玻璃成紅色。而到600℃時玻璃就變成深紅色。擴散時間與擴散總量一般呈拋物線性增加，到一定時間擴散總量增加很小。宜選用30~90min的擴散時間。（4）熱處理的氧化還原條件

還原性條件有利于擴散離子的還原，即有利于著色。在配合料中加入As2O3、Sb2O3等還原劑以及過渡元素氧化物SnO、CoO、NiO等，對Ag+

、Cu+起還原作用。

利用CO和H2等作為還原氣氛，對銅紅擴散非常有利。3.5.4擴散交換著色工藝（1）蒸氣法三種擴散著色方法:

蒸氣法，涂鹽糊膏法，熔鹽浸漬法。將玻璃置于著色離子鹽的蒸氣中進行離子交換和擴散，隨后將玻璃表面置換出的Na+離子用水洗去。再用還原性氣體，如H2進行還原處理，使擴散離子還原并著色。

這種方法主要用于Cu+離子的擴散與還原著色。（2）涂鹽糊膏法將著色離子的鹽類加入粘合劑，調(diào)和成糊狀，涂在已洗凈的玻璃表面，經(jīng)擴散熱處理顯色。再將殘留的鹽類洗去。工藝流程玻璃制品洗滌干燥涂膏干燥烘燒清洗檢驗鹽糊或描繪或印刷鹽糊膏配制：擴散金屬離子鹽類、粘合劑、還原劑和促進劑。擴散金屬離子鹽類:銀鹽和銅鹽。銀鹽以碳酸銀（Ag2CO3）和硝酸銀（AgNO3）分解溫度較低的鹽類為好。銅鹽以堿式碳酸銅Cu2(OH)CO3鹽最好，硫酸銅次之。粘合劑：糊精、粘土、膠水、甘油、紅粉（Fe2O3）等。以糊精和粘土最為常用。還原劑有鋅粉、氧化亞錫，三氧化二銻、酒石酸等。促進劑：硫酸亞鐵、紅粉以及作為載體的ZrO2等。確定所用原料、用量和配制方法：根據(jù)著成的色澤、玻璃品種、鹽糊膏施加方法。鹽糊膏的施加方法：人工描繪法和絲網(wǎng)印刷法。配制方法：鹽糊膏的配制要按一定的程序進行。例：銀銅棕紅色鹽糊膏將秤量好的氫氧化鈉溶于蒸餾水中。再用阿拉伯樹膠液及氫氧化鈉溶液將糊精粉調(diào)成糊狀，不允許有結(jié)團或氣泡存在。將粒度小于200目的硝酸銀粉末加入糊狀液中，靜置20min以上，充分反應(yīng)。然后加入鋅粉，繼續(xù)不斷攪拌，放出大量熱。冷卻后即成著色鹽糊膏。使用時用水調(diào)節(jié)粘稠度。采用絲網(wǎng)印刷時，應(yīng)在鹽糊膏中加入適量粘合劑。粘合劑主要由樟腦油、火油、乳香等混合加熱調(diào)制而成。熱處理著色方法：玻璃表面施加鹽糊膏后，經(jīng)紅外線干燥，或在室內(nèi)自然干燥。然后進行熱處理(烤色)。對銀離子著色，一般采用兩次熱處理。第一次為離子交換階段；第二次為銀離子還原階段。對銅離子著色，一般采用三次熱處理。第一次為離子交換；第二次為銅離子還原；第三次為弱氧化處理，使銅紅更鮮艷。各次熱處理的溫度與玻璃的種類和軟化點有關(guān)。對儀器玻璃宜在軟化點Tf以下20℃進行處理；平板玻璃和器皿玻璃，宜在Tf±10℃進行處理。熱處理時間0.5~4h。

熱處理后冷卻到室溫，用水沖洗去殘留的鹽糊膏。（3）熔鹽浸漬法將玻璃制品浸沒在著色離子混合熔鹽中進行離子交換和著色處理，以得到表面著色玻璃的方法。熔鹽浸漬法與化學(xué)鋼化法相似，只是化學(xué)鋼化的熔鹽中無著色離子，不產(chǎn)生著色。因此，熔鹽浸漬著色也能提高玻璃的強度、硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。熔鹽容器：

硝酸鹽容器：不銹鋼槽（因其耐急冷急熱性好，但不耐氯化物侵蝕）。銅熔鹽及銀熔鹽：氧化鋁瓷槽（耐侵蝕性強，但耐急冷急熱性較差）。

熔鹽組成要求：熔鹽組成要考慮玻璃的種類、著色要求、熱處理條件等因素?；旌先埯}的要求：熔點或共熔點必須低于玻璃的軟化點，揮發(fā)性小，對容器侵蝕小，不對環(huán)境產(chǎn)生污染。銅著色的常用銅鹽為:氯化亞銅和硫酸銅銀著色的常用銀鹽為:硝酸銀在配制混合熔鹽時:

要注意其他鹽的選擇。

一般選擇陰離子（團）相同的鹽著色效果好。如：AgNO3—NaNO3，AgNO3—KNO3,CuCl—KCl,CuSO4—Na2SO4等。例：用AgNO3和KNO3的混合熔鹽在420~480℃下熱交換，可得黃色到棕紅色的不同色調(diào)。將浮法玻璃放在AgNO31~6%和NaNO394~99%的熔鹽中，于350~460℃交換0.7~6小時，隨后再在470~620℃下處理0.25~4小時，可得到從黃色到褐色的著色。選擇不同的熔鹽采用不同的熱處理條件可以得到不同的顏色。如果在離子交換熱處理之后再進行退火處理，會使色澤加深。如果在進行著色離子交換時，熔鹽和玻璃之間也進行堿金屬離子交換，如Na+與K+離子的交換，玻璃不僅進行了著色，又進行了化學(xué)鋼化，強度得到了增強。第四章玻璃的增強

鋼化方法:物理鋼化法(又稱熱鋼化法)；化學(xué)鋼化法。將玻璃制品經(jīng)過物理的或化學(xué)的方法處理，使玻璃表面層產(chǎn)生均勻分布的永久壓應(yīng)力，從而獲得高強度和高熱穩(wěn)定性的玻璃深加工方法。物理鋼化法生產(chǎn)效率高，成本較低，能生產(chǎn)大規(guī)格產(chǎn)品。但對厚度薄、尺寸小、形狀復(fù)雜的玻璃制品卻不適合。化學(xué)鋼化法生產(chǎn)效率較低，成本較高，然而對小件、薄壁、異形的玻璃制品是理想的鋼化方法。一、

物理鋼化將玻璃加熱到轉(zhuǎn)變點溫度以上，軟化點溫度以下（粘度高于107Pa?S），然后進行均勻而快速的冷卻。在此過程中，玻璃外部因迅速冷卻而首先固化，而內(nèi)部冷卻、固化較慢。在整個玻璃都固化并冷卻到室溫時，內(nèi)部的連續(xù)收縮使玻璃表面受到了永久壓應(yīng)力，而玻璃內(nèi)部則產(chǎn)生永久張應(yīng)力。壓應(yīng)力與張應(yīng)力大小相等，相互平衡。（a）鋼化玻璃板；(b)荷重下的退火玻璃板；

(c)荷重下的鋼化玻璃板

應(yīng)力分布見圖所示1.影響物理鋼化的因素（1）鋼化溫度指鋼化時玻璃開始均勻急冷的溫度。此溫度需在玻璃應(yīng)變點之上，以保證玻璃結(jié)構(gòu)質(zhì)點能夠移動，玻璃內(nèi)應(yīng)力能夠充分松弛。此溫度又必須低于玻璃的軟化溫度，防止玻璃質(zhì)點流動而引起變形。鋼化溫度的確定:

取決于玻璃的鋼化程度或鋼化后永久應(yīng)力的最佳值。鋼化程度:

取決于玻璃的冷卻強度、玻璃厚度和組成。對于一定組成和厚度的玻璃，鋼化過程產(chǎn)生應(yīng)力的大小隨著鋼化溫度和冷卻強度的提高而增大，但當鋼化溫度達到某一值后，應(yīng)力松弛程度幾乎不再增加，鋼化后永久應(yīng)力趨于一極限值。此極限值就是所需要的鋼化程度。

達到應(yīng)力松弛不再增加時的溫度就是鋼化溫度。（2）鋼化爐溫度玻璃板內(nèi)外溫差大小與玻璃板厚度直接相關(guān)。板厚小則溫差小，鋼化爐溫度宜高一些；板厚大溫差大，鋼化爐溫度要低一些。爐溫越高，玻璃開始加熱時表里溫差增大，玻璃內(nèi)層張應(yīng)力超過抗張強度極限就會破碎，所以爐溫不能過高。

玻璃厚度（mm）鋼化爐溫度（℃）<4705~7154~10705~71012690~69515680~68519670~675水平鋼化爐玻璃厚度與爐溫的關(guān)系垂直鋼化爐爐溫宜低一些。對于5~6mm玻璃，適宜爐溫為650℃±20℃。（3）爐溫與保溫時間的關(guān)系

室溫下的玻璃制品進入600~700℃的鋼化爐中加熱，開始時玻璃制品溫度與爐溫差別較大，玻璃制品受到強烈的輻射加熱，溫度上升較快。隨著玻璃溫度的升高，玻璃與爐溫的溫差不斷縮小，玻璃制品的升溫速度不斷下降。到接近鋼化溫度時，玻璃的升溫速度已很小了。加熱時間與玻璃溫度的關(guān)系如下式

Lg(Tf-Tg)=-Ct+D式中：Tf—爐溫；Tg—玻璃溫度；t—加熱時間；

C—與玻璃特性、厚度有關(guān)的常數(shù)；

D—與特定鋼化爐有關(guān)的常數(shù)確定爐溫的一般原則：只要不因溫差過大而引起玻璃炸裂，爐溫宜高一些。這樣加熱時間就會縮短，生產(chǎn)效率就會提高。也可根據(jù)經(jīng)驗來估計玻璃達到鋼化溫度所需的加熱時間。每mm厚玻璃的加熱時間可按40s計算。

(如6mm厚玻璃估計的加熱時間為240s)（4）鋼化過程中的冷卻

鋼化過程實質(zhì)上就是在鋼化溫度下對玻璃上下表面實施均勻、快速的冷卻（急冷或淬冷）。目的:在玻璃表面形成盡可能大的永久壓應(yīng)力，提高玻璃的抗沖擊強度。

因此，冷卻階段才是玻璃鋼化最重要的階段。

當玻璃被加熱到鋼化溫度時，玻璃的內(nèi)應(yīng)力由于結(jié)構(gòu)質(zhì)點的位移而得到充分松弛，達到一種無應(yīng)力狀態(tài)。鋼化開始時，急冷介質(zhì)被均勻而快速的施加于玻璃表面。玻璃表面質(zhì)點迅速固化。由于玻璃內(nèi)外溫差，內(nèi)部熱量就向表面?zhèn)鬟f，使玻璃內(nèi)部溫度下降，從而引起玻璃內(nèi)部收縮。強大的收縮作用，使玻璃表面形成壓應(yīng)力，并且一直到達室溫而成為永久壓應(yīng)力。急冷速度越快，玻璃表面與內(nèi)部的溫差就越大，玻璃表面形成的壓應(yīng)力也就越大，得到的鋼化玻璃強度就越高。最理想的冷卻介質(zhì)是空氣。絕大部分物理鋼化都以空氣作為冷卻介質(zhì)?？諝庖子讷@得，更重要的是其獨特的優(yōu)點：（a）易于控制風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)向等參數(shù)，從而獲得所需要的冷卻速度；（b）冷卻可以均等的作用于玻璃板的各個部分；

(c)冷卻期間可保持玻璃表面清潔干凈。冷卻強度:在一定時間內(nèi)從玻璃單位面積傳遞出的熱量。(a)玻璃板的厚度。厚度越厚，熱量傳遞的路程就越長，相應(yīng)的冷卻強度就越小。反之冷卻強度就越大。影響冷卻強度的因素:例如：3mm玻璃的冷卻強度是6mm玻璃的兩倍左右，而12mm玻璃的冷卻強度卻不到6mm玻璃的四分之一。(b)冷卻方法冷卻速度、急冷裝置（風(fēng)柵）的設(shè)計和急冷方式。如果整個冷卻期間冷卻風(fēng)壓力保持不變，則隨著冷卻過程的進行，玻璃溫度降低，降溫速度也下降，影響鋼化效果。對厚玻璃這種情況尤甚。在鋼化工藝設(shè)計中，冷卻風(fēng)壓在急冷鋼化期間恒定。但當玻璃溫度降到轉(zhuǎn)變點以下，如400～450℃時，吹風(fēng)壓力要穩(wěn)定增加，以使冷卻速度保持不變。以此來縮短鋼化時間，提高鋼化效率。冷卻速度的提高，需對冷卻裝置（風(fēng)柵）進行合理設(shè)計(包括風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)速、吹風(fēng)口的形狀、位置、移動方式等)。設(shè)計原則：

(1)確保實現(xiàn)鋼化工藝要求；(2)對玻璃上下表面各部分都能進行均勻冷卻，并有利于排除被玻璃加熱后的冷風(fēng)；

(3)節(jié)能降耗，做到用較低的風(fēng)壓、風(fēng)量達到較好的冷卻效果；（4）盡量降低噪音、粉塵等污染。吹風(fēng)口形狀有狹縫式、噴嘴式和管道式等。為了使風(fēng)口吹出的風(fēng)能均勻冷卻玻璃板面，風(fēng)柵與玻璃板應(yīng)相對移動。間隙作業(yè)的鋼化設(shè)備要使風(fēng)柵作橫向或縱向擺動，或兼有縱橫向位移的旋轉(zhuǎn)運動。

水平連續(xù)式或水平搖擺式鋼化設(shè)備，風(fēng)柵可作往復(fù)運動以配合玻璃帶的移動。吹風(fēng)口與玻璃板的距離和吹風(fēng)口的截面積：吹風(fēng)口與玻璃板愈近，風(fēng)速衰減愈小，到達板面時的風(fēng)速就愈高。這樣對流傳熱能力就高，冷卻強度就大。吹風(fēng)口截面積愈大，氣流接觸板面的面積也愈大，冷卻強度就隨之增強。一般風(fēng)口直徑3～5mm，與玻璃間距離25～50mm。冷卻風(fēng)的選用：鋼化厚度小于4mm的玻璃板時，采用壓縮空氣和高壓噴嘴，壓力達0.2～0.6MPa，風(fēng)速高，用風(fēng)量小。大規(guī)模和厚玻璃的的鋼化，采用高壓離心風(fēng)機，風(fēng)壓600～12000Pa，風(fēng)量1000～30000m3/h。(C)風(fēng)溫冬天空氣溫度低，冷卻強度比夏天大。當空氣溫度變更30～40℃時，風(fēng)壓要調(diào)整15～20%，即氣溫增高，風(fēng)壓要增大。物理鋼化方法物理鋼化法平鋼化垂直鋼化法風(fēng)冷法水平鋼化法軌道法氣墊法液體淬火法彎鋼化垂直鋼化法重力彎曲法壓模彎曲法水平鋼化法軌道法壓模彎曲法軌道成型法氣墊法區(qū)域鋼化風(fēng)冷法半鋼化自然冷卻法2.鋼化方法(1)平鋼化法規(guī)格切裁磨邊洗滌干燥快速加熱急風(fēng)淬冷檢驗包裝生產(chǎn)工藝流程：工藝流程說明：（a）必須在鋼化前對玻璃按照產(chǎn)品需要的規(guī)格尺寸進行切裁。（b）磨邊就是將玻璃板周圍的棱角及不平整處磨鈍。避免傷人；避免鋼化時應(yīng)力集中而破損；便于安裝使用。（c）玻璃表面難免粘附污漬，在鋼化前必須洗滌干凈并干燥,

以免污染物燒結(jié)在玻璃表面造成鋼化不良。（d）對玻璃進行快速加熱。對于垂直鋼化，將玻璃懸掛在可沿導(dǎo)軌移動的鐵架上；水平鋼化玻璃在水平輥道上移動。（e）玻璃內(nèi)外溫度均勻升至軟化溫度后，可進行快速冷卻。（f）要求高的產(chǎn)品可進行再洗滌干燥。平鋼化有三種方法：垂直鋼化法，水平鋼化法和液、固體鋼化法。(a)垂直鋼化法垂直法是將玻璃用釣鉤垂直吊掛加熱，在鋼化溫度下急冷鋼化的方法。優(yōu)點:投資少、成本低廉、操作簡單。缺點:爐內(nèi)有氣體熱對流，玻璃加熱不易均勻；當加熱到鋼化溫度時，玻璃在釣鉤夾緊處易出現(xiàn)壓痕，甚至拉長成耳朵形，對產(chǎn)品質(zhì)量和成品率影響很大。一般適合小規(guī)格和雙面涂膜玻璃。(b)水平鋼化法水平輥道鋼化法

使玻璃由水平輥道支撐，用轉(zhuǎn)輥輸送機水平輸送，通過加熱爐加熱到接近軟化溫度，然后經(jīng)淬冷，使玻璃獲得增強的一種方法。優(yōu)點:生產(chǎn)率高，產(chǎn)品種類多，效率高，操作方便，裝卸片容易，加熱和機械輸送可全部自動化，能鋼化

3～19mm厚度范圍的玻璃，包括顏色玻璃、釉面、壓花、涂層等玻璃。缺點：鋼化玻璃往往會產(chǎn)生輥子印痕及彎曲變形。水平氣墊鋼化法：對玻璃加熱時，將加熱氣體或燃燒產(chǎn)物，在燒嘴中燃燒，燃燒產(chǎn)物導(dǎo)入氣箱內(nèi)。氣箱的頂部有許多均勻分布的小孔。溫度為650～680℃，壓力為300～400mmHg的熱氣體由這些小孔噴出。玻璃板在氣墊床面上被熱氣體一邊支承，一邊加熱至鋼化溫度。對玻璃進行急冷時，將熱玻璃板由輸送機構(gòu)快速送入雙面氣墊冷卻裝置。用壓縮空氣墊對玻璃進行急劇均勻冷卻。最后將鋼化好的成品玻璃由轉(zhuǎn)輥輸送機送出。優(yōu)點:產(chǎn)品變形小，精度高，鋼化程度高，可鋼化較薄的玻璃板，如3mm玻璃板。缺點:設(shè)備投資費用高，操作控制較復(fù)雜。(c)液、固體淬冷法：采用風(fēng)冷鋼化時，由于空氣熱容小，玻璃內(nèi)外層溫差相對較小，產(chǎn)生的彈性應(yīng)力也小，因此，鋼化程度較低。而且風(fēng)冷鋼化一般只能鋼化3mm以上的玻璃。為了提高薄壁制品的鋼化強度，必須加大冷卻能。

冷卻介質(zhì)的冷卻能按空氣、液體、固體順序增加。

采用冷卻能較大的液體或固體進行鋼化，能夠提高玻璃的機械強度，制出薄壁、輕質(zhì)、高強的玻璃產(chǎn)品。液冷鋼化工藝流程制品檢查液冷加熱干燥洗滌檢驗包裝液體冷卻介質(zhì)：原則：不能采用可燃性和易揮發(fā)性的有毒物質(zhì)及對玻璃有腐蝕性的物質(zhì)。采用：石蠟、油脂、熔鹽、有機硅及金屬溶液等。液體鋼化介質(zhì)的溫度：200～250℃。鋼化時間：隨制品厚度增加而增加。注意：為了使玻璃表面產(chǎn)生均勻的應(yīng)力，當玻璃浸入液體時，要防止液體的湍流，使玻璃表面產(chǎn)生波紋。也要防止液體分解而改變成分。

所以，在熱玻璃浸入時，要使冷卻液回旋流動或采用揮發(fā)性比較小的硝酸鹽作為冷卻介質(zhì)。優(yōu)缺點：

采用液體介質(zhì)鋼化法，由于液體介質(zhì)的比熱較大，氣化熱高，因此用量大為減少，能耗降低，成本減少，而且冷卻速度快，安全性能高，變形較小。由于在冷卻時是玻璃受熱后插入液體介質(zhì)中，因此對于面積較大的玻璃板來說容易受熱不均而影響質(zhì)量和成品率。適宜范圍：鋼化各種面積不大的薄玻璃，如眼鏡玻璃，液晶顯示屏玻璃，光學(xué)儀器儀表用玻璃等。

固體鋼化一般采用α-Al2O3和γ-Al2O3固體微粒作為冷卻介質(zhì)，微粒尺寸小于200μm。將玻璃在遠紅外加熱爐中加熱到接近軟化溫度后，于流化床中經(jīng)固體微粒淬冷。固體微粒冷卻介質(zhì)的給熱系數(shù)大，冷卻能高，所以，微粒鋼化玻璃具有強度高、厚度薄、無應(yīng)力斑紋等特點。固體鋼化法可鋼化超薄玻璃。強度高、質(zhì)量好，是目前制造高性能鋼化玻璃的一項先進技術(shù)。固體鋼化與傳統(tǒng)的風(fēng)鋼化工藝相比：冷卻介質(zhì)的冷卻能大，適于鋼化超薄玻璃，節(jié)能效果顯著(節(jié)能約40％)。但固體鋼化工藝的冷卻介質(zhì)成本較高。適用范圍：高強度，高精度的薄玻璃和超薄玻璃。

(2)彎鋼化法：彎鋼化是指彎形或球面形彎曲玻璃的鋼化。即在平鋼化工藝過程中于玻璃加熱后和鋼化前將玻璃按需要形狀進行彎曲。工藝流程：制品磨邊加熱彎曲急冷檢驗包裝熱彎方式

模壓法、自重法(槽沉法)和撓曲彎曲輥法。鋼化過程按彎形和急冷是否在一起分為：一步法（合二為一）和二步法（獨立進行）。由于熱彎玻璃要產(chǎn)生永久性塑性變形，熱彎時玻璃的溫度要比鋼化溫度高，更接近軟化溫度。（a）垂直壓彎鋼化法玻璃懸掛在夾鉗上，再送入加熱爐中。爐溫：650~705℃。當爐內(nèi)玻璃溫度達到足以使其彎曲的溫度時，迅速從爐內(nèi)取出，并置于配套的一對壓模中，玻璃按模子的形狀而壓緊定型。二步法，應(yīng)將壓緊定型的玻璃迅速從模子中取出，送入風(fēng)柵吹風(fēng)急冷，不能溫降太多。一步法，壓模上有風(fēng)口，壓型后立即吹風(fēng)。一步法可避免運送過程中的溫降，也能保證壓型過程有較充分的時間彎曲。壓彎過程注意:不能以太快的速度強制玻璃彎曲，防止玻璃破裂；彎曲過程不能耗時過長，否則熱損失過多會影響鋼化效果，甚至?xí)鸩Ａ屏讯鵁o法鋼化。壓模一般是鋼制的，外包玻璃纖維布。（b）水平壓彎鋼化法模壓彎鋼化法示意圖平放在輥道上的玻璃板被輸送到裝有石英玻璃或陶瓷輥道的加熱爐內(nèi)，加熱到能壓彎的溫度。在加熱爐的末端或出口處，由覆蓋有玻璃纖維的壓模壓成需要的形狀，然后送到風(fēng)柵處急冷或就地急冷。壓模有以下形式：（a）凸模負壓彎曲；（b）由頂面呈曲線形的多道傳動輥來彎曲；（c）在凸模上由一成型機構(gòu)加壓，使玻璃與模貼合；（d）彎曲機組壓型法。彎曲機組有靠液壓升降的上下兩組輥群。玻璃進入前，輥群呈水平布置；玻璃進入后，輥群立即呈曲線形布置。下面呈凹形，上面呈凸形，形成兩半輥模。玻璃在輥模間被擠壓。當達到最終彎曲度時，立即從玻璃板兩側(cè)吹風(fēng)急冷。玻璃降低到一定溫度后，風(fēng)柵即離開輥道，輥道也隨著“拉平”，將玻璃送出。（c）氣墊彎曲鋼化法有四個步驟：預(yù)熱，氣墊層加熱彎曲，急冷和輸送。玻璃水平放置，并被輸送進加熱爐的預(yù)熱區(qū)(將玻璃加熱到510℃左右)。然后由輥道輸送至氣墊層加熱區(qū)。

該區(qū)上部有輻射加熱器，下部設(shè)有噴嘴。熱氣流由噴嘴向上噴出，形成650℃的高溫氣墊層，將玻璃托起0.25～0.5mm。玻璃由滑動摩擦輪帶動在氣墊層上前進。熱氣流及輻射加熱器將玻璃加熱到約705℃。氣墊組開始時布置成平面，以后逐漸變成曲面。玻璃被加熱軟化而自行彎曲，或在真空壓力機構(gòu)下彎曲，然后進行急冷。（d）自重法先將玻璃板放置在所需彎曲形狀的敞開式周邊模上，然后用輥道將模具和玻璃板一起送入隧道式加熱爐。在對整塊玻璃板加熱的同時，用煤氣噴嘴或電熱元件對需要進行銳彎的部位進行集中加熱。在自重的作用下玻璃得到了彎曲。接著使彎曲了的玻璃板連同模具繼續(xù)往前移動，一起進入急冷裝置。（3）半鋼化法(自然冷卻法)：玻璃半鋼化是將玻璃加熱到鋼化溫度，然后在空氣中或極小的風(fēng)壓下冷卻。這樣在玻璃內(nèi)部形成均勻分布的較小應(yīng)力，從而提高了玻璃的強度和熱穩(wěn)定性，但提高幅度較小，約只有鋼化玻璃的一半。

半鋼化玻璃永久應(yīng)力較小，破損時碎塊比鋼化玻璃大。（4）區(qū)域鋼化法：在玻璃板面上各個區(qū)域形成不同程度的鋼化。鋼化程度較弱或沒有鋼化過的部分形成獨立的小區(qū)域，每個獨立區(qū)域完全被鋼化區(qū)域所包圍。

半鋼化玻璃是出于汽車安全行駛而采用的。原因：鋼化玻璃破碎或自爆后往往裂成網(wǎng)狀，擋住了視線，妨礙了行車安全。而當采用了半鋼化后，玻璃破碎時，仍能保持足夠的透明度，而不妨礙車輛駕駛。區(qū)域鋼化有三種方法：（1）急冷時，用保護屏保護某些區(qū)域，使這些區(qū)域能緩慢冷卻，從而使制品不同區(qū)域獲得不同鋼化程度。（2）改變風(fēng)柵噴嘴的排列或調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，從而使不同區(qū)域產(chǎn)生不同的鋼化程度。（3）在各部分噴吹不同的冷卻介質(zhì)，以實現(xiàn)不同區(qū)域的不同鋼化程度。二、

化學(xué)鋼化利用化學(xué)方法改變玻璃的表面組成，從而提高玻璃的強度的方法。改變玻璃表面組成的方法有：（a）表面脫堿；（b）涂覆熱膨脹系數(shù)小的玻璃；（c）堿金屬離子交換法。1.化學(xué)鋼化基本原理：（1）高溫型離子交換法在玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg以上的高溫下進行的離子交換。以半徑小的堿金屬離子置換玻璃中半徑大的堿金屬離子，在玻璃表面上形成一層熱膨脹系數(shù)小的物質(zhì)。玻璃在轉(zhuǎn)變溫度以上時內(nèi)部和表面的應(yīng)力得到了松弛，成為無應(yīng)力狀態(tài)。但當冷卻到室溫時，玻璃表面由于熱膨脹系數(shù)小的物質(zhì)存在就收縮小，而玻璃內(nèi)部因熱膨脹系數(shù)大就收縮大，從而在玻璃表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，內(nèi)部產(chǎn)生張應(yīng)力，使玻璃得到了強化。例:

含有Na2O或K2O的玻璃在Tg~Tf溫度范圍內(nèi)，使之與Li鹽接觸，發(fā)生以下離子交換反應(yīng)：Na+

或K+（玻璃）高溫離子交換

Li+（熔鹽）在玻璃表面形成含Li+離子的表面層。因Li+離子表面層的熱膨脹系數(shù)小，而內(nèi)部Na或K玻璃組成熱膨脹系數(shù)大，從而使玻璃強度得到了增強。同時，玻璃中如含有Al2O3、TiO2等成分時，通過離子交換，能產(chǎn)生膨脹系數(shù)極低的β-鋰霞石（Li2O·SiO2）結(jié)晶，冷卻后的玻璃表面將產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力，可得到強度高達700MPa的玻璃。（2）低溫型離子交換法不超過玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg范圍的“低溫”下進行的離子交換。用離子半徑較大的堿金屬陽離子去交換玻璃表面離子半徑較小的堿金屬陽離子，從而使玻璃表面形成含有較大容積堿離子的表面層。由于玻璃表面結(jié)構(gòu)質(zhì)點容積大，冷卻到室溫時收縮就??；而玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)點容積小，冷卻時收縮就大，從而在玻璃表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。

Li+（玻璃）低溫離子交換

Na+

（熔鹽）

Na+（玻璃）低溫離子交換

K+（熔鹽）大離子浸入所產(chǎn)生的壓應(yīng)力與浸入的離子數(shù)量成正比。低溫型離子交換雖然比高溫型交換速度慢，但由于鋼化中玻璃不變形具有實用價值，是現(xiàn)有化學(xué)鋼化中較好的方法。處理方法：將玻璃制品浸在加熱熔化了的熔鹽（如硫酸鹽、硝酸鹽）中，保持數(shù)小時，甚至十幾小時。玻璃的夾持，可用金屬掛鉤或合適的金屬筐。也有用含堿的高嶺土制成膠體狀物，涂于玻璃上以代替熔鹽，再加熱發(fā)生離子交換的方法。工藝流程：原片檢驗→切裁→磨邊→洗滌干燥→低溫預(yù)熱→高溫預(yù)熱→離子交換→高溫冷卻→中溫冷卻→低溫冷卻→洗滌干燥→檢驗→包裝入庫。工藝參數(shù)：熔鹽材料：KNO3

（一般用化學(xué)純）輔助填加劑：Al2O3粉、硅酸鉀、硅藻土、其他鹽浴池熔鹽溫度：410~500℃交換時間：根據(jù)產(chǎn)品增強需要而定設(shè)計爐溫：低溫預(yù)熱200~300℃高溫預(yù)熱350~450℃離子交換爐410~500℃高溫冷卻爐350~450℃中溫冷卻爐200~300℃低溫冷卻爐150~200℃容器的選擇：

大多數(shù)鹽可以盛在不銹鋼或高硅氧類玻璃槽內(nèi)。含氯離子的熔鹽對不銹鋼有一定的侵蝕作用，最好放在高硅氧類玻璃槽內(nèi)。為了防止意外事故，上述容器必須放在一個更大的、周圍圍著細砂的容器內(nèi)（溫度波動可以控制在±1℃）。2.影響離子交換的因素（1）玻璃成分(玻璃組成比工藝條件對玻璃的強度影響更大)

同鈉鈣硅酸鹽玻璃相比，含Al2O3多的鋁硅酸鹽玻璃化學(xué)鋼化結(jié)果，有較強、較厚的壓應(yīng)力層。例:鈉鈣硅玻璃鋁硅酸鹽玻璃最外表面壓應(yīng)力為7000~10000nm/cm，15000nm/cm以上應(yīng)力層厚度為30~40μm，應(yīng)力層厚度達150μm

Al2O3在離子交換中作用：以Al2O3取代SiO2后，體積增大。［AlO4］的分子體積為41cm3/mol，而［SiO4］的分子體積為27.24cm3/mol。用Al2O3取代SiO2后，分子體積增大，結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)空隙擴大，有利于堿離子擴散；體積增大，也有利于吸收大體積的K+離子，促進離子交換。Al2O3的用量：1～17％。含量小于1％時，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性差，含量大于17％時，生產(chǎn)玻璃時原料難熔。增加RO減少SiO2對離子交換有不良影響。用少量RO取代SiO2，將導(dǎo)致擴散速度降低。半徑愈小的R2+離子對氧的極化愈激烈，其結(jié)合也較牢固，使R+—O—R2+中的R+—O鍵反而變?nèi)?，所以堿離子在含小半徑R2+的玻璃中，其擴散系數(shù)比在含大半徑R2+

玻璃中有所增加。用R2+取代SiO2還會堵塞堿離子通道。玻璃中含小離子的二價金屬氧化物較含大離子二價金屬氧化物對堿離子的擴散影響要小。ZnO、MgO比CaO、SrO、BaO為好。B2O3與Al2O3并用，強化層厚度增加，強度提高。硼硅酸鹽玻璃進行離子交換后，強化層厚20~40μm，抗彎強度達500~600MPa，比處理前高10~20倍。ZrO2與Al2O3并用，強化效果比較好。但ZrO2含量大于10%以上時熔化困難，成型溫度高，一般宜在10%以下。含TiO2成分的玻璃離子交換后，強度明顯增加，如含TiO225.2%的玻璃，離子交換后抗彎強度可達710MPa。堿金屬氧化物含量對離子交換影響：

Na2O含量在10%以下時，交換效果不好。Na2O含量增加，交換層厚度相應(yīng)增加，但Na2O含量達到15%以上時，化學(xué)穩(wěn)定性下降。Na2O與Li2O并用，離子交換的效果較好，但Li2O在2%以下時，增強效果差。通過合適的工藝條件，幾乎對含堿（Na2O、Li2O）玻璃，都可以用K+

交換，取得一定增強效果。

Na2O－CaO－SiO2及Na2O－Al2O3－SiO2玻璃為基體的化學(xué)鋼化玻璃使用最為廣泛。

（2）熔鹽成分對玻璃強度的影響當KNO3

純度不高時，雜質(zhì)離子易于與Na+離子進行置換，從而妨礙了K+

與