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玻璃的表面张力的定义及其工艺意义

发布时间:2016/7/18

物质的表面张力起因于表面质点所处的不平衡力场。通常情况下,物质内部的质点受到周围 质点的吸引作用,合力为零。位于物质表面的质点只受到内部质点的吸引作用,其数值远大于表 面外侧空气分子的吸引力,形成的合力指向内侧,使物质表面有缩小的趋势。因此,将物质中的 质点从内部移至表面需要一定的能量。通常,将恒温、恒压条件下增加物质的单位表面积所需的 能量称为比表面能,也称为表面张力,以符号a表示,其单位是N/m或J/m2

玻璃与其他物质类似,也具有表面张力。这一性质对于玻璃材料及制品的生产过程(如溶 制、成形和加工等)以及玻璃液对熔窑耐火材料的侵蚀都有重要的影响。

在玻璃的熔制过程中,配合料的熔解速率与最初形成的玻璃熔体对石英砂颗粒表面的润湿程 度有关。若初始熔体的表面张力较小,能在砂粒表面形成良好润湿,则有利于熔解反应快速完 成。反之,熔解反应需要更高的温度才能完成。玻璃熔体的表面张力还决定着澄清时玻璃熔体中 气泡的溶解或长大以及气泡从熔体中排出的速度,同时也影响着均化阶段玻璃熔体中的条纹等不 均匀体的扩散和溶解速率。表面张力较小的条纹易于展开主体玻璃周围,并很快溶解、消失。表 面张力较大的条纹(如A1203、RO含量较高时)则趋向于形成球形,不易于消除。此外,熔制 气氛的性质也影响玻璃熔体的表面张力。与氧化气氛相比,还原气氛下玻璃的表面张力将增大约 20%,导致玻璃熔体表面趋于收缩,因而不断有新的玻璃液流向熔体表面。由于表面玻璃的持续

更新,保证了玻璃色泽的均匀一致,这对于在还原气氛下熔制棕色玻璃有重要意义。

在玻璃制品的成型阶段,各种成型工艺采用的滴料供料或人工挑料及吹小泡等工序都要借助 于表面张力,使之形成一定形状。此外,表面张力的作用还使拉制出的玻璃管、玻璃棒和玻璃丝 成为圆柱形;使玻璃制品尖锐的断口通过烘口而形成圆边;使玻璃表面通过火抛光而变得更加平 滑;浮法平板玻璃的生产也是基于表面张力的作用。

玻璃的表面张力还决定了它对其他材料表面的润湿程度,以及水等液体对玻璃表面的润湿 性,这些将直接影响玻璃的封接性能和耐水性。

在某些玻璃制品的生产工艺中,表面张力却带来一些不利的影响。例如,生产玻璃薄膜时就 必须克服表面张力的作用。薄玻璃拉制时,要用拉边器来克服由于表面张力所引起的收缩。

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