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玻璃的机械性质和几种关键技术发展分析

时间:2016-11-07 16:52

  对玻璃深加工企业而言,洞悉玻璃的机械性质是必不可少的环节,对指导玻璃的生产过程有着重要的作用。我国玻璃深加工生产技术在某些领域已接近国外先进国家的水平,但整体玻璃深加工生产技术同国外比差距仍然较大,部分技术含量高的产品与生产线工艺研究尚未形成规模,产业化上还是一片空白,这给我们带来了巨大的压力和挑战。如何在短时间内缩小同国外先进生产水平的差距,加快玻璃深加工生产技术的推广及其产业化的推进,是当前亟待解决的问题。自上世纪90年代起,材料科学取得了重大的创新和突破,利用高新技术开发出了多种环保型、节能型、智能型等深加工玻璃,赋予其新的机械、电、光、化学等方面的功能,进一步增强玻璃的使用效果和应用领域。本文从玻璃的机械性质出发,重点阐述造成实际强度低的关键因素,分析几种关键玻璃深加工技术的发展趋势。

  1玻璃机械性能的影响因素

  1.1表面微纹

  玻璃表面存在的许多微裂纹会导致玻璃实际强裂度及性能大幅降低,据研究可下降3~5倍。微裂纹的产生可归纳为以下几种:①玻璃Si-O结构排列缺陷造成的。这种微裂纹肉眼是无法觉察到的,在电子显微镜下可观测到数目繁多的分布不规则裂纹,是当前的浮法工艺很难克服的问题。②加工过程中产生机械加工损伤或人工操作不当造成的。要采取措施,轻拿轻放,谨防磕碰;注意玻璃生产方向与加工方向一致;注意加工和放置的角度等,防止新增裂纹或裂纹扩大,从而避免在钢化等一系列的热处理中发生炸板、裂板。③磨边、钻孔等冷加工工艺不当,表面纹裂会进一步扩展。需根据加工工艺和玻璃等级,选择合适的工具。如磨轮、钻头的目数尽量高一等级或最细,因为目数越粗越易引起玻璃表面产生损伤;④根据不同玻璃的成份及时调整加工工艺。如加工硼玻璃、石英玻璃、钠玻璃应调整磨轮材质和加工吃刀深度,防止受力和目数过大引发新裂纹或使原有裂纹扩展。

  1.2宏观缺陷

  平板玻璃制作过程中产生结晶夹杂物、光学变形等,即宏观缺陷。如澄清不良或工艺问题导致的气泡、原料颗粒度大和杂质多导致的结石(如积渣、硫化镍颗粒)及玻璃体火层物,它们与主体玻璃的组成存在很大差异,导致内应力不均匀,在后续热处理时易产生膨胀不均,内应力扩大,导致玻璃的强度下降,甚至产生裂纹或炸板。对于玻璃表面的光畸变和表面平整度等缺陷,尤其是应用在电子玻璃、光伏玻璃等高端产品上,必须予以克服。要根据产品需要,对每道工序加强检查,特别是第一道的切割工序,采用对料切片法彻底切除这些缺陷部位。

  1.3微观晶相区不均匀

  这类缺陷属于玻璃结构缺陷。电镜显示玻璃体内部存在许多微相区域,与均匀相之间由于成份差异导致玻璃产生了内应力。主要是混料不均、窑炉液流、工艺配方、杂质等因素造成,是无法彻底根除的。加热处理时微相区增长,内应力扩大,导致玻璃的实际强度降低,甚至产生炸裂。因此,如采用钢化、夹层加热、均质加热、镀膜加热等工艺生产时必须选择优质浮法玻璃。

  1.4不同成份玻璃的应用特性

  玻璃通常按主要成份分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃。非氧化物玻璃品种和数量很少,主要有硫系玻璃和卤化物玻璃。硫系玻璃的阴离子多为硫、硒、碲等,其电阻低,具有开关与记忆特性。卤化物玻璃的折射率低,色散低,多用作光学玻璃。氧化物玻璃分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃等。因其强度、工艺特点不同,应用范围不同,不能混淆。如硅酸盐玻璃中的石英玻璃热膨胀系数低,耐高温,化学稳定性好,透紫外光和红外光,多用于半导体、电光源、光导通信、激光等技术和光学仪器中;钠钙玻璃成本低廉,易成形,适宜大规模生产,可生产玻璃瓶罐、平板玻璃、常规器皿等。由于钠易置换,因此用作TFT-LCD时,使用寿命不尽理想;铅硅酸盐玻璃具有独特的高折射率和高体积电阻,与金属有良好的浸润性,可用于制造灯泡、真空管芯柱、晶质玻璃器皿、火石光学玻璃等。含有大量PbO的铅玻璃能阻挡X射线和g射线;硼硅酸盐玻璃具有良好的耐热性和化学稳定性,用以制造烹饪器具、实验室仪器、金属焊封玻璃、防火玻璃等。因此深加工时要根据玻璃各自特点如硬度等选择不同的冷热加工工艺。

  2三种关键玻璃深加工技术的发展趋势

  材料科学的创新和突破及高新技术的应用,使玻璃功用和性能进一步改善了人们的工作和生活环境。以下几种关键技术的发展将对未来产生深远影响。