玻璃所用的原料大多是天然礦物,所以制作玻璃要將各種礦物粉碎加工成粉末,然後根據玻璃的成分制成配合料,再送入玻璃熔窯熔化形成玻璃液。合格的玻璃液流經投料池,從投料口流出,形成股流。中堿玻璃壹般為1150 ~ 1170℃,無堿玻璃壹般為1200 ~ 1220℃。該線每分鐘被剪切近200次以形成球坯。球坯經過滑槽和分球器,被分球器攪拌,分別滾入不同的漏鬥,然後落入三個旋轉方向相同的滾輪形成的成球槽中。球坯在滾筒上旋轉,其自身的表面張力逐漸形成光滑圓潤的玻璃球。其直徑由玻璃流的厚度、速度和剪刀速度決定。
當玻璃球離開滾筒時,溫度仍然很高。為了防止粘球,需要用冷球托盤或蛇形跑道冷卻。為了降低玻璃球內外溫差產生的殘余應力,需要通過退火的方式慢慢冷卻。然後存放在球倉進行質檢。
我們知道固體材料可以分為有機材料和無機材料。有機材料包括木材、塑料、有機玻璃、棉花、羊毛、尼龍等。無機材料按結構可分為單晶、多晶和玻璃。單晶具有規則的形狀和嚴格的規則結構。例如,紅寶石是氧化鋁單晶,水晶是二氧化矽單晶,金剛鉆是碳單晶。多晶是大量小單晶的集合,各種陶瓷和金屬都是多晶材料。玻璃是通過熔化、冷卻和固化獲得的無定形固體。它的結構在原子分子範圍內有壹定的規則(短程有序),但在宏觀範圍內沒有規則(長程無序)。它可以通過模具制成各種形狀。玻璃的這種不規則結構決定了玻璃的以下特性:
1.各向同性,玻璃的粒子排列壹般是不規則的,但在統計上是均勻的,所以其物理化學性質在任何方向都是壹樣的。而晶體是各向異性的。例如:電阻率、熱導率、透射比、折射率等。
2.沒有固定的熔點,玻璃在壹定的溫度範圍內從固態逐漸變成液態。晶體有壹定的熔點,例如,冰(水結晶)在0 ゜攝氏度融化。玻璃的這壹特性使它能夠通過吹、拉、壓和其他方法形成。
3.成分和性能的可調性,玻璃的性能可以隨其成分在壹定範圍內連續漸變。而晶體具有固定的成分和某些特性。這樣,我們就可以調整玻璃的成分,使其性能滿足使用要求。
玻璃是如何生產的?玻璃的生產過程包括配料、熔化、成型和退火。它們介紹如下:
1.配料:根據設計的料單,稱取各種原料,放入攪拌機中攪拌均勻。玻璃的主要原料有石英砂、石灰石、長石、純堿和硼酸。
2.熔化:將準備好的原料高溫加熱,形成均勻無氣泡的玻璃液。這是壹個非常復雜的物理化學反應過程。玻璃的熔化是在熔爐中進行的。熔窯主要有兩種:壹種是坩堝窯,在坩堝外面填充玻璃料並加熱。小坩堝窯只放壹個坩堝,大坩堝窯可以放多達20個坩堝。坩堝窯是間歇式生產,現在坩堝窯只生產光學玻璃和有色玻璃。另壹種是池窯,在池窯中,玻璃料被熔化,明火在玻璃表面上方被加熱。玻璃的熔化溫度多為1300 ~ 1600 ゜ C,多數采用火焰加熱,少數采用電流加熱,稱為電熔爐。現在窯都是連續生產,小窯可以幾米,大的可以400米。
3.成型是將熔融的玻璃轉變成具有固定形狀的固體產品。成型必須在壹定的溫度範圍內進行,這是壹個冷卻過程。玻璃先從粘稠的液態變成塑性狀態,再變成易碎的固態。成型方法可分為手工成型和機械成型兩大類。
A.人工成型。還有(1)吹,用鎳鉻合金吹管挑壹團玻璃,邊吹邊在模具裏旋轉。主要用於成型玻璃泡、瓶、球(用於畫玻璃)等。(2)拉絲:吹成小氣泡後,另壹名工人用頂板將其粘住,兩人邊吹邊拉,主要用於制作玻璃管或棒。(3)壓制:挑壹團玻璃,用剪刀剪開使其落入凹模,然後用凸模壓制。主要用於成型杯、盤等。(4)自由形式:挑選材料後,用鉗子、剪刀、鑷子等工具直接制作工藝品。
B.機械成型。由於手工成型勞動強度大、溫度高、條件差,除自由成型外,大部分已被機械成型取代。機械成型除了壓、吹、拉,還包括(1)壓延法,用於生產厚平板玻璃、雕刻玻璃、夾絲玻璃等。(2)澆鑄法生產光學玻璃。(3)離心鑄造法用於制造大直徑玻璃管、器皿和大容量反應罐。這是將玻璃熔體註入高速旋轉的模具中,使玻璃因離心力而緊貼模具壁,不斷旋轉直至玻璃變硬。(4)燒結法,用於生產泡沫玻璃。它在玻璃粉中加入發泡劑,在有蓋的金屬模具中加熱。玻璃在加熱過程中形成許多封閉的氣泡,是壹種很好的隔熱隔音材料。此外,形成平板玻璃還有垂直提拉法、平拉法和浮法。浮法是壹種使玻璃流浮在熔融金屬(錫)表面形成平板玻璃的方法。其主要優點是玻璃質量(光潔度)高,拉絲速度快,產量大。
4.退火,玻璃在成型過程中經歷了劇烈的溫度變化和形狀變化,在玻璃中留下了熱應力。這種熱應力會降低玻璃產品的強度和熱穩定性。如果直接冷卻,很可能在冷卻過程中或者後續的儲存、運輸、使用過程中自行破裂(俗稱玻璃冷爆)。為了消除冷爆現象,玻璃制品成型後必須進行退火處理。退火是將溫度保持在壹定的溫度範圍內或減慢溫度壹段時間,以消除或降低玻璃中的熱應力至允許值。
此外,壹些玻璃產品可以硬化以增加其強度。包括:物理硬化(淬火),用於厚玻璃、桌面玻璃、汽車擋風玻璃等。;和航空玻璃等。硬化的原理是在玻璃表層產生壓應力,增加其強度。
當我們談到玻璃,我們必須提到壹個重要的新發展-玻璃陶瓷。由於水晶的性能優於玻璃,而玻璃又具有易於制造的優勢,人們自然會懷疑兩者能否結合起來實現優勢互補。答案是肯定的,這個組合就是微晶玻璃。微晶玻璃是壹種新型材料,它是通過加入熱處理使大量均勻分布的微小晶體(微米級)在玻璃基體中生長而形成的。或者是壹種用玻璃工藝制成的具有陶瓷性質的材料。它結合了玻璃和陶瓷的優點。如果說人類制造玻璃的歷史已經超過5000年(最早是在古埃及),那麽微晶玻璃就是20世紀50年代才出現的壹種新型材料。
關於玻璃的信息
(1)玻璃生產中的物理化學變化
在玻璃生產中,熔窯中的原料在熔化後發生了復雜的物理和化學變化。以普通玻璃生產為例,主要反應過程如下:
加熱開始時,粉體在100 ~ 120℃範圍內開始脫水。在600℃時,石灰石和純堿通過下列反應生成鈣和鈉的復鹽。
CaCO3+na2co 3 =碳酸鈉
在600 ~ 680℃時,生成的復鹽開始與二氧化矽反應;
cana 2(CO3)2+2 SiO 2 = na 2 SiO 3+casio 3+2co 2↑
在740 ~ 800℃時,低熔點混合物[Na2CO3-cana2 (CO3) 2]開始熔化,並繼續與SiO2反應;
碳酸鈉+氟化鈉(碳酸氫鈉)2+三氧化二矽
=2Na2SiO3+CaSiO3+3CO2↑
氧化鈣熔體與二氧化矽的反應在890~900℃開始。
CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑
在1010℃時,未反應的CaO也與SiO2形成矽酸鈣。
CaO+SiO2=CaSiO3
所有物質在略高於1200℃的溫度下熔化,冷卻後形成玻璃。
(2)玻璃態
玻璃態是介於晶態和非晶態之間的壹種物質狀態。玻璃狀物質的結構特征是其顆粒不像晶體那樣在空間嚴格排列,但也不像無定形物質那樣無規則排列。人們把玻璃態的這種結構特征稱為“短程有序,長程無序”,即從小尺度上看,它具有壹定的晶體排列,但從整體上看,它的排列就像無定形物質壹樣。所以玻璃狀物質並沒有壹定的熔點,而是在壹定的溫度範圍內逐漸軟化,變成液體。
(3)為什麽鋼化玻璃的機械強度很大?
普通玻璃由於內應力大而易碎,機械強度也不大。為了消除這種內應力,在生產玻璃時需要用偏光鏡觀察玻璃內應力的變化。當溫度達到壹定下限時,內應力開始降低,然後加熱到上限時,內應力消失。生產鋼化玻璃時,溫度必須略超過上限,然後急劇冷卻,就像鋼淬火壹樣,所以叫鋼化玻璃。鋼化玻璃極大地改變了內應力的拉伸狀態,從而降低了其脆性。1955年,中國開始生產鋼化玻璃。