SciTech-Physics-Glass: “浮法”玻璃-Sn(锡) 和 玻璃(混合物) 的物理性质

“浮法”玻璃生产制造

• 注意点:
  
  小作坊采用“铅”取代“锡”，而长期使用“含铅制品”是有害的。
  
  为保护人类健康，许多现代工业都的使用“Pb Free(无铅)”工艺。

• 锡（Sn, Stannum），无毒, 元素符号为Sn，元素周期表第IV主族元素.

  • 原子质量为118.69，原子序数50。
  • 莫氏硬度仅为3.75, 是最柔软金属之一, 有良好的展性，但延性差。
    
    锡在常温下富有展性。
    
    特别在100℃时, 展性非常好, 可以展成极薄锡箔, 薄到0.04mm以下。
    
    但延性却很差, 一拉就断, 不能拉成细丝。
  • 熔点231.89℃，沸点2260℃，
    
    金属锡有灰锡、白锡和脆锡3种同素异形体.
    • 常温下，金属锡主要以白锡形式存在，呈银白色, 略带蓝色具有白色光泽的；
    • 温度低于13.2℃时, 开始转变为灰锡，
    • 在-30℃温度下, 晶型转变速度达到最大值, 锡块迅速变成粉末, 即"锡疫"。
  • 锡在化合物内是二价或四价, 不会被空气氧化, 主要以二氧化物(锡石)和各种硫化物(例如硫锡石)的形式存在。
  • 金属锡即使大量也是无毒的，简单的锡化合物和锡盐的毒性非常低。
    
    但一些有机锡化物的毒性非常高，尤其锡的三烃基化合物，这些化合物可以摧毁含硫的蛋白质
    
    因此被用作“船漆”杀死附在船身上的微生物和贝壳。
  • 地壳锡的含量较低，平均含量只有0.004%。
  • 锡被广泛应用于电子、信息、电器、化工、冶金、建材、机械、食品包装等行业。

• 玻璃是混合物, 不是晶体, 因此没有固定的融点, 但有软化点.
  
  普通玻璃"软化点"大体在600度。玻璃600度可以用炉火变软，拉玻璃丝.
  
  铅玻璃的软化点为500度，石英玻璃的软化点为1600度，
  
  而煤气喷灯1300度，酒精喷灯1000度。
  
  其“软化点”是由"混合物的配方及比例"决定。
  
  例如日常用到的“高硼硅酸盐玻璃”, 掺“硼”使玻璃有更好的导热系数.

• 普通玻璃主成分大致为CaO∶Na2O∶6SiO2。
  
  是由纯碱、石灰石、石英和长石为主原料混合后在玻璃窑里熔融，澄清，匀化后加工成形, 再经退火处理而得玻璃制品.

• Float Process(浮法成型)用于“平板玻璃”生产制备。

• Floating Glass(浮法玻璃) 是“熔融的玻璃液”在“光洁的锡熔液面”上形成的“平板玻璃”，
  
  其有表面光洁平整、无波筋波纹、厚度均匀、光学畸变性小等特点。

• 浮法玻璃的构想于1902年由美国的Hitchcook和Heal提出，于1960年由英国Pilkington公司发明生产。

只讲大体的原理(实际的生产制造工艺不会这么简单)。

[物理性质]

https://m.glass.com.cn/glassnews/newsinfo_234679.html()

1. 玻璃的密度与 锡的密度
   
   因为 锡的密度 比 玻璃的密度 大，
   
   所以高温热熔液态的玻璃 会“浮”在 热熔液态金属锡上方。
   
   而且“上下平面”平行而且“非常平整”。
2. 高温热熔液态的金属锡液会氧化，
   
   为防止锡液氧化 和 灰尘杂质，
   
   “浮法成型”需要在“密闭空间”生产，
   
   并且在“密闭空间”充入“高纯度”保护气体，如“氮气”.

浮法成型

是制作平板玻璃的生产工艺。

“浮法玻璃”生产的成型过程是在通入保护气体(N2及H2)的锡槽完成的 。

熔融玻璃由“熔玻璃池窑”连续流入并“漂浮”在“相对密度大的锡”液表面上，

在重力和表面张力的作用下，

玻璃液在锡液面上铺开、摊平、形成上下表面平整、厚度均匀;

硬化、冷却到“一定的合适温度”后，被引上过渡辊台。

辊台的辊子转动 ，把玻璃带拉出锡槽进入退火窑，

经退火、切裁，就得到浮法玻璃产品 。

玻璃熔制的过程大致可分五个阶段: 硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化、冷却。

熔窑: 把玻璃配合料变成均质的玻璃液过程并使其各个阶段连续进行的反应池。

熔窑以天然气为燃料,每对小炉的天然气与助燃空气定值比例调节。

浮法与其他成型方法比较的优点：

• 适合于高效率制造优质平板玻璃，如没有波筋、厚度均匀、上下表面平整 、互相平行；
• 生产线的规模不受成形方法的限制，
• 单位产品的能耗低；
• 成品利用率高；
• 易于科学化管理和实现全线机械化、自动化，劳动生产率高；
• 连续作业周期可长达几年，有利于稳定地生产 [1]。

工艺产生

早在1902年，美国的Hitchcook和黑尔Heal就曾提出了,

使玻璃液飘浮在“熔融金属”表面，进行热处理的设想。

但由于当时还没有连续水平成型方法而未能实现。

据称英国Pilkington平板玻璃兄弟有限公司的阿拉斯塔·皮尔金顿，

于1952年一次看到一层油飘浮在水面上，于是最早的这种浮法设想就产生。

该公司根据上述这一设想，于1953年初开始着手试验。

据报导该公司集中大批科技人员, 经过七年多的不断努力、花巨额英镑费用，

终于发明一种生产平板玻璃的方法——Float Process。

用这种方法生产的平板玻璃称为浮法玻璃。

它是因玻璃液飘浮在熔融金属表面获得抛光成型而得名的。

制得的玻璃表面平整而无波筋，可与机械磨光玻璃媲美。

浮法玻璃与机械磨光玻璃比较，具有以下明显的优点：

浮法玻璃生产不需要庞大的砂子分级和机械研磨抛光设备的制造和安装.

1. 建设快：其建设速度要比连续机械磨光线快得多。国外，一般从筹建到投产只需一年左右。
2. 投资省：其占地面积相对来讲也比较小，因此，其基建费用只需相同规模的双面连续磨光玻璃生产线的50%左右。
3. 质量好：浮法玻璃的平整度、平行度和透光度完全可以与机械磨光玻璃媲美。
   
   而其他性能如机械强度和热稳定性，都要比机械磨光玻璃好。
4. 产量高：浮法玻璃的产量，主要取决于玻璃熔窑的熔化量和玻璃带成型的拉引速度，
   
   对于相同厚度的玻璃，浮法的拉引速度，比连续压延磨光玻璃要快好几倍，
   
   而且其板宽加大也比较容易，所以其生产量很高.
5. 成本低：由于浮法玻璃生产线可以长期连续生产，产量大，
   
   而且机械化自动化水平高, 生产工人少、劳动生产率高，设备维修费用少。
   
   因此，生产成本要比机磨玻璃低得多，基本与普通窗玻璃接近。