一)软玻璃表而张力的物理与工艺意义与其他液体一样,熔融软玻璃表而的质点受到内部质点的作用而趋向于熔体内部.使表面有收缩的趋势,即软玻璃表面分子间存在着作用力,这种作用力叫表而张力。增加熔体表面,相当于将更多的质点移到表面,必须对系统做功,将在恒温、恒容下增加一个单位新表面所做功的大小表示表面张力的数值。其单位为N/m或J/而。硅酸盐软玻璃的表而张力一般为 (220 -380)X 10-'N/m,较水的表面张力大3 ^4倍。
一)软玻璃表而张力的物理与工艺意义与其他液体一样,熔融软玻璃表而的质点受到内部质点的作用而趋向于熔体内部.使表面有收缩的趋势,即软玻璃表面分子间存在着作用力,这种作用力叫表而张力。增加熔体表面,相当于将更多的质点移到表面,必须对系统做功,将在恒温、恒容下增加一个单位新表面所做功的大小表示表面张力的数值。其单位为N/m或J/而。硅酸盐软玻璃的表而张力一般为 (220 -380)X 10-'N/m,较水的表面张力大3 ^4倍。
熔融软玻璃的表面张力在软玻璃制品的生产过程中有着重要意义,特别是在软玻璃的澄清、均化、成形以及软玻璃液与耐火材料的相互作用中起着重大作用。
在熔制过程中,表而张力在一定程度上决定了软玻璃液中气泡的长大和排除。在一定条件下,微小气泡在表面张力的作用下,可溶解于软玻璃液中。在均化时,条纹及节瘤扩散和溶解的速度取决于主体软玻璃和条纹表而张力的相对大小。如果条纹的表面张力较小,则条纹力求展开成薄膜状,并包困在软玻璃体周田,这样条纹就很快地溶解而消失。相反,如果条纹 (节瘤)的表而张力较主体软玻璃大,条纹力求成球形,不利于扩散和溶解,因而较难消除。 在软玻璃成形过程中,人工挑料或吹小泡及滴料时,都要借助表面张力,使之达到一定形状。拉制软玻璃管、软玻璃棒、软玻璃丝时,由于表而张力的作用才能获得理想的圆柱形。软玻璃制品的烘口、火抛光也是借助表面张力。
近代浮法平板软玻璃的生产原理,也是基于软玻璃的表面张力作用,从而获得了可与磨光玻璃表面相媲美的优质软玻璃。另外,软玻璃液的表面张力还影响到软玻璃对金属表而的附着作用,同时在软玻璃与金属材料封接时也有重要作用。
但是,表面张力有时给某些软玻璃制品的生产带来不利影响。例如,在生产压花软玻璃及用模具压制的软玻璃制品,其表而图案往往因表而张力作用使尖锐的棱角变圆,清晰度变差。在生产软玻璃薄膜和软玻璃纤维时,必须很好地克服表面张力的作用。在生产平板软玻璃,特别是拉制薄软玻璃时要用拉边器克服因表而张力引起的收缩。
(二)软玻璃表而张力与组成、温度的关系 如前所述,表面张力是由于排列在表而层(或相界而)的质点受力不均衡引起的,故这个力场相差越大,表面张力越大,因此凡是影响熔体质点间相互作用(键)力的因素,都将直接影响张力的大小。
I.表而张力与组成的关系 对于硅酸盐熔体,随着组成的变化,特别是。/ Si比值的变化,其复合阴离子基团的大小、形态和作用力矩e/r 大小也发生变化(e为阴离子基团所带的电荷,r为阴离子基团的半径)。一般来说O/Si比值越小,熔体中的复合阴离子基团越大,Or值变小,相互作用力越小。因此,这些复合阴离子基团就部分地被排挤到熔体表面层,使表面张力降低。一价金属阴离子以断网为主,它的加入能使复合阴离子基团解离,由于复合阴离子基团的:减小使Or值增大,相互间作用力增加,表面张力增大。
由图I一7可以看出,在不同温度下,随着Na, O含量增多,表而张力。增大。但对于 Na, O一S'02系统,随着离子半径的增大,这种作用依次减小.其顺序为:
a( Li, O S'02)>a( Na, O S'02)>a( K, O S'02)>a( Cs,O S'02) 各种氧化物对软玻璃表而张力的影响是不同的,Al, 0, , CaO, MgO等增大表而张力;引入大量的K, 0, PbO, B, 0 Sb, 0,等氧化物则起显著的降低效应;而Cr, 01, V, Os , Moo W03等氧化物,即使引入量较少,也可剧烈地降低表而张力。例如,在铿硅酸盐软玻璃中引入33%的 K2 0可能使表而张力从317X 10-3N/m降至212X 10-3N/m,向同样的软玻璃中引入7%的 V2 0,时,表面张力降至IooX一。
一般能使熔体表而张力剧烈降低的物质为表面活性物质。表面活性物质与非表而活性物质对多元硅酸盐系统表而张力的影响程度有很大差别。软玻璃的湿润性及影响因素 I.软玻璃湿润性的基本概念湿润性表示各接触相自由表而能的关系。用表而张力可以表示湿润能力的大小。当液 2.影响软玻璃润湿性的因素
(1)气体介质。熔融的软玻璃液对金属的润湿性能相对较差。一般认为,纯净的金属是不被软玻璃液所润湿的。表1一4列出了真空中熔融的软玻璃液对纯净的金属的润湿角。但在氧气和空气中的润湿性能却大不相同。表1一5列出了900℃时在不同气体中硅酸盐软玻璃液对某些金属润湿角。从表1一5中可以看出,软玻璃对某些金属在氧气和空气中的润湿角等于 00,这是由于这些金属表而形成了一层金属氧化物,促使润湿性的增加。
(3)软玻璃的化学组成。软玻璃液对金属的润湿能力也与自身的组成有关。加入少量的表面活性物质如V205, W03, Mo03, Cr203等能显著增加软玻璃液的润湿能力。加入大量的 Fe, 03,Na,0等会降低软玻璃液的润湿能力。
另外,在软玻璃制品的生产过程中,经常会遇到不同的液体,如水或水溶液、油类、有机类等,若在其表而形成憎水或憎油膜也可大大降低液体对软玻璃的润湿性能。