材料成形基础5第五章jj

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1、第五章硅酸盐类材料的生产及工艺原理材料工程基础第五章硅酸盐类材料的生产及工艺原理硅酸盐类材料，包括：玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料等若干类型。本章将分类介绍其生产工艺方法及原理。第一节玻璃的生产与加工玻璃，从广义上讲包括单质玻璃、有机玻璃和无机玻璃。狭义上一般仅指无机玻璃。无机玻璃的生产与加工工艺流程如图5-1所示。不同产品与工艺的主要差异表现在各自的成分设计和成形方法及深加工方面。例如，窗用玻璃在成分设计上采用钠钙硅玻璃系，由浮法成形制得一次制品；光学玻璃在成分设计上采用磷酸盐玻璃系，压制法成形，经研磨、抛光而制得一次制品。一次

2、制品经深加工后，可增添新的性质和用途，这种玻璃为二次制品，也常称为深加工玻璃。例如，把一次制品的窗玻璃，经磁控离子溅射法制成镀膜玻璃，可使玻璃增加彩色和反射光的性质。一、玻璃的生产制备(一)原材料制造玻璃的原料通常分为主要原料和辅助原料。一般玻璃的主要成分包括SiO2、Na2O、CaO、Al2O3、MgO等五种成分为引入上述成分而使用的原料称为主要原料。作为引入SiO2的原料主要有硅砂和砂岩，也是玻璃原料的主要成分。它能使玻璃具有高的化学稳定性、力学性能、电学性能、热学性能。但是含量过多，会使熔制的玻璃液的粘度增大。引入Na2

3、O的原料主要是纯碱和芒硝；引入MgO的原料主要是白云石；引入CaO的原料主要是石灰石、方解石；引入Al2O3的原料主要是长石和高岭土。为使玻璃获得其他性质，或为加速玻璃的熔制过程而引入的原料，通常称为辅助原料。例如，氧化砷和氧化锑、硫酸盐类原料(硫酸钠)、氟化物类原料(氟石等)是作为澄清剂，它们能在玻璃熔制过程中分解产生一定量气体，气体的排放对于配合料和玻璃熔体产生搅拌作用，有利于玻璃熔体的澄清和均匀化。除澄清剂以外，还有着色剂、脱色剂、氧化剂、还原剂、乳浊剂等。(二)配合料的制备，将各种原料的粉料按一定比例称量、混合而成的均

4、匀混合物，称为配合料。(三)玻璃的熔制将配合料经过高温加热成为均匀的、无可见气泡并符合成形要求的玻璃液的过程，称为玻璃的熔制。化学过程：包括固相反应、各种盐类的分解、水化物的分解、化学结合水的排除、组分间的相互作用及硅酸盐的形成。物理化学过程：包括低熔点共熔物的生成、组分和生成物间的相互溶解，玻璃液与炉气介质及气泡间的相互作用，玻璃液与耐火材料间的相互作用等。现以硅酸盐玻璃熔制为例，上述过程大体又可划分为：硅酸盐的形成、玻璃液的形成与澄清、均化与冷却等五个阶段。(五)浮法成形所谓浮法成形是指从熔窑中流出的熔融玻璃液，在流入盛有

5、熔融金属锡的锡池后，在其表面上形成平板玻璃的方法。其成形过程如图5-2所示：图5—2浮法玻璃生产示意图1一导流槽2一玻璃液3一闸板4一碹顶5一锡液6一槽底7一拉边器8一保护气体管道9一玻璃带10一过渡辊台由上述过程可知，浮法玻璃的成形是在锡槽中进行的。玻璃液由熔窑经导流槽进入锡槽后，其成形过程包括有自由展薄、抛光、拉引等工艺环节。图5—3玻璃液在锡液面上的浮起高度二、玻璃制品成形加工(一)玻璃成形加工原理玻璃在玻璃化温度以下处于硬脆状态，一般只能进行机械研磨、抛光处理。当温度高于玻璃化温度时属于热塑性材料，因此玻璃制品的成形一

6、般都是采用热塑成形。常见的成形方法有：吹制法(如瓶罐等空心玻璃)，压制法(如烟缸、盘子等器皿玻璃)压延法(如压花玻璃等)拉制法(如纤维、管子等)浇铸法(光学玻璃等)离心法(如显像管玻壳、玻璃棉等)喷吹法(玻璃珠、玻璃棉等)焊接法(艺术玻璃、仪器玻璃等)等。玻璃制品的成形过程包括成形和定形两个阶段：第一阶段是赋于制品以一定的几何形状；第二阶段是把制品的形状固定下来，是在温度降低下进行的。(二)日用玻璃器件成形日用玻璃器件主要包括玻璃瓶罐、玻璃器皿等。这类玻璃器件的成形方法有人工成形和机械成形两种。1．人工成形人工成形是一种比较原

7、始的成形方法，这种方法目前最常用的是人工吹制法。具体是由操作工人用一空心吹管，将一端挑起熔制好的玻璃料，然后依次均匀地吹成小泡、吹制、加工等操作而使玻璃制品成形。这种成形方法要求操作工人具有丰富的工作经验和熟练的操作手法。2．机械成形玻璃制品的机械成形起源于19世纪末，其雏形是模仿人工操作的半机械化方法成形。19世纪80～90年代发明的压一吹法和吹一吹法，使玻璃制品的成形完全实现了机械化。一般空心制品的成形机，大多数采用压缩空气为动力，推动气缸来带动机器动作。压缩空气容易向各个方向运动，可以灵活地适应操作制度，而且也便于防止制

8、动事故。除压缩空气外，也有一部分空心制品的成形机是采用液压传动的。空心制品的机械成形可以分为供料与成形两大部分：(1)供料如何将玻璃液供给成形机，是机械化成形的主要问题。不同的成形机，要求的供料方法也不同，主要有以下三种：1)液流供料。利用熔窑中玻璃本身的流动进行连续供料.2