1、黃 朝 暉 材料學(xué)院（測試樓118辦公室） 電話：82322186E-mail:,玻璃的成型和退火,第四節(jié) 玻璃熔體的成形與退火 玻璃熔體的成形方法有壓制法（制水杯、煙缸等）、壓延法（壓花玻璃等）、澆鑄法（光學(xué)玻璃、熔鑄耐火材料、鑄石等）、吹制法（瓶罐等空心球）、拉制法（窗用玻璃、玻璃管、玻璃纖維等）、離心法（玻璃棉等）、噴吹法（玻璃珠、各種耐火空心球）、浮法（板玻璃等）、焊接法（儀器玻璃）等。 成形后的制品都存在著復(fù)雜的熱應(yīng)力，要經(jīng)退火工序才能消除。 本節(jié)著重介紹玻璃的成形性質(zhì)、成形制度的制定、壓制、吹制、拉制、浮法等重要成形方法和玻璃的退火。,一、玻璃的主要成形性

2、質(zhì) （一）粘度： 利用玻璃粘度隨溫度變化的可逆性，可以在成形過程中多次加熱玻璃，使之反復(fù)達(dá)到所需的成形粘度，可進(jìn)行局部的反復(fù)加工，以制造復(fù)雜的制品。,（二）表面張力 玻璃液的表面張力使自由的玻璃液滴成為球形；可不用模型吹制中能自然得到圓形；在爆口和烘口時(shí)，表面張力能使邊緣變圓。 （三）彈性 在成形的低溫階段，彈性的作用更明顯。彈性大的玻璃（即較小的應(yīng)力較大的應(yīng)變）能抵抗較大的溫度差，可減少缺陷的發(fā)生。,三、吹制成形（blow process） 分人工吹制和機(jī)械吹制。人工吹制因產(chǎn)量低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，目前除吹制少量工藝美術(shù)品和少量大件產(chǎn)品外已很少用，而以各種自動(dòng)化機(jī)械吹制為主。,林取10型制瓶機(jī)成型

3、過程示意圖 1-接受料滴；2-真空吸口及補(bǔ)氣；3-倒吹氣；4-雛形模翻轉(zhuǎn)；5-雛形模微開進(jìn)行更熱；6-移入成型模；7-料泡在成型模中；8-吹氣成型；9-成品鉗出,四、拉制成形（drawing process）：此法適用于成形各種板材和管材。 （一）平板玻璃的垂直拉制法 20世紀(jì)初比利時(shí)人弗克發(fā)明平板玻璃有糟引上法，后來美國發(fā)展為無槽垂直引上法。1972年日本旭玻璃公司改造為對輥法，見圖。它們的基本原理大致相同 。,垂直引上法生產(chǎn)平板玻璃示意圖 1-通路；2-小眼；3-大梁；4-輔助冷卻器；6-槽子磚；7-板眼；8-齒墻；9-石棉輥；10-魚鱗板；11-引上機(jī)；12-原板；13-角鐵；14-橋磚

4、；15-端墻；16-L型磚；17-引磚；18-冷卻器；19-八字水包；20-槽鋼；21-石棉輥；22-吊平碹；23-玻璃液；24-轉(zhuǎn)動(dòng)式成型輥；25-輻射熱擋板；26-冷卻器；27-原板；28-石棉輥；29-縫隙,（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。 水平拉制見示意圖。此法可拉制外徑270mm的玻璃，主要用以生產(chǎn)日光燈、霓紅燈等和薄壁玻璃管。,丹納拉管法示意圖,五、浮法生產(chǎn)平板玻璃 浮法是指玻璃液漂浮在熔融金屬表面上生產(chǎn)平板玻璃的方法。它是英國皮而金頓公司經(jīng)30年的研究，在1959年進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)的。 優(yōu)點(diǎn)：玻璃質(zhì)量高（接近或相當(dāng)于機(jī)械磨光玻璃），產(chǎn)量大，拉引

5、速度快，厚度可控制在1.730mm。寬度目前可達(dá)5.6m，便于生產(chǎn)自動(dòng)化。浮法玻璃的問世是世界玻璃生產(chǎn)史上的一次重大變革，它正在取代平板玻璃的其他生產(chǎn)方式。,浮法玻璃的成形原理： 讓處于高溫熔融狀態(tài)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(chǎn)出接近于拋光表面的平板玻璃。 下圖為生產(chǎn)示意圖。浮法玻璃的生產(chǎn)原理看似簡單，它是在解決了一系列技術(shù)問題后才得以實(shí)現(xiàn)的。,浮法生產(chǎn)示意圖 1-流槽；2-玻璃液；3-頂蓋；4-玻璃帶；5-錫液；6-槽底；7-保護(hù)氣管道；8-拉邊輥；9-過渡輥臺(tái)；10-胸墻；11-閘板,（一）浮拋介質(zhì)的選擇

6、 用作玻璃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.金屬熔點(diǎn)低于600 ，沸點(diǎn)高于1050 ，1000左右的蒸氣壓應(yīng)盡可能低。 3.在1000左右溫度下，不與玻璃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。能滿足以上條件的金屬鎵、銦、錫三種，其中錫最便宜、無毒，所以選用錫液作為浮拋介質(zhì)。但它易被氧化成SnO、SnO2、或與硫反應(yīng)生成SnS，所以，要用還原性氣體進(jìn)行保護(hù)，一般用氮?dú)饧託錃庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，保護(hù)氣體中即使有很微量的氧都會(huì)使錫液惡化，導(dǎo)致玻璃下表面產(chǎn)生霧點(diǎn)、沾錫、彩虹等缺陷。,（二）玻璃厚度的控制 如何控制玻璃厚度是浮法生產(chǎn)平板玻璃的關(guān)鍵。生產(chǎn)厚度大于6mm的玻璃比較容易，主要是限制

7、玻璃帶自由變寬，在錫槽攤平拋光區(qū)設(shè)石墨擋邊器來限制玻璃寬度。 如果同時(shí)加大玻璃液供給量，并調(diào)整拉引速度，就可以生產(chǎn)630mm厚的玻璃。,生產(chǎn)厚度小于6mm的各種玻璃比較困難。因?yàn)椴Ａг阱a液上自由攤平，有一個(gè)平衡厚度。即使更加大拉力，厚度變化也不大，但寬度卻大大減小。 如拉力過大，玻璃帶會(huì)被拉斷。 要解決浮法玻璃拉薄問題，首先要了解有關(guān)平衡厚度和表面張力的增厚作用，才能了解浮法玻璃拉薄的方法。,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(dá)到平衡時(shí)玻璃帶的厚度有一個(gè)固定值，稱為平衡厚度，約為7mm，見圖。在有拉引力的作用下，玻璃的厚度小于7mm

8、，約為5.76.3mm，6.3mm厚度稱為在有拉引力作用下的平衡厚度。,錫掖上玻璃液平衡厚度-500時(shí)，玻璃液與錫液的浸潤角,2.玻璃表面張力的增厚作用 浮在錫液上的玻璃帶，橫向沒有約束力，當(dāng)縱向拉力增加時(shí)，寬度縮小，而厚度改變不大。 即使利用拉邊器暫時(shí)保持寬度，玻璃帶短期被拉薄，隨后又會(huì)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。 只有當(dāng)玻璃的溫度下降到使粘度達(dá)到105PaS左右，這種增厚作用才會(huì)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以發(fā)揮作用，因此，當(dāng)有拉邊器作用時(shí)，在強(qiáng)大的拉力下就可使玻璃變薄。,（三）浮法

9、成形的工藝制度徐冷法拉薄成形工藝圖（右） （1）玻璃液通過坎式寬流槽（spout）流入錫槽，溫度約1100。 （2）攤平拋光區(qū)，溫度在1050900，玻璃液粘度為102.7103.2Pas。連續(xù)均勻流入錫槽的玻璃液浮在錫液表面，攤平并被拋光，攤平拋光過程所需的時(shí)間約為2min。 （3）徐冷區(qū)，溫度由900降至850，玻璃液粘度從103.2Pas變?yōu)?04.25Pas。,徐冷拉薄法,（4）拉薄區(qū)： 溫度從850降至700 ，玻璃液粘度下降。在該粘度下，表面張力使玻璃變厚作用已不明顯，受拉力作用玻璃易于伸展變薄，且厚度、寬度幾乎按比例減小。玻璃帶在該區(qū)形成了一個(gè)收縮過渡段，或稱為變形區(qū)。拉邊輥都設(shè)

10、在此區(qū)。,徐冷拉薄法,（5）硬化區(qū)： 溫度從700 降至650600 ，玻璃的粘度迅速增加，使其能在保持原狀情況下被拉出錫槽進(jìn)入退火窯。 如錫槽出口溫度偏高，則玻璃帶在被引上轉(zhuǎn)動(dòng)輥時(shí)，會(huì)出現(xiàn)塑性變形。反之，如溫度過低，則會(huì)斷板，并使錫液的氧化加劇。,徐冷拉薄法,六、玻璃的退火 （一）定義與目的 消除玻璃制品在成形或熱加工后殘留在制品內(nèi)的永久應(yīng)力的過程稱為退火。 其目的是防止炸裂和提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。熔鑄耐火材料和鑄石等成形后也都要經(jīng)過退火。 （二）玻璃的熱應(yīng)力 玻璃中由于溫差而產(chǎn)生的內(nèi)力稱為熱應(yīng)力，按其特點(diǎn)分暫時(shí)應(yīng)力和永久應(yīng)力。 （三）玻璃中應(yīng)力的消除 玻璃在應(yīng)變點(diǎn)附近屬粘彈性體（伯格斯體），既具有彈性也具有粘性，因此，應(yīng)力可以得到消除（松弛）。,（四）各種玻璃的允許應(yīng)力 事實(shí)上，在玻璃中完全消除永久應(yīng)力不可能的，因?yàn)樵趹?yīng)變點(diǎn)附近降溫時(shí)，制品內(nèi)外不可能一點(diǎn)沒有溫差。只要那時(shí)溫差存在，到完全冷卻后或多少會(huì)存在永久應(yīng)力。 可根據(jù)制品用途不同，制定一個(gè)允許存在永久應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)來掌握退火要求。允許數(shù)值小的制品（如光學(xué)玻璃）退火要特別精細(xì)，保溫時(shí)間要長，冷卻速度要很慢。,（五）玻璃的退火工藝制度 （1）玻璃的最高退火溫度是指在此溫度下經(jīng)過3分鐘能消除應(yīng)力95%，一般由相當(dāng)于退火點(diǎn)的溫度也叫退火上限溫度； 最低退火溫度是指在此溫度下經(jīng)3分鐘