1、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
2、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
3、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
4、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：
5、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=3.74.0h （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K10.170.220.270.280.33 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105150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
6、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/m裂纹层最大深度F/m磨除量(10min)/cm3比重/gcm-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6.00284010684410649401070.2556065 2402553.20重燧玻璃4.603924106111010658501070.25758602302552.12燧石玻璃3.664415106153010675001070.23750552202231.45钡冕玻璃2.884905106159010674901070.21244
7、521801911.26冕 玻 璃2.535540106209010678201070.21742481741910.91石英玻璃2.207848106344010669601070.13634401481560.45将原始毛坯玻璃研磨成精确的形状或表面平整的制品，一般研磨的磨除量为0.21毫米，或者更多些。所以要用较粗的磨料，以提高效率。但由于粗颗粒使玻璃表面留下的凹陷层深度和裂纹层深度很大，不利于抛光。必须使研磨表面的凹陷层和裂纹层的深度尽可能减小，所以要逐级降低磨料粒度，以使玻璃毛面尽量细些。一般最后一级研磨的玻璃毛面的凹陷层平均深度h为34微米，最大裂纹深度F为1015微米。(2) 玻
8、璃的抛光机理对玻璃的抛光机理的认识，目前存在着不同的见解，有些见解还带有假说性质，比较公认的是相互交错的机械、化学和物理化学作用的概念，来解释抛光过程的生产效率及抛光表面质量的影响等比较确切。 玻璃抛光时，除将研磨后表面的凹陷层(34微米)全部除去外，还需要将凹陷层下面的裂纹层(直1015微米)也抛光除去。这个厚度虽比研磨时磨除的厚度小得多(仅为研磨时磨去的厚度的1/201/40)，但抛光过程所需时间却比研磨过程多得多(为研磨时间的2倍或更多)，即抛光效率比研磨效率低得多。16.1.1.2影响玻璃研磨过程的主要工艺因素 玻璃研磨过程中标志研磨速度和研磨质量的是磨除量(单位时间内被磨除的玻璃数量
9、)和研磨玻璃的凹陷层深度。磨除量大即研磨效率高，凹陷层深度小则研磨质量好。工艺因素中某些只对其中一项有影响，也有对二项均有影响，但常常对一项有好的影响，而对另一项起相反的作用。各项工艺因素的影响分述如下。(1)磨料性质与粒度磨料的硬度大，通常研磨效率高，参见表16-3所示。金刚砂和碳化硅的研磨效率都比石英砂高得多。但硬度大的磨料使研磨表面的凹陷深度较大，这从上面的公式（16-1）和表16-1可以明显看出。磨粒颗粒度大小与玻璃磨除量的关系见图16-2，磨除量是随粒度的增大而增加。根据公式16-1，研磨玻璃凹陷深度是随粒度的增大而增加，即研磨质量是随粒度增大而变坏。为此，在研磨刚开始时，用较粗的粒
10、度，提高研磨效率，以便在较短时间内使玻璃制品达到合适的外形或表面平整。之后，用细磨料逐级研磨，以使研磨质量逐步提高，最后达到抛光要求的表面质量。玻璃磨除量/（g/h）磨料粒度/m图16-2 磨料粒度与研磨效率关系表16-3 玻璃磨料的性能名 称组 成颜 色密 度/gcm-3莫氏硬度显微硬度研磨效率比值金刚砂C无色3.43.61098100刚 玉Al2O3褐、白3.94.09196202560023.5电熔刚玉Al2O3白、黑3.04.091962025600碳化硅SiC绿、黑3.13.399.39.752840032800碳化硼B4C2.59.547200481002.54.5石英砂SiO2白
11、2.679810108001 (2)磨料悬浮液的浓度和给料量磨料悬浮液一般由磨料加水制成悬浮液使用。水不仅使磨料分散、均匀分布于工作面，并且带走研磨下来的玻璃碎屑，冷却摩擦产生的热，以及促成玻璃表面水解成硅胶薄膜。所以水的加入量对研磨效率有一定影响。通常以测量悬浮液比重或计算悬浮液的液固比来表示悬浮液的浓度，各种粒度的磨料都有它最适宜的浓度，过大或过小，都影响研磨效率，如图16-3所示。磨料浓度过小，还会使研磨表面造成伤痕。磨料的给料量对研磨效率的影响如图16-4所示。 图16-3 磨料浓度与研磨效率关系 图16-4 磨料给料量与研磨效率关系从图中的曲线可以看出，研磨效率是随着磨料给料量的增加
12、而提高，但到一定程度后，如再增加磨料给料量，研磨效率提高的速度减慢，甚至再增加给料量，研磨效率不再提高，所以每种粒度的磨料都有一定的最适宜的给料量。(3)研磨盘转速和压力研磨盘的转速和压力与研磨效率都成正比关系。磨盘转速快，将磨料往外甩的就多；压力增大，磨料的磨损度也显著增加。所以都必须相应提高磨料的给料量，否则不仅研磨效率不会增加，甚至降低，还会出现伤痕等缺陷。磨盘转速和压力与研磨效率的关系见图16-5、16-6。磨盘压力/kPa玻璃磨除量/（g/h）玻璃磨除量 图16-5 磨盘转速与研磨效率关系 图16-6 磨盘压力与研磨效率关系(4)磨盘材料磨盘材料硬度大能提高研磨效率。铸铁材料的研磨效
13、率为1，有色金属则为0.6，塑料仅为0.2。但硬度大的研磨盘使研磨表面的凹陷深度也较深。而硬度小的塑料盘，可使玻璃的凹陷深度比铸铁盘降低30。因此，如最后一级粒度的磨料用塑料盘，就可大大缩短抛光时间。(5)玻璃的化学组成玻璃的化学组成对研磨效率和凹陷深度的影响，已列在表16-2，质软的玻璃易研磨，但留下的凹陷深度较大。16.1.1.3影响玻璃抛光过程的主要工艺因素研磨后的玻璃表面有凹陷层，下面还有裂纹层，因此玻璃表面是散光而不透明的。必须把凹陷层及裂纹层都抛去，才能获得光亮的玻璃。因而，总计要抛去玻璃层厚度1015微米。对于光学玻璃等要求高的玻璃，必须把个别大的裂纹也抛去，则总抛去厚度还要多。
14、在一般生产条件下，玻璃的抛光速度仅815微米/小时，因此所需抛光时间比研磨时间长得多。减少玻璃研磨的凹陷深度，就是缩短抛光时间。常常在研磨的最后阶段用细一些磨料或用软质的磨料盘等措施来获得研磨表面浅的凹陷层。另外采用合适的工艺条件，也能提高抛光效率而缩短加工时间。影响抛光的工艺因素分述如下。 (1)抛光材料的性质、浓度和给料量在表16-4中，已列出各种抛光材料的抛光能力，氧化铈、氧化锆比常用红粉的抛光效率高。水在抛光过程比在研磨过程中所起的化学物理化学作用更为明显，因此抛光悬浮液浓度对抛光效率的影响是很敏感的。若使用红粉，一般以比重1.101.14为宜。刚开始抛光时，采用较高的浓度，以使抛光盘
15、吸收较多的红粉，玻璃表面温度也可提高，抛光效率高。但抛光的后一阶段则逐步降低，否则由于玻璃表面温度过高而破裂，同时红粉也易于在抛光盘表面形成硬膜，使玻璃表面擦伤。抛光悬浮液的给料量，如图16-7所示，用量多，效率增加，但过量时，效率反而降低，各种不同的条件下都有最适宜的用量。红粉给料量/g玻璃磨失量/（g/h）图16-7 红粉给料量与抛光效率关系表16-4 玻璃抛光材料的性能名 称组 成颜 色比重/gcm-3莫氏硬度抛光能力/mgmin-1红 粉Fe2O3赤、褐5.25.15.55.60.56氧化铈CeO2淡黄7.360.881.04氧化铬Cr2O3绿5.267.50.28氧化锆ZrO2白5.
16、76.25.56.50.78氧化钍ThO2白、褐9.7671.26(2)抛光盘的转速和压力抛光盘的转速和压力与抛光效率之间存在着正比关系。转速和压力增大，抛光材料和玻璃的作用机会加多、加剧，玻璃表面温度增高，反应加速。反之就低。抛光盘转速和压力增大的同时必须相应增加抛光材料悬浮液给料量，否则，玻璃温度过高易破，也易产生擦伤。 (3)周围空间温度和玻璃温度玻璃表面温度与抛光效率间的关系，如图16-8所示， 抛光效率随表面温度的升高而增加，周围空间温度对玻璃表面温度有影响多特别在气温低的时候，没有保暖措施，玻璃表面温度提不高，抛光效率也就不能提高，如图16-9，周围空间温度从5提高到20，抛光效率
17、几乎增加一倍，超过30增加速度就缓慢。因此为了捉高抛光效率，抛光操作环境温度宜维持25左右。玻璃磨除量/(g/h)周围环境温度/玻璃表面温度/玻璃磨除量/（g/h） 图16-8玻璃表面温度对抛光效率的影响 图16-9周围环境温度对抛光效率的影响 (4)抛光悬浮液的性质红粉悬浮液氢离子浓度对抛光效率的关系见图16-10。pH在39范围内是最适宜的，过大或过小均不好。加入各种盐类如硫酸锌、硫酸铁等，可起加速作用。玻璃磨除量/(g/h)图16-10 红粉中氢离子浓度对抛光效率的影响 (5) 抛光盘材质：一般抛光盘都用毛毡制作，也有用呢绒、马兰草根等。粗毛毡或半粗毛毡的抛光效率高、细毛毡和呢绒的抛光效
18、率低。装饰器皿玻璃表面的刻花、磨琢线条、花纹也是用研磨方法，但它是用小尺寸的铁轮、铜轮加磨料和水进行的，或砂轮加水进行。玻璃制品表面深刻，常用粗磨和细磨再进行抛光。草刻和雕刻则使用不同号的磨料(或砂轮)。磨轮直径、厚度、硬度、端面形状不尽一致， 通过它能在玻璃表面刻出深浅不同、毛面度不同、形状各异的复杂图案。图案层次分明部分还可经抛光使其更明亮，从而达到提高玻璃器皿美感的效果16.1.1.4研磨与抛光材料 由于玻璃研磨时，机械作用是主要的，所以磨料的硬度必须大于玻璃的硬度。常用的磨料性能列于表16-3。 光学玻璃和日用玻璃研磨加工余量大，所以一般用刚玉或天然金刚砂研磨效率高。平板玻璃的研磨加工
19、余量小，但面积大，用量多，一般采用价廉的石英砂。 常用抛光材料有红粉（氧化铁）、氧化铈、氧化铬、氧化锆、氧化钍等，日用玻璃加工也有采用长石粉的。各种抛光材料的性能见表16-4。红粉是-Fe2O3结晶，为玻璃抛光材料中使用得最早最广泛的材料。氧化铈和氧化锆的抛光能力比红粉高，由于他们的价格较红粉高，应用上还没有红粉广泛。对抛光材料的要求，除了须有较高的抛光能力外，必须不含有硬度大、颗粒大的杂质，以免对玻璃表面造成划伤。玻璃研磨作业的不同阶段，需要不同颗粒度磨料，通常要进行分级处理。回收的废磨料经分级处理后也可再用。对颗粒较粗的粒级，可用过筛法分级，较细的粒级则需用水力分级法进行分级。16.1.1
20、.5新型抛光技术对于光学玻璃加工，传统的研磨及抛光方法，从精度和效率方面已不适应。目前发展了许多新的加工技术，如数控研磨和抛光技术、离子束抛光技术、应力盘抛光技术、超光滑表面加工技术、延展性磨削加工、弹性发射抛光法、激光抛光、震动抛光等，这些新技术，已完全适应光学领域迅猛发展的要求。光学透镜新的加工技术，都边检测、边修正，不仅加工精度高，而且加工速度提高几倍到几十倍，对人工技术的依赖性已很小，新研磨和抛光技术的智能化程度都很高，重复精度高。数控研磨和抛光、应力盘抛光技术等，专门针对球面和非球面光学透镜的加工，非常专业化。这里只介绍几种通用的新抛光技术。(1)浴法抛光：浴法抛光是指工件和抛光盘都
21、浸在抛光液中，所用装置示意图见图16-11。图16-11 浴法抛光示意图1塑料浴槽；2抛光液；3搅拌器；4抛光盘；5玻璃工件抛光液的深度以设备静止时淹没工件1015mm为宜，搅拌器是使抛光液处于悬浮状态，不产生沉淀，抛光玻璃时一般使用氧化铁(红粉)、氧化铝等抛光材料，几种玻璃材料浴法抛光的效果见表16-5。表16-5 浴法抛光效果玻璃材料名称与牌号磨 料表面粗糙度/nm光学玻璃F4Al2O3（超级）1光学玻璃BK-7Al2O3（超级）0.6硼硅酸盐玻璃Duran50Al2O3（超级）0.5石英玻璃HerasilAl2O3（超级）0.5石英玻璃HomosilAl2O3（超级）0.3石英晶体Al2
22、O3（超级）0.4(2)离子束抛光：离子束抛光是玻璃工件在传统抛光后，用来进一步提高抛光精度的补充抛光方法。先在真空(1.33Pa)条件下，将惰性气体(氩、氪、氙等)原子使用高频或放电等方法使之成为离子，再用2025kV的电压加速，然后碰撞到位于1.3310-3Pa真空度的真空室内的被加工工件表面上，将能量直接传给工件材料原子，使其逸出表面而被去除。这种方法可以使工件去除厚度达1020m，是典型的用物理碰撞方法进行的抛光技术，一般情况下表面粗糙度可达0.01m，精度高的达0.6nm。(3) 等离子体辅助抛光：等离子体辅助抛光是利用化学反应来去除表面材料而实现抛光的方法，采用特定气体，制成活性等
23、离子体，当活性等离子体与工件表面作用，发生化学反应，生成易挥发的混合气体，从而将工件表面材料去除。如石英玻璃，用CF4抛光气体，激励为等离子体后与石英玻璃表面的反应为：SiO2+CF4=SiF4+CO2等离子体辅助抛光通常需在1.3102Pa真空环境下进行，效率高，表面质量好，表面粗糙度小于0.5nm。16.1.2 切割与钻孔在玻璃机械加工中往往需要进行切割、钻孔，如玻璃门、屏风等通常先切割成要求的尺寸和安装的孔后，再进行其它加工。16.1.2.1切割切割是利用玻璃的脆性和残余应力，在切割点加一刻痕造成应力集中，使之易于折断。对不太厚的板、管，均可用金刚石、合金刀或其他坚韧工具在表面刻痕，再加
24、折断。为了增强切割处应力集中，也可在刻痕后再用火焰加热，更便于切割。如玻璃杯成形后有多余的料帽，可用合金刀沿圆周刻痕，再用扁平火焰沿圆周加热，即可割去。 切割是玻璃装饰加工最基本最常用的一种方法。切割分划切和锯切两种。前者多用于较薄玻璃板、管、瓶颈；而后者则主要针对较厚的或条块状玻璃。(1) 划切 划切是利用玻璃的脆性、抗张应力低和有残余应力的性能，在切割处加一刻痕，造成局部应力集中，易于折断。如用玻璃刀切割平板玻璃。又如平板玻璃用刀轮在线横切、纵切、掰断等。划切常用工具有：在黄铜端部镶嵌金刚石的玻璃刀以及切较硬较厚玻璃的硬质合金刀轮。硬质合金如钨钴合金，切割玻璃如图16-12所示。图16-1
25、2硬质合金刀轮切割玻璃示意图在划切玻璃时应加水或煤油等液体冷却，对切口和切割工具寿命都有好处。(2) 锯切 锯切是利用玻璃的脆性进行磨切。早期多用金属圆盘旋转或金属钢丝拉动外加研磨液的方法，但七、八十年代后已很少采用了。现多用金刚石锯片或碳化硅锯片来切割。金刚石锯片是把金刚砂颗粒镶嵌在圆形锯片边缘锯齿部分而成。结合剂用青铜。冷却剂大多用水，少数用煤油。其切割速度比砂轮快45倍。碳化硅锯片是把碳化硅的各种粗细颗粒和酚醛树脂结合剂结合在一起，经成型、加压、硬化制成。切割时也要加水冷却。16.1.2.2 钻孔对玻璃进行装饰加工往往需要穿孔或钻孔。穿孔常用的方法有机械法，如研磨钻孔、钻床钻孔。还有其他
26、方法如冲击钻孔、超声波钻孔、激光钻孔等。其中激光钻孔将在热加工中叙述。(1) 机械穿孔法 研磨钻孔。研磨钻孔法有两种。一种是用金属（例如铜或黄铜）实心棒状钻头或取芯管状钻头（钻较大孔径时用）加研磨液进行研磨式钻孔。研磨液多用碳化硅磨料加水而成。磨料粒度一般用80100号。另一种是用金属钻头（实心棒状或取芯管状）表面镀有金刚砂，外加冷却剂（水）磨削钻孔。这种钻头钻孔效率高。研磨钻孔法孔径范围一般为3100mm。 钻床钻孔。此法类似金属钻孔。它是用碳化钨或硬质合金钻头，加冷却水、轻油或松节油之类冷却，在玻璃指定部位切削钻孔。钻孔速度比钻金属孔慢。适用孔径范围315mm。用机械法穿孔时，必须注意将切
27、削液循环于孔的内部深处。另外，为了防止孔的周边生成类似贝壳状的缺陷，一般将孔打到板面的一半时，翻过来再从反面打通。或者在玻璃背面加贴另一片玻璃一起打孔。(2) 冲击钻孔法 此法是利用钻孔凿子在电磁震荡器的控制下连续冲击玻璃表面进行打孔。凿子用硬质合金材料制成。电磁震荡器可产生每分钟达2000次以上的冲击频率。(3) 超声波钻孔法 这是一种精度高的钻孔方法。它是利用超声波发生器，使加工工具发生振幅2050m，频率为1630千赫的振动。在振动工具和玻璃间注入研磨液。由于磨料只起到一次的锤击作用，且一次加入量又非常少，因而变形很小，表面光洁度高，精度好。又由于振动频率高，故加工效率高，每分钟可达几百
28、个立方毫米。孔的形状也不限于圆形，且能同时穿几个孔。超声波钻孔示意图如图16-13： 图16-13 超声波加工的钻孔示意图1主轴；2超声波振荡器；3喷雾冷却水；4海绵；5磁致伸缩振子；6锥体；7冷却水出口；8固定磨头的发兰盘；9容器；10工具；11混合液容器；12被加工玻璃；13带动加工物旋转的电机；14砝码；15油压装置；16磨头16.1.3 喷砂及砂雕16.1.3.1喷砂喷砂即用喷枪向玻璃制品表面喷射石英砂或金刚砂等磨料，使其形成毛面，产生透光而不透视效果的加工方法。如果利用镂空模板使喷砂形成花纹图案或文字，则称其为砂雕。(1) 喷砂的基本原理：高速喷向玻璃表面的砂流产生冲击力，使玻璃表面
29、形成纵横交错的微裂纹，进一步的冲击使微裂纹扩展及新微裂纹产生，达到一定程度时玻璃表面质点就呈贝壳状剥落，从而形成粗糙的表面，光线照射后产生散射效应，呈现不透明或半透明的状态。(2) 喷砂工序：喷砂过程是在喷砂设备内完成。喷砂设备包括喷砂机、压缩空气系统和磨料处理装置。喷砂机根据高速喷射的能源不同有四种形式：气压喷砂机，真空喷砂机，蒸汽喷砂机和特种高压喷砂机。一般工厂均采用气压喷砂，即利用压缩空气或高压风机产生的高速气流喷砂。(3) 气压喷砂机包括：工作室，料斗，喷枪及吸砂管，压缩空气管及除尘装置。工作室在喷砂操作过程中封闭以防止粉尘飞扬。压缩空气经气管通入喷枪。高速气流所形成的负压将料斗中的磨
30、料由吸砂管吸入喷枪，并形成磨料射流由喷枪喷出，射向玻璃制品，完成喷砂。图16-14 气压喷砂机的结构1工作室；2料斗；3喷口；4喷管；5压缩空气阀门；6压缩空气管道；7吸砂口；8锥形钟罩；9喷嘴；10喷砂嘴；11玻璃制品喷枪的喷嘴容易磨损，必须选择合理的材料并勤于更换。喷嘴材料有硬质合金、精细陶瓷和碳化硼等，以硬质合金最为常用。压缩空气压力为0.41.0MPa。可根据玻璃制品大小，喷砂精细度要求等选用。喷砂所用磨料有石英砂、碳化硅、碳化硼、刚玉、玻璃细珠等。颗粒度一般为0.060.12mm，0.120.25mm，0.250.5mm三种级别。若花纹线条细密或雕刻图案精致时，易采用光滑的细磨料；而
31、若图案粗犷或大面积喷砂时宜采用粗磨料。已使用过的磨料应回收，经颗粒分级后再反复使用。喷砂玻璃的表面容易脏，并且缺少光泽。要求高的产品要用氢氟酸和硫酸的混合液进行适当处理。16.1.3.2砂雕砂雕是在喷砂的基础上发展，可以替代部分刻花、浮雕、透雕、立雕、镂雕等多种雕刻技法，还将砂雕与机械刻花、雕刻、化学蚀刻、施釉和上金结合起来，坯体不仅可利用无色透明的玻璃，也可利用颜色玻璃套料的制品，进一步从平面砂雕发展到三维空间的新的装饰方法，在同一玻璃制品上，根据花纹图案的要求可得到透明、半透明、不透明、乳浊光面、浮浊毛面、多层彩色(坯体多次套薄层不同颜色的玻璃)、平面上层次不同的多种颜色(坯体上同一部位套
32、多次薄层不同颜色的玻璃或不同部位套不同颜色的薄层玻璃)和金色的多种装饰效果。砂雕工序砂雕工艺流程为：设计制作镂空图案底版 底版贴在玻璃制品表面或加保护层 喷砂 除去保护层 清洗干燥 砂雕制品。镂空图案的底版可用纸、橡胶、金属薄板等雕刻而成。纸制底版现在常用一种特殊纸，一面涂有压敏胶。将纸平覆玻璃上，轻微加压，就可紧贴在玻璃表面上。然后用小刀在纸上雕刻图案花纹，进行镂空。特别适合于平板玻璃砂雕。但缺点是不能深雕，且用纸是一次性的。镂空底版也常用橡胶带和PVC胶带。橡皮胶带背面涂有胶，可直接粘贴于玻璃表面，易于雕刻镂空。其中薄胶带适合于浅雕，但也是一次性的；而厚橡胶带可作深雕，并适合各种形状的玻璃
33、制品，也能反复使用。PVC胶带（聚氯乙烯）是合成制品，用其所制底版不易开裂，弹性好，能反复使用，且适合深雕。但刻制图案稍难一些。金属底版常用的是0.52mm的铅片或锌片。柔性及弹性均好，容易镂空雕刻图案，也能紧贴于玻璃表面，使用寿命长，可反复使用几十次，但不适合于制作精细图案。涂保护层法主要适合于不规则形状的玻璃制品和形状特别复杂的玻璃工艺品。所涂保护层由无机材料加粘结剂配制而成。无机物主要有滑石粉、白垩粉等。粘结剂主要由松香、甘油、沥青、黄蜡、松节油、动物胶等按一定比例配制。保护胶要现用现配，要按比例调配，充分搅拌并加热。施加保护胶层可采用浸入法，浇浆法，涂抹法和丝网印刷法。保护胶要趁热涂在
34、玻璃表面，待适当固化后，就可用小刀雕刻或按丝网印刷程序（适合于精细图文、商标）制作镂空花纹图案，然后进行喷砂。砂雕用保护层配方见表16-6表16-6 喷砂用保护层配方原 料/g1234滑石粉105030060氧化锌300甘 油1350松 香25清 漆40沥 青600黄 蜡30亚麻仁油1000松节油100100动物胶1001250水6001500在施加保护层以前，玻璃表面必须进行清洁处理，以洗去灰尘、油污、纸屑等，然后干燥，以增加涂层的附着力，防止涂层开裂。施加保护层的方法有浸入法、浇浆法、涂抹法和丝网印刷法。对特殊形状和复杂形状的小型玻璃制品可将其浸入在保护胶中，片刻即取出，使保护胶均匀粘附在
35、玻璃表面上。对大型复杂形状的玻璃制品，如用浸入法所需保护胶数量大，可采用浇浆法，将保护胶浇在玻璃制品上，具体操作方法与陶瓷浇釉法相似。涂抹法系用毛刷将保护胶涂在玻璃表面，特别适用于平板玻璃。对大面积平板玻璃，也可用胶辊涂抹，一般需涂刷多次，涂层厚度与砂雕深度有关。16.1.4 刻花与雕刻16.1.4.1表面刻花(1) 刻花的基本概念玻璃刻花是指玻璃表面上有许多刻面，这种多棱的刻面大大地提高玻璃光泽和折光效应，从而使刻花成为装饰玻璃表面的最通用技术之一。 刻花又分为草刻和精刻两种。草刻是用电熔刚玉轮或矿轮(有时也用金刚石轮)，根据加工图案的不同要求，刻花轮的轮缘有不同的弧形和不同大小的角度，在磨
36、轮上保持有充分的水对玻璃表面一次性随意磨刻花草等图案，不同的花纹可以用不同形状的磨轮来完成，花纹不经过粗磨、细磨、抛光几个步骤，由磨轮一次完成，所以花纹呈半透明状，国外称花灯笼，是低档的刻花产品。精刻是指玻璃表面刻有多棱的几何花纹，刻面比较深，故又称深刻。精刻面经粗磨、细磨、抛光而呈全透明的平滑面，而起折光效果。对于壁不厚的钠钙玻璃，一般用草刻。精刻适合于含PbO的折射率高的中铅和高铅玻璃，以及套色的玻璃制品。(2) 人工刻花工艺流程刻花过程实质是研磨和抛光的过程，通过磨盘和磨料在玻璃表面研磨出多棱的纹样，此时玻璃上磨刻之处是半透明的，然后经过抛光，使玻璃上磨刻之处透明。其工艺流程如下： 玻璃
37、制品 粗磨料 水 细磨料 水 抛光粉 水画底稿粗磨 磨料悬浮液细磨 磨料悬浮液抛光 抛光液清洗成品 画底稿时，可将玻璃制品放在回转盘上，人工慢速回转，以便将圆形玻璃制品表面用油漆或其他易于溶剂洗去的涂料画成对称的连续的花纹，以便刻花时按此底稿进行加工，通常采用红丹、松香和松节油配制成的抗水性油漆，即使经过几道磨刻工序，也会保持设计图轮廓，富余打样线可用溶剂洗去。 粗磨是在回转的磨盘上进行，磨盘用熟铁制成，工人手持玻璃制品，按打样线压在磨盘边缘刻磨，磨盘的转速根据金属盘的直径和磨料的粒度而确定，圆周速度为4.57m/s，通常为6m/s，转速一般为600800r/min。磨料采用金刚砂、刚玉，颗粒
38、度为50150目，细磨则用较细的磨料。粗磨的质量好坏对细磨有很重要的影响，决定细磨的效果。个别的深槽和伤痕是粗磨用颗粒过大的磨料造成，给细磨造成困难，磨去这些缺陷需要花费大量时间。 细磨是在粗磨之后，用细颗粒磨轮在刻面上进一步的加工，使不透明的粗毛面成为均匀、半透明的细毛面，细磨大都采用刚玉或金刚砂轮，颗粒度为220280号刚玉轮，铅晶质玻璃用颗粒度为180200号，加水就可进行操作。水一是带走摩擦中产生的热量，避免玻璃制品破裂，二是加速摩刻效率，磨刻时发生化学反应，需要水的加入。(3) 铅晶质玻璃的刻花铅晶质玻璃的刻花可用金刚砂轮进行。粗磨时用粒度为80号的由酚醛塑料为粘结剂制成的绿色金刚砂
39、磨轮，因酚醛塑料的粘合剂弹性好，不因砂轮的粒度大而在玻璃表面形成划痕，以提高生产率。细磨时用粒度为180号的刚玉轮进行，可得到洁净光滑的表面，且生产率提高时锋头仍有足够的稳定性。刻制细线时，宜采用粒度为220280号的刚玉轮。(4) 玻璃表面自动刻花目前根据工作原理有程序控制自动刻花机和光学控制自动刻花机。 程序控制自动刻花机，如德国的BM3BS型的工作原理是先把要加工的花纹图案，在坐标图上画出曲线，再把曲线整理成数字程序，根据数字程序来铣制凸轮，刻花机对玻璃制品进行刻花，就是用凸轮来控制玻璃制品的旋转与走刀，使磨轮在玻璃制品表面刻出花纹，见图16-15示意图，玻璃制品的旋转与走刀由凸轮在03
40、00范围内的运行来实现，并保留60作为回程。凸轮的最大升程为80mm，因而玻璃制品的走刀值也就是80mm，刻花深度由磨轮施给玻璃制品的压力来调整。磨轮采用金刚石轮，最大直径150mm，最大宽度为18mm。由于刻花图案由圆弧组成，很容易表达为数学公式，使各点次序紧密地相互连续排列，可以达到非常准确，对不同图案，采用不同凸轮即可，而更换凸轮只需30min。德国SM8型8工位的自动刻花机，可以刻横、纵、圆、点等，生产速度每班(8h)600件，显然比人工刻花的效率高得多。图16-15 玻璃制品的刻花曲线与玻璃制品旋转和沿轴向走刀值的合成示意图 光学控制自动刻花机是利用光电头在特殊制备的图样的纸带上进行
41、扫描，通过扫描给相应的电机以三种不同的信息：玻璃制品走刀值、玻璃制品旋转值、磨刻头位置。从而控制磨轮按要求的图案刻在玻璃制品上。光电头控制自动刻花原理见图16-16。刻花的深度可以用控制磨盘的压力、连续改变走刀的速度或两者结合起来。采用此类型刻花机最大的优点为在最短时间内按图样进行刻磨，磨刻图案内的刻线可以紧密排列，不需特殊装置即可进行曲线磨刻，变更图案的设备调整时间也很短。刻花机有8个工位，磨刻时间根据图案而定，一般在5l0min之间，这种设备的生产效率是很高的。图16-16 光学控制自动刻花机原理图1光电头；2花纹；3纸带；4玻璃制品旋转电机与纸带传动电机；5玻璃制品走刀（y方向）进给和纸
42、带传动电机；6磨刻压力转换器；7研磨头传动电机；8研磨轮；9玻璃制品；10花纹16.1.4.2 表面雕刻玻璃雕刻是指玻璃表面刻有精细的立体造型或图案。刻花和雕刻两者的区别在于刻花是以多棱图案，几何花纹为主，而雕刻不限于几何花纹，也有人物、风景和文字，而且运用了浮雕技术。玻璃表面雕刻包括凹雕、浮雕、半圆雕、透雕等形式，凹雕和浮雕应用最多。凹雕是在玻璃表面上雕刻出凹形而不同层次的人物、山水、动物和文字等花纹；浮雕是在玻璃表面以绘画的图样进行雕刻，刻有一些背景，再雕出有一定凸度的人物像、图案等。玻璃雕刻立体感和真实感强，刻法复杂、艺术性较高。要达到雕刻的作品精制、高雅，玻璃要选用透明度高、硬度低的材
43、质，如铅晶质玻璃。玻璃雕刻利用铜制的研磨轮，直径510mm，厚13mm，由60种左右的研磨轮配成一组，铜盘的转速为300500r/min，具体根据铜轮直径和雕刻花纹而定。在雕刻机上装有变速器或塔轮，可根据需要随时调整转速。雕刻机的结构示意图16-17。图16-17 雕刻机的结构示意图1铜轮；2支撑轴；3传动轮；4旋转轴承；5支撑座；6皮带；7小皮片；8肘承物铜轮的边缘，根据雕刻的花纹的情况有锐角或扁平状。在雕刻过程中，铜轮的边缘会产生磨损，可用钢制切割刀进行切削修整，以保持要求的形状。雕刻用蘑料有矾土（Al2O3）、金刚砂等，根据雕刻情况可分别选用M-28、M-20、M-14、M-10和M-5
44、标号的金刚砂。在雕刻时将金刚砂加入亚麻仁油混合成为膏状而使用。在雕刻前，先在玻璃制品上画成花纹的草稿，然后手持玻璃制品放在铜轮的下方，进行雕刻。与刻花时相反，刻花时是手持玻璃制品放在研磨轮上方。加入磨料时用铜轮雕刻的花纹是半透明的，由于雕刻的深浅不同而呈立体感，为了增加装饰效果，在图案的个别部分可用木轮加浮石或氧化锡粉为抛光剂进行抛光而使此部分成为透明状。为了提高雕刻速度，可用刚玉轮代替铜轮，劳动生产率能提12倍，也能雕刻出复杂的图案和人像。雕刻好的玻璃制品用溶剂除去油等污染物即为成品。16.2 玻璃制品的热加工玻璃制品的热加工在器皿玻璃、仪器玻璃等的生产中是十分重要的。有很多复杂形状和特殊要
45、求的制品，需要通过热加工进行成形。另一些玻璃制品，需要用热加工来改善制品的性能及外观质量。随着装饰行业的发展，出现了一些新的加工方法。下面加以论述。16.2.1 玻璃制品的热加工原理玻璃制品的热加工原理与成形的原理相似，主要是利用玻璃粘度随温度改变的特性以及表面张力与导热系数来进行的。各种类型的热加工、都必须把制品加热到一定的温度，由于玻璃的粘度随温度升高而减小，同时玻璃导热系数较小，所以能采取局部加热的方法，在需要热加工的地方使之局部达到变形、软化，甚至熔化流动，以进行切割、钻孔、焊接等加工。利用玻璃的表面张力大，使玻璃表面趋向平整的作用，可将玻璃制品进行火抛光和烧口。 在热加工过程中，需掌握玻璃析晶性能，防止玻
