chapter 5 玻璃的热处理与加工解析
玻璃的成型与退火
玻璃的成型与退火玻璃作为一种非晶态固体材料，在现代工业与日常生活中扮演着重要的角色。
其特殊的物理特性使其具备良好的透明度、光学性能以及耐化学腐蚀性能，因此在建筑、光学、电子等领域广泛应用。
然而，要使玻璃具备所需的形状与性能，经历了成型和退火两个重要步骤。
本文将从成型与退火两个方面介绍玻璃的处理过程。
1. 成型玻璃的成型可以通过多种方法实现，包括熔融成型、压铸成型和拉伸成型等。
无论采用何种方法，成型过程都需要通过高温使玻璃软化，然后通过外力施加使其达到所需的形状。
在熔融成型中，玻璃首先被加热到其软化温度以上，通常在1000°C 左右。
然后，将软化的玻璃注入或浇铸到模具中，在模具中冷却固化形成所需的形状。
通过熔融成型，可以制造出各种玻璃制品，如平板玻璃、镜子和管子等。
压铸成型则是将熔融玻璃注入金属模具中，然后通过压力将玻璃充填至模具的形状中，最后冷却固化形成成品。
相较于熔融成型，压铸成型可以获得更为复杂的玻璃制品，如光学透镜和精密光学元件等。
拉伸成型是将熔融玻璃从一侧陆续拉出，然后迅速冷却使其固化。
通过拉伸成型，可以制备出纤维状的玻璃，如光纤和玻璃棉等。
2. 退火在成型完成后，玻璃制品需要经过退火处理以改善其物理性能。
退火是将玻璃制品加热至特定温度，然后缓慢冷却至室温的过程。
退火过程中，玻璃分子内部存在的内应力会被释放，使玻璃材料恢复到更加稳定的无应力状态。
此外，退火还可以改善玻璃的强度、耐热性和耐磨性等性能，并减少制品的内部缺陷。
退火的温度和时间是根据具体的玻璃类型和制品要求来确定的。
通过适当的退火处理，可以获得高质量的玻璃制品，例如耐热耐冷玻璃容器和高强度的玻璃器具。
总结玻璃的成型与退火是确保玻璃制品具备所需形状和性能的重要工艺步骤。
成型过程通过高温使玻璃软化，然后通过外力施加使其达到所需的形状。
退火则通过加热和缓慢冷却以减少内应力，提高玻璃制品的稳定性和物理性能。
通过合理的成型和退火处理，可以获得高质量、功能多样的玻璃制品，满足各个领域的需求。
玻璃工艺学课件(3篇)
第1篇一、课程概述玻璃工艺学是一门研究玻璃材料的生产、加工和应用技术的学科。
它涉及玻璃的物理、化学、力学以及加工工艺等多个方面。
本课件旨在介绍玻璃的基本原理、生产工艺、加工技术以及应用领域，为学生提供系统的玻璃工艺学知识。
二、课程内容第一部分：玻璃的基本原理1. 玻璃的定义与分类- 定义：玻璃是一种非晶态固体，由熔融的硅酸盐、氧化物或金属氧化物冷却固化而成。
- 分类：按成分分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等；按用途分为建筑玻璃、光学玻璃、器皿玻璃等。
2. 玻璃的物理性质- 热稳定性：玻璃具有较好的热稳定性，但温差过大时易破裂。
- 透明度：玻璃具有较高的透明度，但颜色、成分等因素会影响其透明度。
- 机械强度：玻璃的机械强度较低，但通过加工可提高其强度。
3. 玻璃的化学性质- 化学稳定性：玻璃具有良好的化学稳定性，不易与酸、碱反应。
- 玻璃的腐蚀：玻璃在特定条件下会被腐蚀，如硫酸、硝酸等。
第二部分：玻璃的生产工艺1. 玻璃的原料- 硅砂：提供硅元素，是玻璃生产的主要原料。
- 石灰石：提供钙元素，用于降低玻璃的熔点。
- 长石：提供铝、钠、钾等元素，调节玻璃的性质。
2. 玻璃的生产过程- 熔制：将原料在高温下熔融，形成玻璃液。
- 熔化：将玻璃液在高温下加热，使其达到熔融状态。
- 拉制：将熔融的玻璃液拉成细长的玻璃棒。
- 烧结：将玻璃棒在高温下烧结，形成玻璃板。
3. 玻璃的冷却- 快速冷却：通过水冷或风冷，使玻璃迅速固化，减少内应力。
- 缓慢冷却：通过自然冷却或缓慢加热，使玻璃均匀冷却，减少内应力。
第三部分：玻璃的加工技术1. 切割- 机械切割：使用切割机将玻璃切割成所需尺寸。
- 热切割：使用火焰或激光将玻璃切割成所需尺寸。
2. 磨光- 机械化磨光：使用磨光机将玻璃表面磨光。
- 手工磨光：使用砂轮、磨棒等工具手工磨光。
3. 抛光- 机械化抛光：使用抛光机将玻璃表面抛光。
- 手工抛光：使用抛光布、抛光膏等工具手工抛光。
玻璃制造中的固化和热处理技术
联合应用对玻璃性能的影响
提高玻璃的强 度和硬度
改善玻璃的耐 热性和耐腐蚀
性
增强玻璃的透 明度和光泽度
调整玻璃的折 射率和色散特
性
联合应用中的问题和解决方案
温度控制：确保固化和热处理过程中的温度精确控制 时间控制：精确控制固化和热处理过程中的时间 应力控制：防止玻璃在固化和热处理过程中产生过大的应力 设备选择：选择合适的设备和工艺，以实现固化和热处理的最佳效果
玻璃制品的化学稳定性改善： 热处理技术可以改善玻璃制品 的化学稳定性，使其更耐腐蚀。
3
固化和热处理技术 在玻璃制造中的联
合应用
联合应用的优势和必要性
提高玻璃制品的质量和性能
缩短生产周期，降低成本
提高生产效率，减少废品率
满足不同玻璃制品的需求，提 高市场竞争力
联合应用的工艺流程和技术要点
预热阶段：将玻璃制 品缓慢加热至一定温 度，以避免热冲击和 破裂。
辐射固化：利用电子束、离子束 等高能辐射，使玻璃中的分子链 发生化学反应，形成稳定的结构。
化学固化：通过添加固化剂，使 玻璃中的分子链发生化学反应， 形成稳定的结构。
固化技术的优缺点
优点：固化速度快，生产 效率高
缺点：固化后的玻璃具有 较高的硬度和耐磨性
术
成本控制：玻 璃制造成本较 高，需要寻求 降低成本的技
术
技术发展的前景和展望
玻璃制造中固化和热处理 技术的发展趋势
技术发展的前景：更高效、 节能、环保
展望：未来可能会出现更 加智能化、自动化的固化
和热处理技术
技术发展的挑战：需要不 断研发和创新，以满足市
场需求和环保要求
技术发展对玻璃制造业的影响
提高生产效率：新技术的应用可以提高生产效率，降低生产成本。
玻璃强化及热加工技术
玻璃强化及热加工技术一、介绍玻璃是一种常见的建筑材料，但其脆性和易碎性限制了其应用范围。
为了提高玻璃的强度和耐久性，人们发明了玻璃强化技术。
同时，在建筑和装饰领域中，人们也需要对玻璃进行加工，以满足不同的需求。
本文将介绍玻璃强化及热加工技术。
二、玻璃强化技术1. 玻璃强化原理玻璃强化是通过将普通平板玻璃置于高温状态下，并迅速冷却来改变其物理特性的过程。
这种过程被称为淬火。
在淬火过程中，表面温度高于内部温度，使表层快速冷却而内部仍处于较高温度下。
由于快速冷却造成的表层压缩应力与内部拉伸应力之间的差异，导致了玻璃的增强效果。
2. 玻璃强化方法（1）淬火法：将平板玻璃放入淬火窑中进行加工。
（2）化学钝化法：在玻璃表面涂上一层化学物质，形成一层压缩应力，提高玻璃的强度。
（3）热钢化法：将平板玻璃加热至软化点以上，然后在表面喷淋冷却剂。
3. 玻璃强化的应用玻璃强化技术可以提高玻璃的强度和耐久性，使其适用于更广泛的领域。
例如，淬火玻璃可以用于建筑幕墙、家具、电器和汽车等领域。
而化学钝化法则适用于制造手机屏幕、平板电脑和其他电子设备。
三、玻璃热加工技术1. 玻璃切割（1）手工切割：使用手动切割器或油饼刀进行切割。
（2）机械切割：使用自动或半自动机器进行切割。
2. 玻璃打孔打孔是将孔洞钻入玻璃中。
这种技术通常用于制作镜子和其他装饰品。
打孔过程需要特殊的工具和技能。
3. 玻璃磨边磨边是将玻璃的边缘打磨成光滑的过程。
这种技术可以改善玻璃的外观和质量，并防止切割时产生伤口。
4. 玻璃弯曲玻璃弯曲是将平板玻璃加热至软化点以上，然后在模具中进行成型的过程。
这种技术通常用于制作弧形门、窗户和天花板等。
5. 玻璃贴膜贴膜是在玻璃表面涂上一层薄膜，以改变其颜色、透明度或反光率。
这种技术通常用于建筑幕墙和车窗等领域。
四、结论玻璃强化及热加工技术可以提高玻璃的强度和耐久性，并扩大其应用范围。
对于不同的加工需求，人们可以选择不同的加工方法来实现目标。
玻璃加工技术丛书玻璃强化及热加工技术
这种转变不仅仅是对技术和设备的升级，更是对人类智慧和创新的考验。它 要求我们不仅要掌握各种先进的科学技术，还要将这些技术与实际生产相结合， 创造出更多的价值和应用。
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这本书的目录还包括了一些实践性的章节，如“玻璃的热加工设备与工艺” 和“玻璃的强度检测与评价方法”。这些章节强调了理论和实践的结合，通过提 供具体的设备和工艺流程，以及实用的检测和评价方法，使读者能够更好地理解 和应用这些技术。
这本书的目录还特别强调了环境保护和可持续发展。例如，“玻璃加工过程 中的节能与环保”这一章节，将讨论如何在玻璃加工过程中实现节能和环保，以 满足当前社会对可持续发展的需求。
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《玻璃加工技术丛书玻璃强化及热加工技术》是一本全面介绍玻璃强化技术和热加工技术的专业 书籍。本书首先对玻璃的物理特性和化学组成进行了简要介绍，为后续的强化和热加工技术提供 了基础知识。
在强化技术方面，本书详细阐述了各种强化工艺的原理和应用，包括物理强化、化学强化和表面 涂层强化等。对于每种强化方法，都深入探讨了其工艺流程、材料选择、设备配置以及效果评估 等方面的内容。本书还特别了强化玻璃在生产过程中的质量控制和安全性问题，以确保生产出的 产品既符合质量要求又安全可靠。
玻璃钢化炉热处理过程步骤解析
玻璃钢化炉热处理过程步骤解析玻璃钢化炉热处理过程步骤解析:
玻璃钢化炉热处理是将玻璃制品加热至高温后迅速冷却，以改变其内部结构和性质的过程。
下面将解析玻璃钢化炉热处理的步骤。
1. 加热：首先，将待处理的玻璃制品放入玻璃钢化炉中，启动加热系统。
温度升高的速度和最终达到的温度根据玻璃制品的种类和尺寸而有所不同。
关键是确保玻璃制品均匀地加热。
2. 高温保持：当玻璃制品达到所需温度后，保持一段时间使温度均匀分布在整个制品中。
这个步骤有助于消除内部应力和改变制品的晶体结构。
3. 急速冷却：在高温保持的结束，玻璃制品需要迅速冷却。
这通常是通过将炉内的制品放入冷却室中，使其快速冷却。
冷却室通常通过使用强制风冷或喷淋冷却的方法来实现快速冷却。
4. 冷却过程结束：当玻璃制品完全冷却并达到室温时，冷却过程结束。
此时，玻璃制品已经完成了热处理过程。
通过以上步骤进行玻璃钢化炉热处理可以增强玻璃的强度和耐热性，并改善其抗冲击性能。
这种处理方法广泛应用于建筑、汽车和家居等领域，提高了玻璃制品的质量和安全性能。
一文看懂，玻璃及其表面处理工艺
一文看懂，玻璃及其表面处理工艺玻璃受到许多艺术家的喜爱，这源于其优良的特性，如坚硬、透明、装饰性、化学耐蚀性、耐热性及电学、光学等性能。
从环境保护的角度来看，玻璃还较为环保。
玻璃制造成型工艺过程玻璃制造成型工艺过程玻璃受到许多艺术家的喜爱，这源于其优良的特性，如坚硬、透明、装饰性、化学耐蚀性、耐热性及电学、光学等性能。
从环境保护的角度来看，玻璃还较为环保。
原料>计量>配料>熔窑>(澄清剂)>熔融玻璃>成型加工>玻璃制品压制成型示意图常用玻璃品种大类分类1分类2平板玻璃磨砂玻璃磨光玻璃夹层玻璃钢化玻璃釉面玻璃中空玻璃热反射玻璃吸热玻璃彩色玻璃花纹玻璃夹丝玻璃光栅玻璃光致变色玻璃日用玻璃用于制造日用器皿、艺术品和装饰品的玻璃的总称。
泡沫玻璃多孔玻璃，是一种气孔率在80%以上的玻璃。
微晶玻璃玻璃陶瓷，常用于地板、玻璃、墙面的装饰。
其他玻璃玻璃马赛克玻璃空心砖玻璃纤维功能性玻璃可钉玻璃天线玻璃导电玻璃发电玻璃调光玻璃薄纸玻璃防盗玻璃打不碎玻璃隔音玻璃空调玻璃排二氧化碳玻璃调温玻璃泡沫玻璃信息玻璃灭菌玻璃自净玻璃折光玻璃不反光玻璃生物玻璃污染变色玻璃防弹玻璃玻璃马赛克导电玻璃玻璃的二次加工（表面处理技术）成型后的玻璃制品，除了少数可以直接符合要求以外（模具制品），多数还需进行二次加工处理。
二次加工处理可改善玻璃的表面性质、外观质量和外观效果。
玻璃的二次加工可分为：冷加工、热加工和表面处理三大类。
1、玻璃制品的冷加工在常温下通过器械处理玻璃的外形、和表面。
主要方法有研磨、抛光、切割、磨边、喷砂、钻孔、和刻花等玻璃的喷砂处理2、玻璃制品的热加工有些玻璃制品要求特殊、且形状复杂的，需要通过热加工进行最后的成型。
主要方法有：火焰切割、火抛光、锋利边缘的烧口等。
玻璃的火焰切割3、玻璃制品的表面处理玻璃的表面处理包括表面着色、表面涂层（如镜子镀银、表面导电等）以及表面蚀刻、抛光等。
玻璃的熔化和淬火工艺
玻璃的熔化和淬火工艺玻璃是一种非晶态的无机材料，其具有高硬度、透明度高、耐高温等优点。
玻璃的熔化和淬火工艺是制备玻璃制品的重要过程，下面我将详细介绍玻璃的熔化和淬火工艺。
首先，我们来看一下玻璃的熔化工艺。
玻璃的原材料主要包括硅酸盐、碱金属氧化物、碱土金属氧化物等。
这些原材料按照一定比例混合后，放入大型电炉中进行熔化。
炉内的温度通常在1000以上，使原材料迅速熔化并混合均匀，形成玻璃熔液。
在熔化过程中，玻璃熔液需要经历一个退火过程，即将熔液加热到一定温度，然后缓慢冷却。
这是因为在熔化过程中，玻璃内部会产生一些微小的压力或应力，通过退火可以有效地消除这些内部应力，改善玻璃内部结构的稳定性。
玻璃的熔化温度通常很高，达到几百度甚至几千度，因此需要采用特殊的炉内材料和高温耐火材料来保证炉的正常运行。
同时，由于玻璃熔液是一种高粘度流体，容易粘附在炉内，因此熔化工艺中需要定期清理炉内的玻璃余渣，保持炉内环境的清洁。
熔化完成后，接下来是玻璃的淬火工艺。
淬火是指将玻璃制品迅速冷却，使其表面形成高压层，内部形成低温应力，从而使玻璃增加硬度和强度。
淬火可以有效地改善玻璃的物理性质，使其耐冲击性、耐磨性等得到提高。
淬火过程中，玻璃制品通常通过注入冷却介质或将其置于淬火槽中进行冷却。
常见的淬火介质包括冷水、冷油等。
选择合适的淬火介质主要根据制品的大小和形状来决定，以确保玻璃能够均匀冷却，并且不会产生应力集中。
淬火工艺需要严格控制冷却时间和温度，过快或过慢的冷却都会对玻璃的性能产生不良影响。
过快的冷却会导致玻璃内部应力过大，使其易碎；而过慢的冷却则会使玻璃保留部分受热时产生的高温应力，从而影响玻璃的表面质量和强度。
除了以上的熔化和淬火工艺，玻璃制品的生产还涉及其他工艺，如成型、抛光等。
成型工艺包括玻璃的注射成型、热成型、吹制等方式，这些成型方式能够按照不同的需求制作出各种形状的玻璃制品。
抛光则是通过机械或化学方法消除玻璃表面的细小瑕疵，提高其表面光洁度。
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根据淬冷介质的不同，分为风冷淬火和液冷淬火。 1、淬火玻璃的特性 1) 抗弯强度
当温度梯度消失，应力也消失。
把温度低于应变点
以下、无应力的玻璃
板进行双面均匀自然
冷却至室温、其在冷 却过程中玻璃板内的 温度分布和应力分布 情况见图。
2) 永久应力 温度梯度消失，表面与内部温度为常温时，内部残 留的热应力。 将玻璃加热到高 于应变点的温度， 均热后自然冷却， 经一定时间后，玻 璃中温度场分布为 抛物线分布。
2、退火温度 玻璃转变温度Tg附近某一温度。保温时能消除玻璃各 部分的温度梯度，使应力松驰。 退火上限温度，3min能消除应力的95%； 退火下限温度，3min能消除应力的5%； 一次退火：玻璃制品成型后立即进行的 退火工艺； 二次退火：制品冷却以后再进行退火的工艺
二、玻璃的退火
3、玻璃退内容：
玻璃的退火与淬火 玻璃的加工
5.1
一、玻璃的应力
玻璃的退火与淬火
分为三类：热应力、结构应力和机械应力 1、玻璃的热应力 由于温度差而产生的内应力称为热应力。分为：
1) 暂时应力：在温度低于应变点时，玻璃处于弹性
变形温度范围，在经受不均匀温度变化时产生热应力。
表面为压应力、内部为张应力。
2、玻璃中的结构应力
玻璃因化学组成不均导致结构上的不均匀布产生的 应力。
3、机械应力
由外力作用在玻璃上引起的应力，当外力除去时，
应力随之消失，此应力称为机械应力。
二、玻璃的退火
1、退火的概念 消除玻璃制品在成形与热加工后残留在制品内的永 久应力的过程称为退火。 退火的目的：防止炸裂和提高玻璃的机械强度。
四个阶段：
加热阶段、均热阶段、 慢冷阶段、快冷阶段
1)
加热阶段 加热速度: 20/a2 ~30/a2 (℃ /min)。
光学玻璃一般小于5/a2 ，a为制品厚度的一半，单位 为cm。 2) 均热阶段
退火温度：比退火温度上限温度低20~30 ℃。 保温时间t: t ＝70/a2 ~120/a2 ；
2 a 或按应力容许值进行计算： t 520 n
式中：∆n以光程差表示的玻璃内残留内应力
3)
慢冷阶段
6 (1 ) h0 E ( a 2 3 x 2 )
冷却速度(℃ /min)：
式中： 为膨胀系数；E为弹性模量；为导热系数； 为泊松比； h0 冷却速度；a制品厚度的一半；
x 应力测试点离壁厚中线的一半。
E 0.45 对一般工业玻璃： 6 (1 )
化学作用论：英国的普莱斯顿和苏联的格列宾希科夫， 先后提出在玻璃的磨光过程中，不仅仅是机械作用， 而且存在着物理、化学的作用，是以上三种或其中两 种理论的综合。
一、冷加工--玻璃抛光的机理
玻璃的抛光机理
对玻璃的抛光机理的认识，目前存在着不同的见解， 有些见解还带有假说性质，比较公认的是相互交错 的机械、化学和物理化学作用的概念，来解释抛光 过程的生产效率及抛光表面质量的影响等比较确切。
2、玻璃的淬火工艺
1)风冷淬火 玻璃 电加热淬火炉
包装 2)液冷淬火 制品 加热 液冷 洗涤 检验
风栅急冷
性能检测
包装
3、影响玻璃淬火的工艺因素 淬火温度、冷却速度、玻璃的化学组成、厚度。 1) 淬火温度
玻璃急冷时的温度。淬火冷却速度越快，淬火程度越大。
2) 玻璃的组成
应力与玻璃的热膨胀系数、弹性模量及温度差成正比 ，与泊 松比成反比，因此，淬火程度与玻璃的组成有关。
在应变点以上冷却时，玻璃外层受张应力，内层 为压应力，此时玻璃也具有粘弹性，呈可塑状态， 受力后产生位移和变形，使由温度产生的内应力消 失。这一过程称为应力松驰过程。
冷却到应变点以下，玻璃为弹性体，应力变化与暂时
应力的变化情况相同。到室温时，可消除应变点以下产
生的应力，但不能消除应变点以上所产生的应力，此时
研磨玻璃断面（凹陷层及裂纹层） h－平均凹陷层 f－平均裂纹层 F－最大裂纹层
二、玻璃制品的热加工
玻璃制品的热加工原理与成形的原理相似，主要 是利用玻璃粘度随温度改变的特性以及表面张力与 导热系数来进行的。各种类型的热加工、都必须把 制品加热到一定的温度，由于玻璃的粘度随温度升 高而减小，同时玻璃导热系数较小，所以能采取局 部加热的方法，在需要热加工的地方使之局部达到 变形、软化，甚至熔化流动，以进行切割、钻孔、 焊接等加工。
因此
0.45h0 (a 2 3 x 2 )( MPa)
4)
快冷阶段
玻璃在应变点以下温度冷却，只产生暂时应力。只
要应力不超过其极限强度，就可提高冷却速度。 最大冷却速度：
hc 65 / a
2
生产上采用较低的冷却速度如计算值的15%－ 20%，甚至采用： h 2 / a 2 c
三、玻璃的淬火
3) 玻璃的厚度
相同的淬火条件，玻璃越厚，淬火程度越高。因此在非平板 玻璃制品淬火时，要求厚度均匀、厚度差不能太大，否则会因应 力分布不均而破裂。
5.2 玻璃的加工
玻璃制品的加工：冷加工、热加工和表面处理 玻璃的冷加工又称机械加工，在常温下，通过机械方法
来改变玻璃及玻璃制品的外形和表面状态的过程，称为
冷（机械）加工。
冷（机械）加工的基本方法有：研磨与抛光、切割、磨
砂、喷砂、刻花、砂雕、钻孔和切削等。
一、冷加工--玻璃研磨机理
磨削作用论：1665年虎克提出研磨是用磨料将玻璃磨削 到一定的形状，抛光是研磨的延伸；从而使玻璃表面光 滑，纯粹是机械作用。这一认识延续至十九世纪末。 流动层论：以英国学者雷莱、培比为代表，认为玻璃 抛光时，表面有一定的流动性，也称可塑层。可塑层 的流动，把毛面的研磨玻璃表面填平。
抗弯强度比一般玻璃大4~5倍。厚度5~6mm的淬火玻璃的抗 弯强度可达167MPa。
2) 抗冲击强度 抗弯强度比一般玻璃大几倍。
3)
热稳定性
淬火后可承受更宽范围温度变化(250~320 ℃)，普 通玻璃只有70~100 ℃，热稳定性提高。 4) 其他性能
淬火玻璃破坏时，首先发生在内层。由张应力作用引 起破坏的裂纹传播速度很大，同时外层的压应力有保持 破碎的内层不易散落的作用，因此淬火玻璃在破坏时， 只产生没有尖锐角的小碎片，因此它亦称为安全玻璃。