16、玻璃深加工机械与设备

§16—3 热弯玻璃工艺及设备
一、玻璃热弯原理 平板玻璃是平面状的，而使用它的场所是多种多样的， 这就需要我们改变玻璃的形状。玻璃没有固定的熔点。随 着温度的升高，玻璃的从固态慢慢软化，最后变成液态。 利用这个性质，我们可以把玻璃加热到一定温度而制成我 们需要的形状。
平板玻璃弯曲工艺比较简单：把切割好尺 寸大小的玻璃，放置在根据弯曲弧度设计 的模具上，放入加热炉中，加热到软化温 度，使玻璃软化，然后退火，即可制成热 弯玻璃。
CVD的工艺流程图：在低压的均匀载体气流的 引导下，气体或蒸汽的镀膜材料（也称为“前 驱物” ）在热基片上滑过并与基片发生化学反 应，从而沉积出膜层。载体气流的气压压强一 般在0.01～1mbar之间，属于层流的范畴。
采用CVD技术进行大面积玻璃镀膜的在 线工艺（即与平板玻璃生产过程连接在 一起），一般将喷嘴管（喷嘴在管上直 线排列）固定在平板玻璃的上方。喷嘴 管的开口必须能够覆盖到玻璃带的整个 宽度（即最大到3.21m）。
物理钢化法根据生产过 程中玻璃的支撑办法又可分 为垂直吊挂法„垂直法)、 水平法、水平支持法(自重 法)、气垫法等。 化学钢化法根据变换离 子的类型及离子交换处理的 温度又可分为低于转变点温 度的离子交换法及高于转变 点温度的离子交换法。
水平法是玻璃在水平状态进行输送、加热、成型、 淬冷等工艺过程生产钢化玻璃的方法。根据配备 的设备，可生产平面、单弯、双曲面弯、双折板 等品种的钢化玻璃。本法有多种类型的生产线。 常用的为水平辊道往复式平钢化玻璃生产线。
镶嵌玻璃 它是一种不用制版，不用贴保护膜，无 污染，用廉价的玻璃生产出的高档次、高品 位工艺装饰品。随着人们生活水平的提高， 装饰装修已成为现代主流。镶嵌玻璃装饰画 已成为主要装饰产品之一，可在玻璃上镶嵌 各种山水、化合物、花鸟等图案，产品典雅 别致，曲线流畅，立体感强，栩栩如生。广 泛应用于宾馆、商场、家庭等大型壁画、屏 风、隔断、天花板等。
雕刻玻璃 晶莹剔透，清新高雅、层次分明、活灵 活现，广泛用于屏风、隔断、装饰画、工艺 品等。
中空玻璃
中空玻璃又称隔热玻璃，是由两层玻璃板组成的 ，玻璃板中间有用隔框形成的空隙，所以通称中空 玻璃。中空玻璃的空隙分为6、9、12、15和18mm等 几种。制造中空玻璃的原片已从用单一的普通平板 玻璃发展为镀膜夹丝、夹层玻璃等，用有低辐射膜 玻璃制造的中空玻璃，其隔热性能更好。优质的中 空玻璃使用寿命可长达25年。 中空玻璃最优良的性能是保温隔热性能，既能减 少传导热，又能减少对流热和辐射传热，还具有减 少冷辐射、降低噪音、防止结霜、结露等等性能。
图16-21 装配着磁控阴极的现代平板玻璃镀膜生产线示意图
镀膜生产线的镀膜室如图16-22所示。它的中心是带有布气系统的阴极 或双阴极组合。每一个镀膜室都连接着一个工艺泵抽室，现在这些室几 乎都配置着涡轮分子泵。利用这些泵和布气系统可以控制溅射气压。工 艺泵抽室的旁边是一个隔离室，这里也安装着涡轮分子泵。隔离室与工 艺泵抽室之间通过一个狭缝连接着，狭缝起着阻流的作用。这些狭缝在 允许玻璃进出镀膜室的同时，还可以把溅射气压和溅射气体成分维持在 一个确定的水平上。这样就可以独立设置和控制每个阴极的气体放电。
两班生产时，上班后需将加热炉从保温温度升至 工作温度，要除去这些非生产时间。
§16—5 镀膜玻璃工艺及设备
一、概述 对平板玻璃进行深加工工艺的根本差别在于表面的增加 还是减少。所有会在玻璃体内形成一个崭新表面的工艺都属 于减工艺类别，如图16-18所示。
16-18 减玻璃表面深加工工艺的定义
目前，主要采用三种方法来对玻璃表面进行减处 理。 第一种是刻蚀，例如在画框上产生减反射效 果的玻璃片以及为在表面上得到装饰效果而进行的 表面微观粗化。 第二种处理是抛光，它主要用于加工特殊镜 面所需要的极平的玻璃或用于去除腐蚀层。 最后一种是磨砂或喷砂工艺，它可以实现表 面装饰的效果或通过特殊方式产生表面粗化。磨砂 玻璃产品即通过这种方法实现的。
上图是一种CVD的设计方案：该设备配备由开槽喷嘴。 可以发现，从系统中心的槽喷嘴上喷出来的气体或蒸 气镀膜材料以及气体载体与玻璃表面相遇，然后沿着 与玻璃带传输相同或相反的方向的反应区内向喷嘴两 侧在整个玻璃表面上扩散开来。多余的物质及挥发性 的反应生成物由吸取装置排出排气窗。
现在，使用在线CVD技术的公司主要是英国、 德国和美国的皮尔金顿集团，主要产品包括基 于SnO2:F膜的导电玻璃、基于SnO2:F和SnO2:Sb 膜的低辐射玻璃以及基于光催化TiO2膜的所谓 自清洁玻璃。
生产能力计算
钢化玻璃生产线的生产能力取决于加热炉的生产 能力，加热炉的生产能力按下式计算:
式中A—加热炉炉膛面积 s—所生产玻璃的厚度，以mm计，因次不计入计算结果; n1—每天工作班数(班); n2—每年工作天数(d); ŋ1—装载系数，垂直法为50% -70%，水平法为50% -70%; Ŋ2-时间利用系数(%)。 根据各种加热炉长期生产实际经验的总结，每1 mm厚 度玻璃所需的加热时间为40s。每班工作8h，当一班或
图16-3高压射流喷嘴结构示意图 l—管道；2—喷嘴（切割刀）：3—磨料输送管道；4—混料筒；5—玻璃； 6—输出管道；7—流体和磨料混合室；8—喷出管；9—金刚砂喷嘴
（二）高压射流切割的应用 对于复杂外形玻璃的切割，一般先用普通切割工具将 玻璃切割出粗略的外形，然后用掺有磨料的高压射流沿复 杂形状的轮廓线进行切割，由此可以较精确地切割出所要 求的形状。 （三）高压射流钻孔的应用 高压射流钻孔与上述切割相似，可用掺有磨料的水悬 浮液，在500~1000MPa的压力下形成射流，可在平板玻璃上 钻成要求的尺寸和形状的孔。 （四）高压射流加工的特点 加工时无侧压力，切割时玻璃不变形，不会产生残余 应力；切割缝隙宽度极小，切口整齐，无毛边；可将玻璃 切割成任意形状或在玻璃上钻任意形状的孔；加工时温度 低，不会对玻璃制品造成热应力和破坏；加工时无粉尘； 可用计算机控制，可全部实现自动化。
第十六章 玻璃深加工机械与设备
主讲：郭宏伟 陕西科技大学 材料科学与工程学院
§16—1 概述
玻璃深加工是指有可能改变玻璃的性能并赋 予它新的或不同的功能的技术。尤其对平板 玻璃，深加工就是提升平板玻璃的附加值。 随着新产品的开发和新市场的拓展，它的附 加值也越来越来高。 2006年，国内深加工玻 璃产值首次超过了平板玻璃。
这些要求在很大程度上限制了可使用的镀膜技术的数量。
当前，在平板玻璃上采用的薄膜技术可以分为： 真空工艺，也就是平常所说的物理气相沉积。 Physical Vapor Deposition 化学工艺，也就是平常所说的化学气相沉积。 Chemical vapor deposition 化学镀膜法是将银氨溶液和还原液喷洒到玻璃 表而后产生化学反应生成膜层，膜都是金属膜; 其化学沉积法产品的类型是硅膜，凝胶法是氧 化物膜和金属胶体膜。
间歇式生产ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ般在间歇式窑炉内进行：把切好的 原片放置到模具上，然后洒上一层隔离剂，再放上另 一片玻璃，依次可放上其他原片（最多10片），放入 间歇窑中，封闭窑门，开始升温至900 ℃ 左右，停止 加热，让玻璃随炉冷却，同时进行退火。一个周期一 般要24h。间歇式生产产量小，玻璃表面可能出现麻 点（隔离剂引起的），但玻璃的应力较小，再处理时 破碎率低。
夹层玻璃：
夹层玻璃由两层或多层玻璃之间夹以特殊薄膜， 经高温高压处理而成。其最大的特点是受冲击时不 会碎散。广泛应用于建筑及各种保安场所。
一般分为以下四类：
1.改变玻璃形式的工艺，例如热弯、钻孔、 磨边工艺； 2. 改变玻璃的晶格结构的工艺，例如热钢 化或化学强化； 3.表面处理工艺，包括减（研磨或刻蚀）工 艺或增（沉积）工艺。镀膜工艺属于后一个子分 类； 4.利用连接技术加工的平板玻璃结构，例如 中空玻璃（IGU）、表面元件、LCD显示器、光电 模块等。
§16—4 钢化玻璃工艺及设备
采用将玻璃加热，然后迅速冷却的方法， 以增加玻璃的机械强度和热稳定性的方法称 为物理钢化法。由于采用了加热及吹风冷却， 通常称之为热钢化法或风钢化法。 用化学方法改变玻璃表面组分，以增加玻 璃的机械强度和热稳定性的方法称为化学钢 化法。由于它是通过离子交换使玻璃增强， 又称为离子交换法。
图16-22 溅射生产线的镀膜室示意图
如果在平板玻璃上镀膜,这种膜必须具有以下特点： 与平板玻璃的性能兼容； 膜层材料的可用性以及实现工业规模的镀膜设备所要求

的工艺过程的可能性； 在大面积表面上形成足够平坦的膜层的可行性； 控制膜层厚度的可操作性； 达到适当的镀膜速度的能力； 经济生存能力；环保性。
磁控溅射
溅射原理如下:磁控溅射是在溅 射装置中设置磁场以控制电子 运动方向，束缚电子运动轨迹， 从而提高工作气体的电离几率 和有效地利用电子能量，提供 大量的轰击靶材的正离子，形 成高密度的等离子区，由于正 离子轰击靶材而产生溅射，溅 射粒子的中性靶原子在基片上 沉积成膜，而其中的二次电子 进入等离子区参与电离碰撞， 不断地补充大量的正离子，二 次电子在其能量将耗尽时，被 阳极吸引而导出真空室。
热弯玻璃照片
三、热弯玻璃的设备 按制品的移动方式将玻璃热弯炉分为间歇式和半连续式 两类 隧道式热弯炉与间歇式热弯炉相比，具有以下优点： （1） 燃料消耗少，并可使用劣质煤； （2） 可以连续生产，同一时间内有制品进窑和出窑； （3） 生产管理简单，制品在窑内3~4h就可出窑； （4） 窑内各处温度可按退入曲线要求恒定不变，并可采用 仪表自动控制，保证退火质量； （5） 构造简单，造价便宜，砌筑方便。 四、热弯模具的制作
深加工玻璃产品将成出口主流
玻璃深加工产品 钢化玻璃 中空玻璃 夹胶玻璃 光学玻璃 汽车玻璃 镀膜玻璃 家电玻璃
防火玻璃 防弹玻璃
彩绘、喷雕、镶嵌、家具玻璃是宾馆、饭店、商场、 家庭等场所装饰、装修不可缺少的工艺玻璃产品。它们 具有豪华靓丽、造型别致，款式多样、富有艺术特色， 与周围环境交相辉映； 中空玻璃、立体雕刻、彩绘玻璃、喷砂玻璃、夹丝玻 璃、乳化玻璃、防弹玻璃以及无框门窗等深加工产品， 具有光洁度好，色彩鲜艳、立体感强等特点，广泛应用 于宾馆、商场、家庭的屏风及装饰等。
二、溅射镀膜工艺及 设备 图16-20中是溅射 设备的结构示意图。 它包括一个用于容纳 阴极和基片的真空室、 一个溅射气体充气阀、 一套真空泵组（用于 产生气体放电工艺所 必须的低压环境）以 及一个进行气体放电 的电源单元。
图16-20 溅射室的结构示意图
镀膜室的数量和设计决定于要求的膜系和预期的生产能 力。对于循环周期非常短（如≤45s）的高产能的设备，为了 减少抽气时间，应当使用两个连续的进端锁室和出端锁室。
二、热弯玻璃的生产方式 热弯玻璃的生产有间歇式、半连续式生产以及连 续式生产半连续生产一般是在隧道式窑炉中进行：带 滚轮的模具放置在钢轨上，把切好的平板玻璃放在模 具上，推进隧道窑预热（预热时间以玻璃不炸裂为 准），后面的模具把前面的推入软化区（温度为 800～900℃ ），依次进入退火（ 550～570℃ ）、冷 却、最后作为成品（ 40～50℃ ）从另一端推出，隧 道窑产量大，但退火质量较差，再处理时破碎率高；
化学气相沉积定义： 利用气相物质通过化学反应在基体表面 上形成固态薄膜的一种成膜技术。
化学沉积法广泛地应用于电器元件表面复合材料的生产， 本章所述为浮法在线化学沉积生产镀膜玻璃的工艺及主要装 备。生产在浮法线上进行。在锡槽的长度方向上选择符合生
产工艺要求的温度区，插入一个镀膜反应器，其示意图见图。
§16—2 玻璃切割与钻孔设备
一、激光切割与钻孔 激光能使物体局部产生10000℃以上的高温，所以可用 于玻璃的切割与钻孔。其特点是准确、卫生、效率高，不存 在切割工具的磨损问题等。对于不同厚度的玻璃，一般采用 不同功率的激光器和切割速度。
图16-1 激光切割的工作原理
二、高压水射流切割与钻孔 （一）基本原理 高压泵、增压器、水力分 配器使水达到750~1000MPa的 压力，并将其由喷嘴射出，水 流的速度为超音速，可达 500~1500m/s，从而可对玻璃 进行切割和钻孔。射流切割时 无尘无味。这种方法也称高效 节能水刀。