《玻璃工艺学》第章玻璃的加工.docVIP

第16章 玻璃的加工 成形后的玻璃制品，除了极少数（如瓶罐等）能直接符合要求外，大多还需进行加工，以得到符合要求的制品；某些平板玻璃在进行工艺加工前，还需对玻璃原片进行加工处理。加工可以改善玻璃的外观和表面性质，还可进行装饰。 本章主要介绍玻璃的冷加工及热加工，现分述如下。 16.1玻璃的冷加工 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。 16.1.1 研磨与抛光 玻璃的研磨与抛光是将不平整玻璃表面进行加工，成为平整而光洁的表面；或者是将玻璃毛坯制品的形状、尺寸经研磨和抛光，达到规定的形状和尺寸要求，而且表面又很光洁的冷加工方法。目前玻璃的研磨和抛光，使用最多的是光学玻璃和眼镜片的加工；特殊情况下使用的压延法夹丝平板玻璃需要研磨与抛光；微晶玻璃基片和某些方法生产的超薄玻璃基片等也需要研磨和抛光。 玻璃的研磨分粗磨和细磨，粗磨是用粗磨料将玻璃表面或制品表面粗糙不平或成形时余留部分的玻璃磨去，有磨削作用，使制品具有需要的形状和尺寸，或平整的面。开始用粗磨料研磨，效率高，但玻璃表面留下凹陷坑和裂纹层，需要用细磨料进行细磨，直至玻璃表面的毛面状态变得较细致，再用抛光材料进行抛光，使毛面玻璃表面变成透明、光滑的表面，并具有光泽。研磨、抛光是两个不同的工序，这两个工序合起来，称为磨光。经研磨、抛光后的玻璃，称磨光玻璃。 16.1.1.1玻璃研磨与抛光的机理 多年来，机械研磨、抛光机理，各国学者研究的很多，共存的见解归纳起来，有三类不同的理论：磨削作用论；流动层论；化学作用论。 磨削作用论：对于研磨，较多学者认为以磨削开始。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。 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。 (1) 玻璃的研磨机理 玻璃的研磨过程，首先是磨盘与玻璃作相对运动，自由磨料在磨盘负载下对玻璃表面进行划痕与剥离的机械作用，同时在玻璃上产生微裂纹。磨料所用的水既起着冷却作用，同时又与玻璃的新生表面产生水解作用，生成硅胶，有利于剥离，具有一定的化学作用。如此重复进行，玻璃表面就形成了一层凹陷的毛面，并带有一定深度的裂纹层，如图16-1所示。 图16-1 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 根据苏联学者卡恰洛夫研究，认为凹陷层的平均深度h，决定于磨料的性质与颗粒直径，其关系为： h=K1D （16-1） 式中 K1――为不同磨料的研磨常数，见表16-1 D――为磨料平均直径 这时产生的裂纹层的平均深度f与凹陷层的平均深度h的关系为 f=2.3h （16-2） 而最大裂纹层深度： F=3.7～4.0h （16-3） 表16-1 各种磨料的研磨常数 磨料种类 石英砂 石榴石 刚玉 碳化硅 碳化硼 K1 0.17 0.22 0.27 0.28 0.33 不同化学组成的玻璃，其物理、力学、化学等性能均有差异，这对研磨表面生成的凹陷层深度和裂纹层深度都有很大影响。表16-2为各种不同玻璃都用105～150微米的碳化硅磨料，在相同的研磨条件下，所得的凹陷层深度和裂纹层深度的比较。从表中看出，机械强度高的玻璃，凹陷层深度和裂纹层深度都比较小。 表16-2 玻璃性质与凹陷层和裂纹层深度的关系 玻璃名称 玻 璃 的 物 理 力 学 性 能 凹陷层平均深度H/μm 裂纹层最大 深度F/μm 磨除量(10min) /cm3 比重/g·cm-3 显微硬度 /Pa 显微抗拉强度/Pa 弹性模量 /Pa 泊松比 重铅玻璃 6.00 2840×106 844×106 4940×107 0.255 60～65 240～255 3.20 重燧玻璃 4.60 3924×106 1110×106 5850×107 0.257 58～60 230～255 2.12 燧石玻璃 3.66 4415×106 1530×