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玻璃表面張力的物理與工藝意義

作者:奧固鴻已有:N多人關(guān)注
與其他液體一樣,熔融玻璃表面層的質(zhì)點受到內(nèi)部質(zhì)點的作用而趨向于熔體內(nèi)部,使表面有收縮的趨勢,即玻璃液表面分子間存在著作用力,稱為表面張力。增加熔體表面面積,相當(dāng)于將更多質(zhì)點移到表面,必須對系統(tǒng)作功。為此表面張力的物理意義為:玻璃與另一相接觸的相分界面上(一般指空氣),在恒溫、恒容下增加一個單位表面時所作的功,它的國際單位為N/m或J/m2。硅酸鹽玻璃的表面張力一般為(220~380)*10-3N/m,比水的表面張力大3~4倍,也比熔融的鹽類大,而與熔融金屬數(shù)值接近。
熔融玻璃的表面張力在玻璃制品的生產(chǎn)和加工過程中有著重要的意義,特別是在玻璃的澄清、均化、成形,以及玻璃液與耐火材料相互作用等過程中起著重要的作用。
在熔制過程中,表面張力在一定程度上決定了玻璃液中氣泡的長大和排除,在一定條件下,微小氣泡在表面張力作用下,可溶解于玻璃液內(nèi)。在均化時,條紋及節(jié)瘤擴(kuò)散和熔解的速率決定于主體玻璃和條紋表面張力的相對大小。如果條紋的表面張力較小,則條紋力求展開成薄膜狀,并包圍在玻璃體周圍,這樣條紋就很快地熔解而消失。相反如果條紋(節(jié)瘤)的表面張力較主體玻璃大,條紋(節(jié)瘤)力求成球形,不利于擴(kuò)散和熔解,因而較難消除。
在玻璃成形過程中,浮法平板玻璃是基于玻璃的表面張力作用,從而獲得了可與磨光玻璃表面相媲美的優(yōu)質(zhì)玻璃。另外,玻璃液的表面張力還影響到玻璃液對金屬表面的附著作用,這使得在玻璃與金屬材料和其他材料封接時也有重要的作用。玻璃制品生產(chǎn)中的人工挑料或吹小泡及滴料供料時,都要借助表面張力,使之達(dá)到一定形狀。比如拉制玻璃管、玻璃棒、玻璃絲時,正是由于表面張力的作用才能獲得正確的圓柱形。另外玻璃制品的烘口、火拋光也是借助表面張力的作用才能實現(xiàn)。
但是,表面張力有時對某些玻璃制品的生產(chǎn)也會帶來不利影響。例如在生產(chǎn)壓花玻璃及用模具壓制的玻璃制品時,其表面圖案往往表面張力作用使尖銳的棱角變圓,清晰度變差。在生產(chǎn)玻璃薄膜和玻璃纖維時,必須很好地克服表面張力的作用。在生產(chǎn)平板玻璃,特別是薄玻璃進(jìn)行拉制時,需要用拉邊克服因表面張力所引起的收縮。
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