第五节 玻璃成型
玻璃成型，是熔融的玻璃液转变为具有固定几何形状制品的过程。玻璃在较高温度时属于热塑性材料，因此一般采用热塑成型，常用的方法有；吹制法（如瓶罐等空心玻璃），拉制法（如纤维，管子等），压制法（如烟缸，盘子等器皿玻璃），压延法（如压花玻璃等），浇注法（如光学玻璃），离心法（如显象管玻壳，玻璃棉等），喷吹法（如玻璃珠，玻璃棉等），烧结法（如泡沫玻璃，微晶玻璃大理石等），漂浮法（如平板玻璃等），以及焊接法（如艺术玻璃，仪器玻璃等）。
玻璃制品的成型可分为成形和定形两阶段。第一阶段赋予制品一定的几何形状；第二阶段是把制品的形状固定下来。玻璃的定形通过降低温度来进行。
在成型过程中，玻璃料除了作机械运动外，不断向周围介质进行连续的热传递。由于冷却和硬化，玻璃由粘性液态变为可塑态，然后再转变为脆性固态。可见，玻璃的成型是一个极为复杂的多种作用的综合过程。其中热传递作用具有极为重要的意义。成形时，玻璃液的热量要传递到周围冷却介质中去。对于无模成型制品（如平板玻璃，玻璃管，玻璃纤维等），冷却介质是空气，热传递方式比较简单；对于模型成形制品（如瓶罐，器皿等），冷却是通过模型再向空气二次传递的，情况要复杂得多。在有模成形过程中，当玻璃液与模具相接触时，由于玻璃的比热比模具小，因而玻璃液表面的温降大，模具表面温升小。另外，因为玻璃导热系数小，玻璃液的降温仅限于极薄的表面层，玻璃表层的强烈冷却使其收缩并短时间脱离模具表面。但玻璃液内部温度尚高，由于内外温差，玻璃液内部的热量将重新加热玻璃表层使之膨胀而再次与模具相接触。如此反复进行而达到玻璃液的冷却与硬化的目的。在生产中，将玻璃液表面暂时脱离模具而因内外温差又被加热的现象称为“重热”。
1．吹制成型
吹制成型是充分利用玻璃的表面张力，粘度和温度的关系，用具有弹性的空气对处于塑性状态的玻璃液进行成形的过程。吹制法用于空心玻璃制品的生产。多少世纪以来，空心玻璃的成型方法主要是手工成型。到十九世纪未，随着工业技术的发展出现了半机械化成型。进入二十世纪以后，尤其是近几十年来又由机械化成型进展为自动化成型，使空心玻璃的产量和质量有了大幅度的提高。但直到目前为止，手工成型仍不失为一种重要的成型方法，它大多用于生产高级器皿，艺术玻璃以及形状复杂需要量不大的产品。
1.1手工吹制
用人工方法吹制玻璃制品时，主要工具是一根长约1—1。5米的空心金属管。挑料前，为便于玻璃液粘附到吹管上，吹管头部应加热到能与玻璃液相粘合的温度。温度太高，对吹管的氧化腐蚀加剧，而且金属氧化物可能沾污玻璃料；温度太低，玻璃液不易与管关头粘合。吹管头部的温度常凭经验掌握。挑料时，将吹管的热端放到玻璃液面上，转动吹管，侍管头粘接了足够的玻璃料后，在不断转动的情况下取出玻璃料，接着吹成小泡。小泡硬化后，再如前法挑取大料，大料的重量应与制品重量相同，并将挑出的大料在铁碗中滚压，使大料符合一定的形状要求。取料后，吹制的主要动作有；
（1） 吹气 使料泡长大并近于球形，泡壁变薄。
（2） 转动吹管 使料泡保持对称形状，不因重力作用而歪扭。
（3） 吹管挑料端向上，保持吹管呈垂直状态片刻，使料泡呈扁平状，并使泡底变薄，泡壁变厚。
（4） 吹管挑料端向下，让吹管呈垂直状态保持片刻，使料泡在重力作用下拉长。
（5） 摆动 左右摆动吹管，使料泡在离心力作用下拉长。
上述动作，由熟练技工灵活掌握运用，侍料泡吹制成适当的形状后，再放入模子中定形，并通过展边，打边，展口，装口，装脚，装柄等整形工序，最终制成产品。
手工吹制的缺点是；工作环境差，劳动强度大，生产效率低，制品的尺寸和形状难以符合标准，对操作工技术要求高。
1.2机械吹制
机械吹制有两种方法；压—吹法和吹—吹法。前者用以制造广口瓶（如罐头瓶，牛奶瓶），后者用以制造细颈小口瓶（如啤酒瓶，汽水瓶）.
（1） 压—吹法
压— 吹法的特点是先将料滴压制成口颈和锥形料泡，然后再吹制成产品。料滴落入由口模和初型模构成的模腔后，冲头下压，同时在口模中形成制品的边口和在初型模中形成锥形料泡。由于口模的内腔完全符合制品的边口外形，因此制品的边口此时已初步定型。当冲模上提后，将口模连同锥形料泡一起送到成型模中，通过置于口模上方的‘吹气帽’，使压缩空气经瓶口进模腔，锥形料泡便被吹成制品。打开口模后，即可将制品取出。这类压—吹机得到了广泛的应用，玻璃制瓶厂中使用的正口机，就是利用这种原理。
（2） 吹—吹法
吹—吹法成型的特点是将初型模倒立，使料滴落入有细长颈部的模腔内。成型过程大致分为五个阶段；1装料 料滴落入模腔；2扑气 压缩空气从上向下将玻璃料滴压实做成口部；3倒吹气 压缩空气从下向上将经压实的料滴吹制成料泡；4 初型翻转 将料泡翻转后移入成型模中；5 正吹气 压缩空气自上向下将雏形料泡吹制成型。
2．拉制成型
拉制是由吹制法演变而来的，可用来拉制玻璃管，玻璃棒，玻璃纤维等。
2.1 人工拉管手工拉制法与吹制相似。用一般方法挑料，滚料及吹制。由于拉管用料量大，挑料可分几次进行。最后把大料滚好后吹成大泡再放入坩埚内烘‘软’。与此同时，另一工人用玻璃液在实心铁杆的端部做一个园形顶盖。再将烘‘软’的大泡尾部与铁杆端部的顶盖粘合，然后开始拉制。拉制时，需向管内吹气并不停地同步转动两根铁管子，以免拉制的玻璃管弯曲变形。
拉制玻璃棒时要把玻璃料团做成不带空腔的整体，拉制时不吹气。
2.2机械拉管 水平引制法拉制的玻璃管直径都在50毫米以下，其引制过程如下图所示；备有加热装置的加热室1通过槽道2与熔窑相连，拉管机前端的旋转吹管4倾斜放置，并伸入加热室中。来自熔窑的玻璃液流经槽道从槽口3呈带状往下流，缠绕在吹管上，并在拉引机拉力的作用下离开吹管。与此同时，压缩空气不断从吹管中吹入，以形成玻璃管。已吹成的玻璃管在平滑的滚道上向前拉动，滚道上设有调节玻璃管冷却速度并起退火作用的装置，滚道未端与牵引机5相连，牵引机除起拉引作用外，还能自动切割并传送玻璃管。
3．压制成型
压制成型适合于制造形状简单的厚壁玻璃制品或厚壁空心制品。其优点是操作简单，生产效率高，制品规格一致，且不需要太高的操作技能。但其应用范围受到许多限制，如壁不能太簿，空腔不能太深，侧壁不能有凹凸不平。而且，制品表面往往有一些不光滑的斑点，并带有模缝线，其棱角不分明，因表面张力的作用而是园的，影响外观效果。为消除上述缺点，有时采用研磨，抛光的方法对表面进行修正。
成型时，将从熔窑取出的玻璃液1放入模型2中，再将模环3放在模型上，然后模芯4开始下压，将玻璃液压向四周，直至填满整个内腔。制品5压成后，将底板6往上推，制品即可脱模而出。
由模型，模环和模芯构成的空间，要精确符合制品的形状。除有时要将制品在加热成可塑状态下做进一步的修正以改变外形之外，模型的内部轮廓应与制品的外部轮廓相一致。
模型分闭式模和开式模两种。闭式模是整体结构，只能用以压制外形轮廓和内部空腔都是由下而上逐渐放大的制品，如玻璃杯，碟子，烟灰缸等；开式模则是一种分体模，可用以压制形状稍复杂些的制品，开模时，将模型从绞链处打开，以免损坏制品的外形。
4．压延成型
用压延法成型的玻璃品种有；压花玻璃（2-12 mm厚的单面花纹玻璃），夹丝玻璃（厚度为6-8 mm）,波纹玻璃（有大波和小波之分，厚度为7 mm左右），槽形玻璃（分无丝和有丝两种，厚度为7 mm），熔融法生产的玻璃马赛克和微晶花岗岩板材（厚度为10-15 mm）目前，压延法已不用来生产光面的窗用玻璃或制镜用的平板玻璃。压延成型分单辊压延和双辊压延两种。
4.1单辊压延法 是一种古老的成型方法。将玻璃液倒在工作平台的金属板上，用金属辊将其压延成平板，再送入退火炉退火。为避免金属工作台和辊轴不致被烧坏，须装设冷却装置。
由于玻璃液和金属板不可能同时接触，因此玻璃板表面极不平整，常有很多裂纹，有某种程度的弯曲与明显的波纹，而且仅仅是透光而并不透明。
这种方法无论在产量，质量和成本上都没有优势，是一种属于淘汰的方法。
4.2 双辊压延法 玻璃液由池窑工作池沿流槽流出，进入成对的用水冷却的中空压辊，经滚压而成平板，再送入退火炉退火，这是一种连续压延成型的方法，其产量，质量，成本都优于单辊压延法。采用对辊压制的玻璃板两面的冷却强度大致相近。由于玻璃液与压辊成型面的接触时间短，即成型时间短，故采用温度较低的玻璃液。
对压延玻璃的成分有如下要求；在压延前玻璃渡液应有较低的粘度以保持良好的可塑性，在压延后，玻璃的粘度应迅速增加，以保证固型，保持花纹的稳定与花纹清晰度，制品应有一定的强度 并易于退火。
用两台双辊压延机组合在一起，就可压制夹丝玻璃。对夹丝玻璃的丝网有以下要求；
丝网的热膨胀系数与玻璃匹配。
丝网与玻璃不起化学反应，防止钢中的碳与玻璃中的氧生成CO2.
丝网应有一定的强度和熔点，防止夹入时拉断与熔断。
丝网应有磁性，以便在处理碎玻璃时容易除去。
在掰断夹丝玻璃时，丝网应比较容易掰断。
丝网价格便宜，易于采购。
通常采用的丝网材质为含18Cr的低碳钢，网丝直径为0.46-0.53mm.
5．浇铸成型
这是一种古老的成型方法，主要用于制造光学玻片，艺术雕刻品等。盛玻璃液的坩埚由熔炉移出后稍待片刻，待玻璃液的粘度约在103-106泊时，可进行浇注。在浇注前须将坩埚内玻璃液的表层刮去，以除去表面条纹。在浇注时，应在坩埚中留存适量的玻璃液，以免因受坩埚沾污而组成不均的玻璃液进入注模。
在浇铸时，如使模型高速旋转，由于离心力使玻璃熔体贴附到模子壁上，一直旋转到玻璃熔体硬化为止。采用这种方法能够制做大直径的玻璃器皿及大容量的化工设备。
6．离心法
离心法是由池窑底部流液口流出的玻璃液流入离心盘，在离心盘的侧壁上开有4000-6000个孔眼，离心盘高速旋转时，玻璃液因离心力的作用由孔眼甩出而成细丝，它经高温高速的燃气吹制成纤维棉，之后若喷以合成树脂或沥青则成为硬质热绝缘材料。用这种方法制得的纤维直径2-15微米，制品容重10-15公斤 /米3，单机产量可达60吨/天，与喷吹法相比，它的纤维较长，且无玻璃细珠杂质。
7．喷吹法
喷吹法是用高速气流将玻璃液吹散成纤维状细丝，因而可用于吹制玻璃纤维。如使玻璃纤维在表面张力作用下收缩成细珠，则可制成玻璃珠。将玻璃液用高速气流吹散成玻璃液流，再用电磁力的振动使液流分散成液滴，液滴在表面张力作用下形成细珠，这是又一种制造玻璃细珠的方法。用这种方法的优点是成本低，产量高，缺点是球径不易控制，有纤维或棉状杂质，或有带尾巴状的细珠。
另一种制造玻璃珠的方法是粉未法，其原理是将玻璃粉碎成要求的颗粒，经过筛分，在一定温度下通过均匀加热区，使玻璃颗粒熔融，在表面张力的作用下形成细珠。用这种方法能制造硬质玻璃珠，珠径易控制，得珠率较高。其缺点是；生产周期长，产量低，成本高，热耗大。
8．烧结法
它是把玻璃磨成粉，加入一定量的粘结剂或发泡剂，经成形后再烧结成玻璃制品。其成形方法有；
干压法 在玻璃粉中加入少量液态结合剂，如水玻璃，用压机压制成所需形状，而后置于炉中加热到稍高于软化点的温度进行烧结。这种制品往往含有1%左右的微细孔，因而透明度有所降低。此法主要用于制造尺寸和形状要求较高的产品，如无线电元件和过滤漏斗等。
注浆法 把玻璃粉和水调制成“泥浆”，注入石膏模，经脱模，干燥，烧结而成玻璃制品。此法用于制造高硅氧玻璃制品及大型玻璃制品。
泡沫玻璃是另一类烧结制品，把能在高温下分解放出气体的物料作为发泡剂加入玻璃粉中，烧结时，发泡剂和玻璃粉相互作用的结果制成带很多闭口气孔的不透水的泡沫玻璃。
9．浮法成型
浮法是指玻璃液流入锡槽后在熔融金属锡的表面上成型为平板玻璃的方法。熔窑内已冷却至1150-1100℃的玻璃液，通过连接熔窑与锡槽的流槽，流到熔融的锡液表面上，在自身重力，表面张力以及拉引力的作用下，摊开成玻璃带，并在锡槽中被抛光与拉薄，在锡槽末端玻璃带已冷却到600℃左右，将即将硬化的玻璃板引出锡槽，通过过渡辊台进入退火窑。
9．1浮法玻璃的成型机理
浮法成型分玻璃液流到锡液表面，玻璃液展薄，玻璃抛光和拉薄四个阶段。
（1） 玻璃液的自由厚度
玻璃液与锡液互不浸润，互无化学反应，锡液的密度大于玻璃液，因而玻璃液浮于锡液表面，浮在锡液面上的玻璃液在不受任何外力作用时所显示的厚度称为自由厚度。自由厚度（H）决定于下列各力之间的平衡；玻璃液的表面张力σg，锡液的表面张力σt，玻璃液与锡液界面的表面张力σgt，以及玻璃液与锡液的密度 dg, dt,其关系式为；
H2 =2 dt (σg +σgt―σt)/g dg (dt―dg)
式中g为重力加速度
当玻璃液温度为1000℃时，把有关各值代入上式，得H =7mm,与实测值接近。
（2） 玻璃液的浮起高度
浮在锡液表面的玻璃液，必然有部分沉入锡液，其浮起高度h1和沉入深度h2可用下式计算；
h1=(1―dg / dt) ×H
(3)玻璃的抛光时间
由流槽流入的玻璃液，由于流槽面和锡液面存在的落差以及流入时的速度不均，将形成成正弦状波纹，在玻璃液纵向漂移和横向扩展时，波纹将逐渐减弱。玻璃液由于表面张力的作用而使表面平整，达到玻璃抛光的目的。该过程所需的时间即为抛光时间。经理论计算及实际测定，成型温度为1000℃时，玻璃抛时间约为 1min.
(4)玻璃的拉薄
玻璃的拉薄分低温拉薄（850℃）和高温拉薄（1050℃）两种方法，拉制效果并不相同。低温法可以拉制更薄的玻璃。离开抛光区的玻璃进入强制冷却区，降温至700℃，粘度为107Pa s,而后进入重新加热区，温度回升到850℃，粘度为105Pa s，在使用拉边器的情况下进行拉薄，其收缩率达30%左右；离开抛光区的玻璃也可徐冷至850℃，再配合拉边器进行高速拉制，收缩率可降到28%以下。
9．2锡液的物理性质
作为浮抛液的锡液，在成型过程中的作用是托浮和抛光玻璃。锡液的物理性质示于下表；
锡液物理性质表


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由上表可知，锡液的密度大大高于玻璃的密度（2.7 g/cm3），有利于对玻璃的托浮；锡的熔点（231.96℃）远低于玻璃出锡槽口的温度（650-700℃），有利于保持玻璃的抛光面；锡的导热率为玻璃的60-70倍，有利于玻璃板面温度的均匀；锡液的表面张力（462-502）×10-3N/m高于玻璃液的表面张力（220-380）×10-3 N/m，有利于玻璃的拉薄。另外，在玻璃成型的温度范围内，锡箔蒸气压变化在1.94×10-4—0.133Pa之间，所以锡液的挥发量极小。
使用锡液作为浮抛介质的主要缺点是Sn极易氧化成SnO,SnO2，不利于玻璃的抛光，同时又是产生虹彩，沾锡，光畸变等玻璃缺陷的主要原因，为此必须采用保护气体。
9．3保护气体
为防止锡液氧化，减少玻璃缺陷，在锡槽中引入由N2和H2组成的气体，其中N2所占的比例为91-96%。
附；玻璃液粘度与玻璃工艺操作的关系
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第六节 建筑微晶玻璃
建筑微晶玻璃分两类，一为压延成型的微晶玻璃，二为烧结成型的微晶玻璃。成型方式不同，晶化方式不同，材料结构和性能也不同。
一 压延成形微晶玻璃
压延成型微晶玻璃以高炉渣为主要原料，掺加硅砂，纯碱和适量晶核剂，经熔化，压延成形，晶化处理而制成。
前苏联于1958年开始研制，1966年在乌克兰康斯坦丁汽车玻璃厂建成了两条用压延法生产矿渣微晶玻璃板的生产线,年产量为100-150万㎡。产品分黑，白，灰三种，白色微晶玻璃板施釉后呈枣红，杏黄，墨绿，湖兰及天然大理石纹等多种色彩和纹样。其后，又在十月革命玻璃厂建成了用压制法生产暗灰色微晶玻璃砖（250×250×20，300×300×20）的生产线，年产量为30万㎡。至1980年，前苏联建筑微晶玻璃年产量为10800万㎡。
美，英，法，德，日等许多国家也都进行了大量的研究工作，唯前苏联实现了工业化生产。我国于1973年将建筑微晶玻璃研究列为全国重点科研项目，先在武汉建立了一个试验车间，后在湘潭建立了一条生产性试验线，虽经小试，中试，历时十年，但末能取得成功。1986年和1988年，山西大同，河南安阳先后与苏方多次洽谈技术引进，至今末能谈妥。据报道，河北邢台晶牛集团于已于2001年10月试验成功用压延法生产红色微晶玻璃板，板厚12mm，尾矿用量55- 60%，成品率为90%。与烧结微晶玻璃相比，能耗低20%，成本低20%。
1．康斯坦丁汽车玻璃厂微晶玻璃生产概况
工艺流程；
配料→熔化→压延→晶化→掰板→切裁→包装
← ←碎玻璃仓←←破碎←
主要原料；康斯坦丁高炉矿渣，其化学组成范围为(wt%)；

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料方（㎏/吨玻璃液）
高炉渣500-600，硅砂300-400，添加料120-170
主要设备及工艺参数
池窑 横火焰池窑，池深约0。5米，池底由电辅助加热并鼓泡。以天然气为燃料，在还原气氛下熔制，熔化部面积145㎡，熔化部表面温度1480℃，成形部面积115㎡，温度为1260±20℃，熔化能力为55吨/日
压延成形机
下辊与上辊直径比为4：1，下辊浸入水槽，上辊内通冷却水
板宽1600-1850㎜，板厚7-12㎜，成形速度20-120 m/h
板厚10㎜时，成形速度约为50 m/h
每条生产线配置两台压延成形机，其中一台备用。
晶化炉和退火炉
晶化炉长120-130米，最高温度930℃
切割机和掰板机
2．建筑微晶玻璃的特性及应用
（1） 材料性能好
建筑微晶玻璃装饰面板与天然大理石，花岗岩的性能如表所示；
建筑微晶玻璃板与天然大理石，花岗岩的性能表
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化学稳定性好，抗酸，碱，海水的腐蚀性强。
色彩丰富，可以通过在板面施加不同的色釉制成色调不同，纹样各异的板材。配套性好，不像天然石材难以配套。
自洁性好，微晶玻璃吸水率为零，铁锈，油污等难以渗入，不容易沾附灰尘，易于清冼。
安全性好，不像某些天然石材有放射性。
易于粘贴
（2）应用范围广
建筑微晶玻璃表面光洁，色彩丰富，耐水耐油耐磨损，自洁性好，抗冻性好，除用作公用，民用建筑的内外墙装修材料，也可以在超净化车间使用。
建筑微晶玻璃，作为一种结构材料，耐磨性好，在采矿场，可代替钢材用做导料槽，溜槽，料斗的衬里;在选矿厂，可代替碳钢或灰口铸铁，制造水力旋流器锥体；在焦化厂，可用作溜焦槽的内衬；在水泥厂可用于气压输送菅道的内衬；在发电厂，可用于煤，煤灰的输送；设备使用寿命提高5-10倍；
建筑微晶玻璃，作为一种种耐酸硷，耐高温，耐磨耗的材料，可用作有腐蚀性介质厂房的地板，墙壁或容器。例如，用于有金属熔体溢出的地面，液态金属的冷却沟渠，用以制作浇铸金属的模具，制作催化裂化器的内衬等。
另外，建筑微晶玻璃既可用金属纤维增强，也可与金属件组合，制成增强复合构件，建筑微晶玻璃纤维也可用以增强其他材料。
总上所述，建筑微晶玻璃可代替钢材，铸铁，有色金属，玻璃，陶瓷，混凝土，大理石以及其他贵重天然石材，用途极为广泛。
3）生产成本低，环保效益好
原料价格低（以工业尾矿，冶金矿渣，煤矸石，粉煤灰等作为主要原料）；纯碱用量少（约为普通玻璃的一半）；能耗低（熔制温度较低，特别是液态渣直接利用时，能耗更低）。
既大量地利用了固体废渣（配合料中高炉渣占60-70%，用灰渣时高达85%），又减少了天然矿物原料用量，减轻了环境负荷。而且用作建筑物外墙饰面材料时，美化了城市（如前苏联的国际机场，国民经济展览馆冶金厅，国立玻陶研究院及康斯坦丁民居）
3．工艺技术难点
（1） 熔化控制难，难以避免析晶
玻璃液中氧化铁，氧化锰等着色组分含量高，玻璃液颜色深，导热性差（普通玻璃液深度方向温度降小于1.0℃/㎜，而建筑微晶玻璃约为1.4℃/㎜），因此，池窑中玻璃液的温度梯度大；建筑微晶玻璃的析晶上限温度高，为1180-1220℃（平板玻璃为900℃，瓶罐玻璃为1010℃），致使池窑内的某些部位玻璃液容易析晶。
（2） 成形控制难，既容易析晶折断，又容易变形塌陷
对于一般玻璃，成形温度比析晶上限温度高150-170℃，建筑微晶玻璃的成形温度比析晶上限温度高50-70℃，有时只高出30℃；
玻璃碱金属氧化物含量低，碱土金属氧化物含量高，料性短；着色氧化物含量高，透热性差。因此，成形时，一方面，玻璃板表面层冷却比透明玻璃快得多，易于析晶，晶体的生长引起粘度的急速变化，大晶体的出现导致微裂纹的产生或折断；另一方面，玻璃板内层降温速度比透明玻璃慢，，玻璃液粘度小而导致变形或塌陷。
（3） 晶化控制难，既易于开裂，又易于变形
建筑微晶玻璃的核化温度为650-750℃，晶化温度（晶体生长温度）为800-950℃，有的高达1000℃，而软化温度却较低，因此，晶化处理时容易软化下垂甚至粘辊现象；又由于晶化过程中，残留玻璃相的组成在不断地变化，特别是在微晶玻璃的结晶能力强，晶相数量多的情况下，晶相与玻璃相间因热膨胀系数之差而产生较大的热应力，如晶化处理升温速度控制不当，则易于开裂，也易于变形；当板材上下温差较大时，可能引起板材上下层晶化程度的差异，使板材上拱变形。
4．原因分析
建筑微晶玻璃在生产过程中存在上述技术难点的主要原因与微晶玻璃析晶时的成核方式有关。
成核剂种类多，如Fe2O3,Cr2O3,TiO2,ZrO2, MnO ,ZnO,氟化物，硫化物，硫酸盐，磷酸盐等。
成核剂含量变化大，某些成核剂是作为矿渣本身的杂质组分而引入的，某些成核剂易于挥发，某些成核剂受熔制条件影响很大。
成核方式多，既有均相成核，也有非均相成核，既有体积成核，又有表面成核。
成核过程复杂，成核过程中可能伴有液-液分相现象，而晶体析出时母体相成分的变化将导致各氧化物相对比例的改变，有可能析出新的晶相。
耐火材料受融蚀时，某些组分进入玻璃液，也可能成为成核剂。
成核密度大。
成核机制的复杂性对建筑微晶玻璃的熔制，成形与晶化热处理都造成了极大的影响。
5．建筑微晶玻璃工艺，结构与性能的关系
建筑微晶玻璃的结构特性是在基体相（残留玻璃相）中，均匀地分布着尺寸约为1微米的结晶体，结晶度在60%-70%。建筑微晶玻璃的性能取决于其结构特性，只有当微晶玻璃中晶体数量多，晶体尺寸小，晶体分布均匀时，微晶玻璃才能具有优良的性能。而建筑微晶玻璃的结构特性和生产工艺密切相关，一旦微晶玻璃的结构均匀性受到影响，就必然影响到其性能。
建筑微晶玻璃的生产是一个矿渣，尾矿，硅砂等晶态或非晶态原料自其起始态向非晶态转变，又由非晶态向晶态转变的过程。凡是影响晶态转变过程的因素都不可避免地对微晶玻璃结构的均匀性产生影响，从而影响微晶玻璃的性能。对微晶玻璃的结构与性能产生影响的主要工艺因素及宜采取的措施有；
（1）原料成分的稳定性和配合料成分的均匀性
（2）窑炉熔区温度的均匀性
为提高温度均匀性，采取的主要措施有；采用薄层化料方式，以缩小玻璃液内部温差。适当提高熔制温度，实施强化熔制，以防止熔化与澄清时析晶，但最高温度不宜超过1600℃；采取鼓泡或机械搅拌，提高玻璃液的温度均匀性；增设电辅助加热，防止玻璃液温度局部偏低；热态渣直接入窑。
（3）玻璃熔制温度，气氛，压力制度的稳定性
（4） 成形设备对玻璃料性的适应性
采用其他成形方式，如垂直流延成形，浮法成形，烧结法成形等
（5） 晶化处理工艺制度的稳定性
玻璃板底面形成沟槽，以加快冷却，避免沾辊；一次降温直接晶化，核化过程在玻璃板温度降至晶化温度以前完成；在锡槽中进行晶化处理。
二 烧结微晶玻璃大理石
1966 年，日本电气硝子的微晶玻璃研究从已开发的Li2O-Al2O3-SiO2系统低膨胀微晶玻璃转向新的探索目标，开始研究CaO-Al2O3-SiO2系统的白色微晶玻璃建筑材料。为实现白色大理石的外观，结晶的尺寸必须大，晶核数量必须少，而在压延成形时，也遇到了因析晶而破裂的困难。试制过程中发现， β-硅灰石析晶时，玻璃已经很软，因而提出了使玻璃块融接成板状，再提高温度使之析晶的设想。试验表明，这是一条可行的技术途径。并于1974年取得烧结法生产微晶玻璃大理石的工业化试验的成功。产品标准尺寸为900×900×15mm和900×1200×15mm.
据报道，我国目前已有三家公司批量生产微晶玻璃大理石，年生产能力约为50万平方米，（其中有广东茂名中辰建材工业有限公司，浙江嘉善新辰建材有限公司）。新辰公司年产微晶石8万平方米，色调为白，灰，米黄，浅棕，抗压强度为285MPa，抗折强度大于30MPa，冲击韧性264KJ/m2，吸水率0。04%。由于产品规格，花色品种，销售价格等原因，国内仅人民大会堂广东厅，北京新机场候机厅，大连国际中心，福州环球广场等少数工程使用。我国仍每年从国外进口大量高档石材。
1．生产工艺
原料 硅砂，石灰石，长石等天然矿物原料及少量纯碱等工业原料

化学组成(沈阳某厂白色玻璃料)


1. SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O B2O3 BaO ZnO
2. 54.28 4.76 0.19 0.09 15.39 0.13 1.13 11.24 1.78 4.88 5.68



工艺流程
配料→池窑熔化（1450-1500℃）→水淬（直径1-7mm粒状玻璃料，也可压延成板再水淬）→干燥→装车（料粒装在台车上的耐火材料底板上）→在隧道窑中烧结并晶化（以250℃/小时的速度从室温升到700℃，再以120℃/小时的速度升到1100℃，保温 2小时）→研磨→背面粘贴玻璃纤维-环氧树脂层→切裁，钻孔。
烧结，晶化过程
约850℃，玻璃开始软化，颗粒相互融接，成为无空隙的一块板。
约950℃，针状β-硅灰石开始从融接的界面向玻璃颗粒内部生长。
约1100℃，保温1-2小时，结晶生长完成，形成由直径为2-3微米，长几十微米的针状，柱状β-硅灰石聚集而成的球状或扫帚状结晶体，结晶体约占40%，基质玻璃约占60%。板面凹凸不平几乎全部除去。
微晶玻璃板表面一经研磨，便呈现出具有从颗粒边界生长的结晶花纹以及由玻璃基质赋予的半透明外观。
2．工艺技术及材料性能的特点；
原料中着色氧化物含量低，回避了熔制时因玻璃液颜色深，透热性差而玻璃熔体温差大的问题。
原料中不含成核剂，配料时不加成核剂，回避了熔制时易于析晶的问题
成形方式的改变，回避了压延成型时因易于析晶而造成的困难。
先烧结，再晶化，整个过程都在耐火垫板上进行，回避了晶化热处理时因晶化温度高于软化温度而易于变形的问题。
晶化仅依赖于表面成核，而晶核仅形成于颗粒界面，晶核数量少，晶体有足够的生长空间，故晶体尺寸大，斑状晶花分布在透明度较高的玻璃相中，射入微晶玻璃的光线因内部各相的漫反射而显得柔和及有深度，产生类似钻石般晶莹剔透，璀璨发亮的光学效果。而压延成型的微晶玻璃则没有光泽。
玻璃虽已烧结，但料粒界面仍能吸收部分应力，而且大结晶的相互交错，也有利于吸收受冲击时的应力。因而有效地提高了板材的抗冲击强度。虽然烧结微晶玻璃的抗折强度约 50MPa，不到压延成形微晶玻璃的一半，但已为大理石和花岗岩的3-4倍。由于抗冲击强度明显提高，达2.5kgcm/cm2，略高于大理石，为普通玻璃的3-4倍，才使以玻璃作为饰面材料成为可能。其实，用有色玻璃替代大理石和花岗岩作为外墙饰面材料，在欧美早在古代就已开始，但过去皆以失败告终，原因是石料为粗晶的集合体，晶粒界面能够吸收热和机械的冲击应力，而原先的玻璃没有这种吸收应力的界面。
可加工性好，微晶玻璃可经软化（加热至760-800℃）而加工成弧面或曲面，不像天然石材那样需经雕刻而成。由于化学稳定性好，光泽度的耐久性也好，抗冻性好，可用于外墙装饰。
技术难点；
晶化温度制度及温度场对气泡的大小及数量影响极大，板面气泡不易完全消除。
晶化时容易炸裂，直接影响产品的合格率。
玻璃本身的粘度-温度特性，晶化温度制度，垫板质量等对板面的平整度影响极大，如果板面不平，将给后续的研磨与抛光带来极大的困难。

第七节 玻璃加工
玻璃作为透明材料，因其良好的透光性和高的抗压强度而广泛地应用于建筑及其他许多领域。但是，普通单片玻璃抗折强度低，抗冲击强度低，在节能，安全，防范，隔音，隔热等方面远远不能满足建筑技术发展的需要，使其应用受到了限制。为了既能保持普通玻璃的长处，又能弥补普通玻璃的不足，需要对玻璃进行深加工。
以玻璃原片为基础，经过物理，化学或其他物理化学相组合的现代技术，使玻璃具有新的结构和形态的过程，称之为玻璃加工。它赋予了玻璃新的功能，提高了玻璃的技术含量和附加值，拓宽了玻璃的应用领域。它不仅与建筑业和交通运输业（公路，铁路，航运，海运）密切相关，也早已成为电子信息，国防军工等高新技术不可缺少的材料。
改革开放以来，我国加工玻璃的工艺技术，生产品种，生产规模都取得了长足的进步。目前，加工玻璃的主要品种有；钢化玻璃，涂膜玻璃，夹层玻璃，中空玻璃等。
screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=’点击在新窗口查看全图\nCTRL+鼠标滚轮放大或缩小’;}" border=0> 我国加工玻璃虽取得了很大的发展，但还存在下述问题;
(1)国内只有少数浮法生产线（上海的SYP,由英国皮尔金顿公司投资；如广东的GFG和大连的DFG，皆由美国PPG公司投资，于97年将股分转让给日本）生产的平板玻璃能符合玻璃加工对玻璃原片的质量要求，而90%以上的浮法玻璃存在平整度差，渗锡量高,透光率低的质量差距，因此，部分原片仍依赖进口。尽快提高我国浮法玻璃生产技术水平是当务之急。
(2)企业生产规模小，技术装备水平不高，大部分企业原为工厂的附属车间，规模小，品种单一；引进线50%以上的装备系国外80年代水平；由于产品质量，配套能力，设备故障，市场销售等原因，生产线平均开工率不足30%。
(3)产品开发应用力度不够，材料生产部门，建筑设计部门，建筑施工单位之间脱节。
(4)加工玻璃基础研究投入少，科技开发能力低，企业陷于低价恶性竞争，为生存而挣扎，中国建材院，秦皇岛玻璃院资金投入减少。
1．钢化玻璃
玻璃实际强度大大低于理论强度的原因是玻璃表面存在大量微裂纹，据测定，在1㎜2表面有300个左右的微裂纹，它们是在生产，加工和使用过程中产生的。提高玻璃强度的方法有；
在玻璃表面复盖一层微晶材料或胶质材料，以避免表面损伤，减少微裂纹的产生。例如喷涂SnCl4，以形成SnO2层。
采用火抛光使微裂纹愈合或用氢氟酸腐蚀，使裂纹尖端曲率半径增大，以去除表面已经存在的微裂纹。
采用热钢化或化学钢化的方法使玻璃表面产生压应力，以抑制表面微裂纹的扩展。
1.1玻璃的热钢化
把玻璃加热到一定温度后，在冷却介质中急剧均匀冷却，使玻璃的内层和表层产生很大的温度梯度，在玻璃尚处于粘滞状态时，虽有温度梯度而无应力，玻璃固化后，原松驰应力逐步转化为永久应力，在玻璃表面形成均匀分布的压应力层。
1.2玻璃的化学钢化
把加热的含碱玻璃浸于熔融的盐浴中，通过玻璃与熔盐的离子交换改变玻璃表面的化学组成，使玻璃表面形成压应力层达到提高玻璃强度的目的。
低温型处理工艺以熔盐中半径大的离子（K+）置换玻璃中半径小的离子（Na+），使玻璃表面因挤压而产生压应力层，其应力大小取决于交换离子的体积效应。
高温型处理工艺 在玻璃转变温度以上，以熔盐中半径小的离子置换玻璃中半径大的离子，在玻璃表面形成热膨胀系数比主体玻璃小的薄层，冷却时在玻璃表面形成压应力，其大小取决于两者的热膨胀系数之差。
2．镀膜玻璃
采用镀膜法对窗用玻璃进行深加工是玻璃增添新的性能，拓宽新的用途的重要途径之一。镀膜的方法有溶液中沉积，化学气相沉积，物理气相沉积和电化学沉积四种类型。
2.1气溶胶法
把金属盐类溶于乙醇或蒸馏水中制成高度均匀的气溶胶液，再将其喷涂于灼热的玻璃表面，在玻璃表面生成一层牢固的金属氧化物薄膜。例如，将硝酸铜溶解于由水，乙醇，醋酸和丙酮配制成的混合液中，将硝酸铜溶液喷雾到已加热到600-700℃的玻璃表面上，经热分解而得的氧化铜CuO或氧化亚铜Cu2O与玻璃中的 SiO2作用生成CuSiO3，固结在玻璃表面，制成能吸收紫外线的涂层玻璃。
2.2溶胶凝胶法
将金属醇化物的有机溶液经水解，缩聚而成溶胶，把具有一定粘度的溶胶涂覆（喷涂，浸涂，旋转涂膜）于玻璃表面，在低温中加热分解制成涂膜玻璃。用于制造彩色玻璃，光致变色玻璃等。
2.3蒸发镀膜（真空镀膜）
材料在真空下蒸发并凝结于玻璃表面，再经高温热处理后，形成附着力很强的膜层。蒸发镀膜在真空中进行，为避免残余气体对膜的成分和性能产生影响，要求残余气体的压力在1-0。1Pa。
在选用蒸发材料时，对于化学元素，既不能用难以蒸发的难熔金属，也不能用虽易蒸发但在凝结期间易与残余气体反应造成膜成分波动的Zn,Cd,Ga,Sn, Sb等；对于化合物，只宜选用简单组成的化合物，因其蒸发时常以原化学计量比成膜，具有复杂负离子的化合物几乎都要离解，不宜选用。一些简单的卤化物可以无任何离解的蒸发，生产上常用CaF2,MgF2,AlF3,LaF3等。硫化物如ZnS 在蒸发时易分解为Zn和S，但凝结时仍能复合成ZnS膜；对于合金材料，蒸气成分和膜成分取决于组分的蒸气压及活性系数是否相同或相近，如相差过大，易挥发成分先行气化而出现成分分馏现象。
材料蒸发的方式有；直接电阻加热蒸发和间接电阻加热蒸发，间歇蒸发和连续蒸发。直接电阻加热是把蒸发材料制成线材或棒材，通电加热使之蒸发，这种方法目前很少使用。简接电阻加热的方法有；容器加热蒸发源，辐射加热蒸发源和电子束加热等。目前生产高纯膜普遍采用电子束加热。蒸发材料放在水冷坩埚中，高能电子束在蒸发材料表面产生高温而使材料蒸发。在制造厚膜时或连续生产时，采用连续蒸发加热。
当蒸汽原子在玻璃表面滞留时，原子的不断扩散形成不均匀的晶核，由于蒸汽原子不断地冲击表面，使相邻的晶核长大而聚结，直到形成连续的膜。
2.4阴极溅射法镀膜
在阴极溅射镀膜装置中，两个电极安装在真空室内，以镀膜材料制成阴极靶，以衬底支架为阳极，其上放置待镀玻璃。由辉光放电产生的正离子轰击阴极靶，从靶中溅出的中性粒子穿过工作气体而凝结在玻璃表面上。与蒸发镀膜相比，原子的动能高，荷电粒子数量多，入射粒子和高能中性粒子对衬底表面有强烈影响（变粗糙，穿透等），膜质渗杂多。
2.5离子镀法镀膜
这是一种把真空镀膜的蒸发工艺和溅射法的溅射工艺相结合的新工艺。即蒸发后的气体在辉光放电中因撞击反应而形成离子，离子在电场中被加速，而后在玻璃表面凝结成膜。其优点是；膜的附着力强，膜的密度高，镀膜效率高，对于复杂形状的待镀材料，也能有相对均匀的镀层。
2.6贴膜玻璃
用特种胶将多层聚酯膜（玻璃膜）贴在普通平板玻璃表面，即制成贴膜玻璃。玻璃膜分建筑用，汽车用和安全用（又称铁甲玻璃）三种；美国于20世纪30年代研制成功安全膜，最早应用于宇航。我国从1993年开始使用进口的安全膜，最初应用于银行，运钞车，近年已应用于公用建筑。建筑贴膜玻璃分二种。
热反射玻璃，能透过大部分可见光和近红外线，能阻挡大部分远红外线，能有效降低室内温度。据上海市测定，在室外温度为38-39℃时，采用热反射玻璃的房间比采用普通玻璃的房间低3。5℃。
低幅射玻璃（Low-E玻璃）能透过太阳的短波辐射热使之进入室内，能反射90%以上的室内物体辐射的红外线使之保留在室内，有良好的保温节能效果。
3．夹层玻璃
夹层玻璃是由两片或两片以上的玻璃用合成树脂胶片（聚乙烯醇缩丁醛薄膜）粘结在一起的安全玻璃。
3.1生产工艺
（1）洗涤与干燥，以去除玻璃原片的油污及杂物，去除中间膜片的NaHCO3粉.
（2）洒粉 玻璃进行配对合片时，为防止板面擦伤或防止玻璃热弯时粘片，先在下玻璃表面上喷洒滑石粉，再把上玻璃合上。制造弯夹层玻璃时，送入热弯炉用槽沉法进行玻璃热弯。
（3）人工铺膜 先扫除玻璃表面的滑石粉，再将经洗涤，干燥的中间膜切裁后铺在玻璃片之间。
（4）预热预压 以驱除玻璃板与膜片之间的残余空气，以及使中间膜能初步粘住两片玻璃，预热是在100-150℃的预热炉中进行。
（5）热压胶合 主要生产方法有真空蒸压釜法和辊子法两种。
采用真空蒸压釜法时，把夹膜合片后的玻璃板放入蒸压釜中，先抽真空脱气，后加热预粘合，再继续加压胶粘而成。以油作介质时，用蒸汽将油加热到约130℃，用泵把油压升到1.5MPa，热压时间为95min。以空气为介质时，用蒸汽将空气加热到135-150℃，通入压力为1.1-1.4MPa的压缩空气，热压90min
采用辊子法时，把夹膜合片后的玻璃板放在辊子上用夹棍排气，而后再加温加压。这种方法的优点是能自动化连续生产，但不能生产复杂形状的制品。
3.2品种
普通夹层玻璃(SR) 由两片3mm玻璃和一片0.38mmPVB胶片压制而成。耐冲击性的抗贯穿高度为1m。
抗贯穿性夹层玻璃(HPR) 采用0.76 mm的高抗贯穿能力的胶片（称HPR）。耐冲击性的抗贯穿高度为3.66m。
加天线的弯夹层玻璃 在中间膜中焊入0。10-1。10 mm的铜线。
电热线夹层玻璃 把夹层玻璃中的电热线通电加热，使玻璃保持一定的温度，防止玻璃表面在冬季结雾，结霜。电热线常选用丝径较细的钨丝。
导电膜夹层玻璃 在玻璃板上喷涂四氯化锡溶液，形成一层氯化锡导电膜，由于不加电热线，故不影响视线。
3.3夹层玻璃的性能
（1）安全性
碎玻璃不脱落。在受到外力撞击或发生台风，地震等自然灾害时，普通玻璃会碎裂而脱落，容易伤人。夹层玻璃破碎时，只产生“蜘蛛网“状的微裂纹，碎玻璃仍牢固地粘附在PVB胶片上而不致脱落伤人。
抗穿透性强。受冲击时，PVB胶片可吸收冲击能量，作为汽车玻璃时，既能阻止外来冲击物进入窗内，也能阻止人员穿透玻璃冲出窗外；作为防弹玻璃，适用于银行，邮局的柜台和运钞车的防护
能防止二次事故发生。用夹层玻璃作汽车前风挡玻璃，遇到交通事故时，碎玻璃不脱落，仍能保持透光性，不会影响视线，不会引发二次事故。钢化玻璃破碎时，会产生视觉障碍，容易导致二次事故的发生。
防盗性好，门窗是建筑物防盗的薄弱部位，安装夹层玻璃后，即使玻璃破碎，碎玻璃也仍然牢固地粘附在薄膜上，使门窗的防盗性大为增强。用于汽车门窗时，也能有效地提高安全防范性。
（2）隔音性夹层玻璃中PVB的粘弹性对声音传播具有高阻尼作用，能大幅度降低玻璃谐振频率引起的重合效应，增强了玻璃的隔音效果。厚度为6。76mm的夹层玻璃（两块3。0 mm的单片玻璃+0。76 mm厚的薄膜）与厚度为6。0mm的单片玻璃相比，其隔声量对比如图所示。
（3）隔热性 通过选用不同的PVB薄膜和一定功能的玻璃，可以提高夹层玻璃的隔热性。
彩色PVB胶片 由彩色PVB胶片制成的有色夹层玻璃可以阻止阳光的热量进入室内，减少空调器负荷。
热反射涂膜玻璃 由热反射涂膜玻璃制成的夹热玻璃能反射太阳光的大部分热量，适合于装有空调的建筑。
低反射涂膜玻璃 由低反射涂膜玻璃制成的夹热玻璃能将大部分红外线和远红外线反射回室内，阻止室内热量散失，适合于需要供暖的建筑。
（4）抗紫外线 当PVB胶片含有吸收抗紫外线的添加剂时，夹层玻璃能吸收99%的紫外线，不仅能有效防止皮肤受紫外线伤害，也能有效地防止室内家具，文件资料的褪色与受损。
4．中空玻璃
4.1中空玻璃的结构
中空玻璃的结构如图所示；
中空玻璃由玻璃，间隔框，密封胶和干燥剂组成。
玻璃 玻璃是组成中空玻璃最主要的材料，可以是普通浮法玻璃，镀模玻璃（热反射玻璃，低辐射玻璃），吸热玻璃（着色玻璃），安全玻璃（钢化玻璃，夹层玻璃）等。
间隔框 间隔框为铝框，它决定空气层厚度，而空气层厚度对中空玻璃的隔热性至关重要。
密封胶 密封胶分第一道密封胶和第二道密封胶两种。第一道胶选用聚硫胶，硅酮胶和聚氨脂胶，最常用的是聚硫胶，主要起粘结玻璃与框架的作用；第二道密封胶选用热融性丁基胶，它对水汽的扩散率很低，，对延长中空玻璃的使用寿命作用很大。
单道密封时只使用第一道胶，由聚硫胶将玻璃与铝框粘结牢固，但抗水性差，水汽容易进入夹层造成结露而使中空玻璃失效。双道密封则在第一道密封的基础上最增加一道丁基胶密封，有效地延长了中空玻璃的使用寿命。
干燥剂 常用的干燥剂为分子筛，它能吸收空气层的水汽，使空气保持干燥而不结露。空气层中的湿气部分来源于制造中空玻璃时空气原来含有的湿气，另一部分则是中空玻璃在使用过程中通过玻璃渗透而入的湿气。
4.2中空玻璃的性能
中空玻璃的性能取决定于中空玻璃的结构，其隔热性，隔音性，透光性可通过选用不同性质的玻璃和不同厚度的空气层来控制。
（1） 隔热性
中空玻璃的热阻R总= RI +∑RG +∑RA + RO
式中RI，RO为中空玻璃内，外表面的热阻，对于一定的使用埸所，为定值。
∑RG为单片玻璃的热阻之和
∑RA为各空气层的热阻之和
玻璃的热阻
普通玻璃的导热系数为0。77 W/m2K,是空气的27倍。要增大玻璃的热阻，不能单纯依靠增大玻璃的厚度，而需要选用特殊性能的一些玻璃。例如：低辐射玻璃，对可见光的透过率与普通玻璃相同，但能将室内的红外线和远红外线全部反射回去，避免室内热量散失，适用于在寒冷地区使用；热反射玻璃，能将大部分太阳能反射回去，阻止太阳能进入室内，适用于需要安装空调的地区使用；吸热玻璃，对热的吸收率很高，吸收太阳光的热量后能向两侧释放，如果在吸热玻璃的一侧再增加一层反射膜，则阻止太阳热能进入室内的效果更好。
空气层热阻 空气的导热系数很小，为0。028 W/m2K，而且夹层内的空气没有对流，因而增加空气层厚度，能明显增大热阻。空气层厚度D与中空玻璃导热系数K的关系示于下图，当D小于10mm时，空气层中没有对流，随着D增大，K减小；当D大于10mm时，对流传热增大，随着D的增大，K值减小的幅度下降；当D大于20mm时，K值几乎不再变化。从隔热效果与经济性两方面考虑，空气层厚度以12 mm为最佳。用导热系数低的气体如氩气代替夹层中的空气也能增强中空玻璃的隔热效果。
（2）隔音效果
单片玻璃能使噪音降低20-22dB,双层中空玻璃能使噪音降低29-30 dB，为提高隔音效果，可采用下述措施；
选用厚度不对称的玻璃板。
在空气夹层中充填特种气体，如SF6。
利用PVB对声波的阻尼作用，采用夹层玻璃制造中空玻璃。
采用上述方法后，中空玻璃可使噪音降低45dB，能使80dB的交通噪音降低到35dB，适于临街建筑使用。
（3）中空玻璃的透光性


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