20世紀70年代Weyl將固體表面的理論引申到玻璃方面,提出了玻璃的亞表面(sub-surface)理論,將浮法玻璃界面下100nm稱為亞表面層,再深些則稱為近表面層。如圖所示。
實質(zhì)上,固體的表面通常是凹凸不平且粗糙的,即使完整解理的云母表面,也存在2~100nm甚至200nm不等的臺階,從原子角度來看,這無疑是很粗糙的。浮法玻璃表面也一樣,肉眼看起來很光滑的,實際上也是不平坦的。Weyl把這部分都包括在亞表面層內(nèi),亞表面層的厚度為膠體粒子(10-4~10-5cm)大小,不完全對稱,配位不全,有缺陷。
此亞表面層有以下特點:一是幾何表面商值最高,向內(nèi)部成梯度降低;二是原子或質(zhì)點表面不對稱、缺陷多、空隙大,成為微多孔性;三是表面的無序性高于內(nèi)部。用亞表面層理論可以解釋下列現(xiàn)象。
1、 玻璃的斷裂強度比理論強度低很多,這是由于亞表面層的不對稱性及熱振動的非諧性造成的。亞表面層容易生成裂紋,所以玻璃表面的脆性對于內(nèi)部,裂紋受力擴展而開展。
2、 由于玻璃亞表面層的微多孔性,故易與O2、SO2、HCL、H2O等反應(yīng),反應(yīng)表面積大。
3、 亞表面層的微多孔性和非諧性振動,有利于離子遷移和擴散,所以玻璃表面可進行離子交換。
4、 玻璃拋光時,在拋光盤壓力及磨料Fe2O3、ZrO2、CeO2等作用下,由于熱振動的非諧性,使玻璃表層有流變性,而使玻璃表面平坦。
5、 玻璃與金屬封接時,由于亞表面層起流變作用,所以焊接后應(yīng)力小。
6、 玻璃對耐火材料的侵蝕是不均勻的,在玻璃、耐火材料、爐氣(或氣泡)三相界面上侵蝕最嚴重。這也是亞表面層起作用,此處商最大,自然反應(yīng)最強烈。再加上玻璃表面能的作用,R+及其他賦予表面能低的氧化物富集到表面,而這些物質(zhì)都是加速耐火材料侵蝕的,從而造成三相界面上的嚴重侵蝕。
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