6.1 Khả năng tạo hình vạn năng của thủy tinh
Khó có thể tìm thấy vật liệu nào giống thủy tinh về vẻđẹp, độ thấu quang hoàn hảo, từ trong suốt đến mờ đục và hoàn toàn không cho ánh sáng đi qua. Màu sắc thì vô cùng phong phú, nó có đủ màu của quang phốánh sáng. Nhưng điều giúp tôn thêm vẻđẹp và giá trị cho thủy tinh là khả năng tạo hình vạn năng. Thủy tinh có thể đúc, cán như kim loại, ép như chất dẻo, kéo như kéo sợi, gia công ở trạng thái rắn lạnh như mài, đánh bóng, cưa cắt, ăn mòn hóa học và thổi là phương pháp tạo hình đặc trưng nhất.Tùy theo yêu cầu mà người ta chọn phương pháp thích hợp.
6.2 Những tính chất quyết định khả năng tạo hình vạn năng
6.2.1 Độ nhớt:Khác với các chất rắn khác, thủy tinh chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn thường trong một khoảng nhiệt độ rộng. Nó đóng rắn dần dần, độ nhớt tăng từ giá trị thấp đến cao thường trong một khoảng nhiệt độ rộng. Nó đóng rắn dần dần, độ nhớt tăng từ giá trị thấp đến cao khi nhiệt độ giảm. Khoảng biến đổi độ nhớt rộng này của thủy tinh tạo khảnăng tạo hình vạn năng của nó. Khoảng tạo hình của thủy tinh nằm trong khoảng nhớt 103 – 108p. Quá trình biến đổi độ nhớt theo nhiệt độđược biểu thị bằng đường cong nhớt.
So sánh đường cong nhớt của các loại thủy tinh khác nhau ta thấy: Có những loại thủy tinh cùng nhiệt độ bắt đầu tạo hình ứng với η=103p nhưng nhiệt độ kết thúc tạo hình ứng với η=108p là khác nhau. Trong kỹ thuật tạo hình người ta nói thủy tinh nào có khoảng nhiệt độ tạo hình nhỏ là thủy tinh “ngắn” và ngược lại là thủy tinh “dài”. So sánh nhiệt độ bắt đầu tạo hình của các loại thủy tinh khác nhau ta còn có khái niệm thủy tinh “cứng “, thủy tinh “mềm”. Thủy tinh gọi là “ cứng” khi nhiệt độ bắt đầu tạo hình của nó cao và ngược lại. Những thủy tinh gọi là “cứng” có thể có cùng khoảng nhiệt độ tạo hình với thủy tinh gọi là “mềm” nhưng thời gian tạo hình của nó sẽ ngắn hơn vì nó đóng rắn nhanh hơn. Ta biết nhiệt độ thủy tinh giảm do nó bức xạ nhiệt ra môi trường xung quanh dưới dạng tia hồng ngoại có bước sóng 2-4µm. Thủy tinh ở nhiệt độ cao phát nhiệt càng nhanh, càng chóng giảm nhiệt độ, độ nhớt tăng nhanh.
Tuy đường cong nhớt chỉ có giá trị thống kê và so sánh nhưng để chọn phương pháp tạo hình thích hợp người ta không thể bỏ qua.
Phương pháp tạo hình thủ công nói chung không yêu cầu nghiêm ngặt về thành phần thủy tinh. Mồi thủy tinh ra lấy ở nhiệt độcao hơn so với phương pháp tự động, sau đó người thợ có thể lăn, ép trên thiết bị tạo hình để làm lạnh cưỡng bức đưa thủy tinh về độ nhớt thích hợp. Đối với sản phẩm phức tạp phải dùng loại thủy tinh dài để người thợ có đủ thời gian và điều kiện tạo hình, chắp nối cúng với nhau.
Độ nhớt của thủy tinh giúp ích rất lớn cho người thợ tạo hình bằng phương pháp thổi. Độ nhớt ởdây đóng vai trò như máy điều hòa tựđộng chiều dày sản phẩm.Chỗ nào mỏng trên sản phẩm sẽ phát nhiệt nhanh, độ nhớt tăng nhanh nên có khảnăng chống lại sựkéo căng của lực thổi. Chỗ nào trên sản phẩm dày, nhiệt độ sẽ cao,độ nhớt nhỏ sẽ dễ bị kéo mỏng ra . Nhờ vậy mà người thợ thủy tinh có thể thổi các bình cầu, ống hình trụ có chiều dày mỏng mà rất đồng đều.
Trong quá trình tạo hình bằng phương pháp ép các sản phẩm có kích thước và khuôn ép phức tạp, thủy tinh phải tiếp xúc với một diện tích lớn bề mặt khuôn và chày ép nên mau hạ nhiệt độ; vì vậy phải dùng thủy tinh “dài”. Phương pháp sản xuất tựđộng hóa bằng máy, thủy tinh phải đóng rắn nhanh để sản phẩm sớm lấy ra khỏi khuôn và tránh được biến dạng.
6.2.2 Sức căng bề mặt và vai trò của nó trong quá trình tạo hình
Sức căng bề mặt của thủy tinh thông thường ở 12000C khoảng 0,25-0,32N/m tức 250- 320dyn/cm. Thủy tinh lỏng do tác dụng của sức căng bề mặt cố gắng chiếm thể tích hình cầu nhỏ nhất. Nhờ vậy mà có thể tạo giọt trong máy cung cấp giọt, nhờ nó mà mồi thủy tinh trên đầu ống thổi có dạng hình cầu tự nhiên không cần khuôn mẫu. Nhờ nó mà bề mặt sản phẩm sau gia công trên
lửa bóng tuyệt đối. Cũng nhờ sức căng bề mặt mà sản phẩm thủy tinh sau khi cắt có cạnh sắc nhọn ta chỉ việc đưa vào lửa ở nhiệt độ thích hợp sẽ tù và bóng loáng.
Nhưng sức căng bề mặt cũng có tác dụng không tốt đến quá trình tạo hình như khi kéo kính tấm do sức căng bề mặt làm băng kính dần dần co thắt và đứt. Khi thổi và ép trong khuôn mẫu, thủy tinh co lại khó chui vào các chi tiết phức tạp làm sản phẩm không vuông thành sắc cạnh được.
6.2.3 Khuôn tạo hình
Để sản phẩm có chất lượng cao, bề mặt bóng nhẵn thì khuôn phải có chế độ nhiệt thích hợp. Khuôn quá nóng sẽ dính, khuôn quá lạnh thủy tinh đóng rắn nhanh và bề mặt xấu dễ nứt.
Khuôn phải được làm bằng vật liệu dễgia công đểđảm bảo tính chính xác, chịu được nhiệt độ cao, bền nhiệt, bền hóa, bền cơ, chiều dày đồng nhất. Thường dùng gang, thép, có trường hợp tráng thêm lớp hợp kim đặc biệt. Có thể dùng khuôn gỗ, loại này gia công dễ, chính xác , rẻ tiền nhưng độ chính xác mất dần, thời gian sử dụng ngắn. Khuôn gốm cường độ cơ học nhỏ nên ít dùng. VLCl được dùng để là thuyền, phao kéo kính tấm hay làm ống kéo ống.
Để đảm bảo chất lượng bề mặt sản phẩm người ta phải dùng chất bôi trơn (dầu có nhiệt độ bốc cháy cao và bột than) vừa giảm ma sát giữa khuôn và thủy tinh vừa tăng khả năng truyền nhiệt. Dùng khuôn luân phiên và áp dụng chếđộ làm lạnh. Sau khi lấy sản phẩm ra thì cho khuôn vào nước hoặc thổi không khí lạnh
6.3 Các phương pháp tạo hình
6.3.1 Tạo hình bằng phương pháp kéo