1引言

彩釉玻璃是将无机釉料通过丝网印刷、滚筒印刷和数码釉料打印等施釉工艺涂覆（或处理）在玻璃表面，经过干燥、加热炉加热至玻璃釉料熔融状态，并经过钢化淬冷制得。通过加热烧结，使釉层与玻璃永久性结合成一体，具有良好的抗酸碱性和安全性高的玻璃装饰产品。彩釉玻璃作为一种建筑玻璃材料，其最大的特点不仅是具有装饰功能，而且使建筑呈现出丰富的色调和图案，并随着光线的变化给予动态美。如图1-1所示目前常见的彩釉玻璃。

图1-1 常见的彩釉玻璃

2 釉料的特性

釉料材料分氧化物釉料和金属釉料，其中建筑用彩釉大多数是无机材料釉料。建筑用釉料施釉的方法多为丝网印刷和棍筒印刷。该釉料成分由熔块、色料和油剂等成分组成。

2.1 色料

色料是由金属氧化物或化合物按一定比例经过研磨、混合、烧结、清洗、过滤、烘干、再研磨成粉体而制成，如图2-1所示。色料在釉料中起到着色作用，在玻璃钢化（釉料烧结）时，色料、熔块和玻璃相互黏结在一起，形成有色层。色料除了显示釉料的颜色外还有一定遮阳性。

色料的种类很多如硒红、镉红、铁红、铬绿、镉硒黄、钴蓝、钛白等等。其颜色主要由金属氧化物中显色离子体现的，而且这些物质具有一定的耐高温化学稳定性，也属于无机化学染料的范畴。

图2-1 色料

各种颜色的色料所选用的金属氧化物其烧结温度及烧结时间都各不相同，需要按照工艺流程加以控制。烧结冷却后需要进行清洗，其目的是去除烧结时产生的可溶性盐类及其它杂质。色料在使用时的堆积密度和颗粒的粒径大小有关系，颗粒粒径越小，比表面积越大，表面能相对就越大，其分散程度就越大。色料的粒径一般要求控制研磨到5μm以下。粒径小的色料，容易获得均匀的彩釉层。

2.2 熔块

熔块右脚基釉，其本质就是类玻璃物质，是易熔玻璃研磨成的粉体材料，烧结后可黏结色素与玻璃本体。如图2-2所示。

图2-2 熔块

    熔块的就是将无机色料高度分散，在较低温度下载玻璃表面融化，与玻璃本体融合在一起，在烧结过程中熔块融化时，色料将其染色成有色玻璃，此玻璃与基板表面结合成一个整体形成彩釉玻璃。

    色料的颜色成分不同，熔块熔融时所呈现的颜色也不同，因此熔块的成分应根据色料的成分及所要求的颜色而选择匹配的成分。熔块的的成分等同于玻璃的主要成分，包括：SiO2、B2O3、NaO、ZnO、K2O、CaO、Fe2O3、CdO、Al2O3、P2O5等，某些低温玻璃熔块中也加入了PbO。其化学原料成分是：石英、纯碱、长石、红丹、硼酸、钛白、硝酸钾、氧化镉等。

2.3 油剂

    釉料粉必须与一种适合于专门的介质载体混合才能用于生产。生产工艺不同，介质载体不同，这里以最常用的丝网印刷和辊筒印刷工艺进行说明。此工艺使用的釉料的油剂选用松节油、松油醇、松香、乳香、乙基纤维素等配置。其中松节油和松油醇比例占90％，乙基纤维素占3％。油剂借助其黏性，将釉料黏附于玻璃表面，当釉料被加热至一定温度时，油剂会挥发氧化掉，然后釉料才开始于玻璃烧结。

2.4技术性能

   釉料的控制参数包括平均粒径、热熔温度范围、热膨胀系数、耐腐蚀性等。一般釉料的粒径控制在4μm左右，不能太大也不能太小。如果粒径太大会出现色料分布不均、导致出现颜色差异，如果粒径太小烧结时容易出现推釉。热熔温度一般控制在620至720℃，一般其范围较宽，涵盖物理玻璃钢化温度范围。热膨胀系数在彩釉玻璃生产过程中有着重要的意义，釉料和玻璃的热膨胀系数必须互相适应。主要体现在彩釉玻璃冷却时，如果玻璃膨胀系数大，冷却时玻璃收索将比釉层大，在二者之间将存在一个应力，是釉层收到压应力的作用，这时容易出现釉面脱落。相反如果釉料收索太快，在冷却时容易导致开裂。釉层的耐腐蚀性主要取决于釉料的化学成分，釉层的耐酸能力比耐碱能力强，碱能使硅的网络结构遭到破坏，提高熔块中铝率有助于提高釉层的耐碱性。

2.5 釉料的种类

    玻璃釉料按照加工工艺可分为高温釉料和低温釉料，高温釉料是目前建筑玻璃中常见的釉料，低温釉料是印刷后不需要烧结而直接不裸露使用，常常用于电子产品行业。

    按照是否含铅可分为含铅釉料和无铅釉料。铅可以降低玻璃和熔块的软化点，使釉料在较低的温度下与玻璃烧结，可以提高烧结时釉层的液相成分比例。但是铅对人体有害，在彩釉玻璃加工过程中对操作人员的危害较大。无铅釉料是釉料的铅含量较少，对员工和环境的危害很小。目前国内淄博福禄公司的无铅釉料技术比较成熟，南玻集团自2012年起考虑员工健康和环境保护，已经将含铅釉料用无铅釉料代替。

按照与水相容性又可分为油性釉料和水性釉料。表2-1是油性与水性釉料使用情况比较。

表2-1 油性水性使用情况对比

从上表中可知，水性釉料相比油性釉料是有较大的优势的，目前国内生产水性釉料的厂家很多，行业也向水性釉料的方向发展。

3. 彩釉玻璃加工技术

    彩釉玻璃的加工技术目前常见主要有丝网印刷工艺、辊筒印刷工艺和喷涂工艺，除了上述的工艺外还有彩绘、转帖纸工艺和应盖工艺。本文主要阐述的是大面积建筑用彩釉玻璃加工时使用的丝网印刷工艺，该方法也是目前主流工艺。

3.1丝网印刷工艺

    丝网印刷工艺由网板的制作、釉料配置和丝网印刷三大部分构成，三个部分对整个工艺有着很大的影响。

3.1.1丝网

    丝网（网纱）是制作网板的关键材料，是感光胶的载体。丝网的材质分为尼龙丝网、涤纶丝网和钢丝（金属）网，一般本领域使用的是尼龙丝网。尼龙网纱其丝面平滑（经纬线光滑），釉料在印刷时流动性好，强度高、耐摩擦性能好、拉伸强度大、使用寿命长。其缺点是精度不要，不能用于精细面板的印刷，但对于建筑工程玻璃已经足够。建筑工程玻璃一般使用50目至300目的网纱，大多数使用200目网纱。

3.1.2网框

    网框是制作网板的主要材料，网框的选择对网板和印刷质量有着直接的影响。目前常见的有铝合金网框、钢材网框和木材网框。在建筑工程玻璃领域使用铝合金网框的较多，其特点为不易变形、可以机械绷网、稳定性高和使用轻便。

3.1.3其它辅料

处理网纱和网框外还需要使用感光胶和菲林片等其它辅料。感光胶一般由明胶、聚乙烯醇和光敏剂构成感光胶利用光化学反应使感光胶受光部分交联硬化，并且与丝网牢固结合。而未感光部分经过水的冲洗脱落，形成通孔。

菲林片是网版制作图案的依据，其图案不透光部分在晒网过程中阻挡光与感光胶产生光化学反应。其材质一面是药水面一面是基面。菲林片中需要印刷的图文部分是黑的，没有图文部分是透明的。

3.1.4网板的制作

绷网是绷紧的丝网与网框牢固结合的过程，是制作丝印版的第一道工序。丝网质量对制版质量有着直接的影响。因此，做好绷网钱的设备选择和必要的绷网准备工作是制作该质量网板的前提条件。

绷网的工艺流程如下：

选择网框→清洁网框→预涂粘网胶→干燥→排列网夹→截取网丝→绷网→图粘网胶→干燥→裁切取网→网版整理

丝网制作过程中和制作后会受到网框的拉力作用，受力时存在于丝网内部而垂直于相邻部分接触面上的相互牵引力称为张力。张力直接影响印刷时网板与承印物之间的间隙，是影响丝网版印刷适应性和印刷精度的基本因素。

测量张力的工具叫做张力计，张力计一般由机械式和电磁式两种。其中机械式张力计的使用较为广泛。使用时，把张力表放在绷紧的网版上，在张力计一定的负荷下，丝网发生微小的下垂，便可根据表上指针指示测出该点处网版的张力值。

3.1.5感光胶的涂敷

直接感光制版法式一种是用最为广发的方法，这种制版法是办感光胶直接涂布到制好的丝网上形成感光膜，其中关键的步骤就是涂布。

感光胶的涂布一般是在暗室中进行，可采用棕黄色或红色光作为照明光源，光的亮度以仅能看清物体为宜，同时由于涂布是在感光胶的液态下进行，为防止膜落上灰尘产生针孔，涂布房内一定要清洁，

涂布方法按操作方法的不同，分为手工涂布和机械涂布两大类。一般来说，尺寸较小的网板可以采用手工涂布，但大面积的网板涂布往往采用机械涂布方式。

3.1.6晒网

感光膜完全干燥后要尽快晒版，晒版就是用接触曝光的方法把阴图或阳图菲林底片的信息转移到印版或其他感光材料上的过程。在整个制版环节中，晒版这一步骤是非常重要的，而晒版质量好坏与曝光量有直接关系。影响曝光量的因素很多，包括曝光时间、光照强度和丝网、菲林、感光膜的光学性能等。

晒版的工艺流程如下：

清洁晒版玻璃→网版粘贴菲林→放入晒版机内→ 抽真空→设置曝光时间→网版曝光→取出晒好网版

3.1.7釉料配制

幕墙国内大多数厂家出于彩釉玻璃生产规模和成本考虑，生产中釉料的配制主要使用的还是经验配色发+机械配色法的组合配色方式，即配色员根据客户确认的生产样板，凭借经验和感觉进行釉料调配，通过反复的钢化颜色试片后确定出大致的颜色配比，再进行批量釉料调配。在配色过程中往往还会借助积分球式色差仪、电子称、黏度剂等辅助工具来测量或检测颜色是否正确。具体工艺流程如下：

生产色样→测试配比→批量配制→反复试片、校正→检测

3.1.8施釉

施釉工艺通常有丝网印刷、辊筒印刷、喷涂法、幕帘法、彩绘法、盖印法或转贴纸等。其中，丝网印刷、辊筒印刷、喷涂法和幕帘法适合于大规模化生产。

在国际上丝网印刷、辊筒印刷是建筑彩釉玻璃最普遍的生产方式，在国内更多厂家使用的是丝网印刷方式。丝网印刷工艺与其它印刷工艺比较有以下一些优点。

1. 适用性强：即适用于印刷图案及套印，又能生产全幅彩釉玻璃。
2. 印刷图案准确、精细，印刷板面均匀。
3. 适合于大批量生产，在玻璃规格整齐的情况下生产效率、成品率高。
4. 釉料消耗少。
5. 不污染玻璃边缘。

不过丝网印刷也有一些缺点：一是要制作网版，生茶准备相对繁琐；二是多玻璃订单产品规格、批量的一致性要求较高，否则将极大降低其生产效率。

3.1.9后续烘干

烘干的目的在于使印刷后釉层在烧结前获得牢固的印刷层，以便存储、搬运或套印，同时避免黏结灰尘，受到污染。

烘干使釉层中的油剂尽快挥发，使流体状的釉层变成固态，避免直接加温烧结产生爆皮、针孔、爆边等釉层质量问题。釉层越厚，覆盖率越高，烘干的作用越明显。

一般彩釉玻璃生产线施釉段后面紧跟着便是烘干设备。烘干在生产线上是连续进行的，烘干温度、速度通常根据玻璃的厚度、大小、釉层厚度、覆盖率等因素来调节，烘干温度一般控制在300℃左右。

3.2辊筒印刷工艺

彩釉辊筒印刷是移植辊筒印刷技术的原理。其工艺原理是：在印刷传送过程中，印刷胶辊在将釉料浆均匀的涂布在玻璃表面，并通过调节印刷胶辊、传送胶辊之间距离和传送带速度来控制其印刷厚度。

辊筒印刷工艺由于只能生产全幅印刷的玻璃，不能印刷图案，加之其涂层的“印刷波纹”在国内这种印刷工艺的普及率并不高；不过它却是欧美一些国家全幅彩釉玻璃生产中的一种非常流行的加工方式，它具有以下一些特点。

1. 操作方便

辊筒印刷省去了丝网印刷中较繁琐的网版准备工作，配制好釉料便可直接用于生产，且印刷涂层厚度可根据生产工艺需要快速自由调节。

2. 生产效率高

辊筒印刷生产时不受玻璃基片规格、大小、形状和钻孔等限制，同样全幅的订单，辊筒印刷效率是丝网印刷的3-5倍。

3. 良好的遮蔽效果

由于印刷涂层厚，能有效地遮蔽建筑中需要隐蔽的部件，譬如水泥墙体、管道等，使建筑物外观具有良好的色彩装饰效果。

3.3喷涂工艺

3.3.1空气喷涂

空气喷涂是以压缩空气作为雾化动力的喷涂方法。喷涂时把调配好的釉料浆和压缩空气引入喷枪，釉料浆在喷枪雾化成颗粒，并以一定的速度喷射到玻璃表面，由于釉料浆的粘度、喷枪移动的速度、喷嘴至玻璃表面的距离、喷射角度、喷射物在玻璃表面的层数等来调节玻璃上釉层的厚度，喷涂法主要用来生产单一颜色的彩釉玻璃。

3.3.2高压无气喷涂

高压无气喷涂的工作原理是通过增压泵将釉料浆增压，通过喷嘴将釉料浆雾化成细小颗粒，直接喷射到玻璃表面上的一种喷涂方式。

3.4其它涂布工艺

3.4.1彩绘工艺

彩绘工艺是把釉料浆作为彩绘颜料，由人工画笔制作出图案，然后进行烧结。

3.4.2转贴纸工艺

转帖纸工艺是丝网印刷的延伸和扩展，是先把釉料浆印刷在一张特制薄膜纸上，使用时以水为粘结剂，将薄膜黏贴在玻璃表面，干燥后经过高温烧结，彩釉图案就转帖到玻璃上

3.4.3盖印工艺

盖印工艺采用具有弹性的软材料刻成所需要的图案或文字等，然后蘸上彩釉料浆盖印在玻璃基片上。

4.釉料的烧结工艺

4.1钢化烧结

彩釉玻璃的钢化烧结工艺就是将施釉后的干燥玻璃放入钢化加热炉中，加热到低于玻璃软化温度后迅速移入风栅中进行均匀的快速淬冷，冷却到适于人工搬运的一个过程。用钢化方式进行彩釉玻璃的烧结是建筑彩釉玻璃生产中最普遍的一种加工方式。彩釉钢化玻璃根据玻璃表面应力分布状况或淬冷后玻璃增强的程度又分为全钢化玻璃和半钢化玻璃。

4.1.1全钢化烧结

玻璃加热至钢化温度后，用相同的冷却强度对整片玻璃进行均匀冷却，由此制得的钢化玻璃其表层应力分布均匀，应力大小基本一致，当其破碎时整片玻璃破碎成不规则的网状小块。

4.1.2半钢化烧结

半钢化玻璃也叫热增强玻璃，是玻璃在加热炉加热至一定温度后移入冷却室冷却，经此处理的产品，其强度比未处理的玻璃增加大约两倍。

5. 彩釉玻璃釉层的表征

    下图为彩釉玻璃表面的扫描放大图，通过对照发现。烧结后的彩釉层表面有很多缺陷，如气孔、斑点和微裂纹。宏观表现为光泽度，一般认为光泽度越高，彩釉层烧结越好，其熔块、色剂和玻璃本体融合程度越高。当光泽度较高时，微观层面的微裂纹及斑点较少。气孔是在烧结过程中釉料的有机材料挥发气化留下的排气气孔，气孔大小不一，分布也是很不规则。因为这些气孔和缺陷的存在会对整个玻璃强度产生影响。在本文第6段中将对彩釉玻璃耐冲击性能进行说明。

图5-1 100微米扫描图

图5-2 10微米扫描图

6. 彩釉玻璃性能

6.1耐酸性

6.1.1釉层的耐柠檬酸性能

制作尺寸为300㎜*300㎜的彩釉玻璃3快，滴10％的柠檬酸溶液（必须是新配置的）于室温条件下一个干净的釉层面上，湿润直径为25㎜的区域观察玻璃，15分钟后用水清洗并干燥。实验后再暗背景下观察处理过区域的腐蚀程度，腐蚀程度按下表的规定评级，1-4级为合格。不明显的斑痕可以从式样玻璃面进行观察。

6.1.2釉层的耐盐酸性能

制作尺寸为300㎜*300㎜的彩釉玻璃3快，滴3.5％的盐酸溶液于室温条件下一个干净的釉层面上，湿润直径为25㎜的区域观察玻璃，15分钟后用水清洗并干燥。实验后再暗背景下观察处理过区域的腐蚀程度，腐蚀程度按下表的规定评级，1-5级为合格。

6.2耐碱性

    取3块面积约100cm2(不小于50cm2)的彩釉半钢化玻璃为式样，用细砂纸去除毛刺后测量式样厚度和质量，厚度精确到0.01㎜，质量精确到0.0001g。将式样垂直装有水浴加热至95-100℃的10％NAOH溶液的实验装置中，保证试样全部淹没。30分后取出试样，冷却片刻后，用蒸馏水彻底冲洗试样，再放入干燥器内，在65℃条件下至少放置15分钟，使试样完全干燥。称试样质量，精确到0.0001g，用试样面积除净质量损失，即测出每1cm2的质量损失，最大质量损失应不超过0.0028g/cm2

6.3耐冲击性能

6.3.1落球冲击性能（参照GB 15763.2_2005标准 进行落球实验）

取6块平型彩釉钢化玻璃试样进行实验，应符合下列1）或2）中任意一条的规定。

1. 玻璃破碎时，试样破碎数量不超过1块为合格，多于或等于3快为不合格。
2. 破坏数为2快时，再取6快进行实验，试样必须全部不破碎为合格。

在实验中发现，当釉层朝下进行落球实验，均匀覆盖率100％试验片几乎全部破碎，均与覆盖率降到40％时实验可以通过。如果是中部镂空100*100mm其它地方满涂，此试样也能通过漏球实验。将釉面朝上放置，彩釉玻璃的耐冲击性能与钢化玻璃冲击性能结果相同。

造成上述情况的原因初步分析是因为釉层在烧结后存在表面缺陷，如气孔、微裂纹等。在朝下放置时落球时将给釉层瞬间的张应力，而在张应力的作用下缺陷（气孔、微裂纹）部分将受到剪切力，使这个釉层全部裂开，因为玻璃和釉层是相容成一体，所以玻璃机体也会被剪切力开裂。但是如果釉面朝上，在受到落球冲击力时上表面是受到压应力，在压应力的作用下缺陷将受力缩小，所以不存在剪切力，所以对这个玻璃影响不大。根据上述情况建议，如果彩釉建筑工程玻璃要求覆盖在40％以上，需要复合成夹层玻璃使用，加以提高整个玻璃的安全性。如果设计师使用满涂彩釉玻璃时，请考虑受力面因数对玻璃响度的影响。

6.3.2耐热冲击性能

全钢化彩釉玻璃应耐200℃温差不破坏，半钢化彩釉玻璃应耐100℃温差不破坏。取4块试样进行实验，若4块试样全部符合规定，则该项性能合格；若2块以上不符合则不合格；若1块不符合规定则该项性能合格；若2块不符合则重新追加4块试样，全部符合规定是则为合格。

7. 总结

    由于我国建材行业的飞速发展，相关产品也随之不断展现，本文是浅谈了建筑工程彩釉玻璃的加工工艺和性能特性，在工艺和产品性能还有很多内容没有进行详细阐述。