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新聞詳情
玻璃的表面張力系指玻璃與另一相接觸的分界面上（一般指空氣）在恒溫、恒容下增加一個(gè)單位表面所做的功，以J/m2或N/m表示。玻璃表面張力的大小取決于結(jié)構(gòu)基團(tuán)之間作用力的大小，結(jié)構(gòu)基團(tuán)之間的作用力越小，表面張力越小。不同成分對(duì)玻璃表面張力的影響是不同的。
玻璃成分中陽離子極化率大的，能顯著地降低玻璃的表面張力，如堿金屬氧化物中K+的極化率遠(yuǎn)比Li+大，因而K+能限制地降低玻璃的表面張力，如堿金屬氧化物中K+的極化率遠(yuǎn)比Li+大，因而K+能顯著降低玻璃的表面張力，PbO也是如此，其極化率也比較大，從而可降低玻璃表面張力。Al2O3、CaO、MgO、ZnO則增加玻璃表面張力。至于B2O3加入玻璃中，會(huì)穩(wěn)定地減小玻璃的表面張力，笛采爾認(rèn)為不論硼在玻璃內(nèi)部的配位是3還是4，而在玻璃表面上配位數(shù)經(jīng)常是3，形成的【BO3】三角體為層狀結(jié)構(gòu)，平行排列于玻璃表面，這樣形成新的表面，所以表面張力較低。B2O3對(duì)表面張力的影響，不像在熱膨脹、折射率
密度等其它性質(zhì)出現(xiàn)極值的硼反常現(xiàn)象。
V2O3、WO3、MoO3、Cr2O3等表面活性成分，即使加入很少，也能富集到表面面具有使玻璃的表面張力趨向盡可能小的特性。加入高表面張力的成分雖然提高玻璃表面張力，但與降低表面張力的成分對(duì)比，這些成分在表面上不僅不富集，反而遷離表面，所以對(duì)玻璃表面張力增大的影響較輕微。
由于玻璃熔體像其它液體一樣，力圖降低其表面張力，所以賦予玻璃低表面張力的成分就富集玻璃表面，而提高表面張力的成分就遠(yuǎn)離玻璃表面，對(duì)按成分計(jì)算玻璃表面張力時(shí)帶來影響，使準(zhǔn)確度降低。
當(dāng)溫度升高，一般硅酸鹽玻璃中結(jié)合鍵減弱，導(dǎo)致表面張力降低，但也有某些反常現(xiàn)象，如硼硅玻璃隨溫度的升高，硼氧三角體平行排列于表面的傾向減少，表面張力反而上升；PbO等非對(duì)稱組分，隨溫度的升高，極化變化作用減弱，導(dǎo)致表面張力隨溫度的升高而增大，這些情況在按成分計(jì)算表面張力時(shí)均應(yīng)加以考慮。加和系數(shù)要指明應(yīng)用時(shí)的溫度，有條件時(shí)應(yīng)給出隨溫度的改變表面張力變化的系數(shù)，即溫度系數(shù)。
表面張力加和系數(shù)有笛采爾、里昂（Lyon）、阿本、蒂洛特遜、羅本斯汀（Rubenstein）、沙舍克等。阿本的方法玻璃成分采用摩爾分?jǐn)?shù)，溫度為1300℃，氧化物種類在20種以上。笛采爾方法采用玻璃成分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Na2O含量應(yīng)小于25%為合適，溫度為900℃，每升高100℃，表面張力應(yīng)減小4×10-3N/m。Lyon的加和系數(shù)適用于w(SiO2)/w(Na2O)=3.5時(shí)，計(jì)算精確度±1%；當(dāng)w(SiO2)：w(Na2O)等于1時(shí)，要將計(jì)算的表面張力值增加80N/m，所用玻璃成分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具體加和系數(shù)見下表。
|
氧化物 |
阿本1300℃ |
笛采爾900℃ |
里昂 |
蒂洛特遜 |
|
|
1200℃ |
1400℃ |
||||
|
SiO2 |
290 |
340 |
325 |
324 |
260 |
|
TiO2 |
250 |
300 |
- |
- |
- |
|
Cr2O3 |
-500 |
-590 |
- |
- |
- |
|
ZrO2 |
350 |
410 |
- |
- |
- |
|
B2O3 |
- |
80 |
23 |
-23 |
90 |
|
Al2O3 |
580 |
620 |
598 |
585 |
- |
|
Fe2O3 |
450 |
450 |
450 |
440 |
- |
|
MgO |
520 |
660 |
577 |
549 |
- |
|
CaO |
510 |
480 |
492 |
492 |
640 |
|
BaO |
470 |
370 |
370 |
380 |
400 |
|
ZnO |
450 |
470 |
- |
- |
470 |
|
PbO |
- |
120 |
- |
- |
- |
|
MnO |
390 |
450 |
- |
- |
- |
|
NiO |
400 |
450 |
- |
- |
- |
|
CoO |
430 |
450 |
- |
- |
- |
|
Li2O |
450 |
460 |
- |
- |
- |
|
Na2O |
295 |
150 |
127 |
112 |
320 |
|
K2O |
0 |
10 |
0.0 |
-75 |
- |
|
CaF2 |
420 |
370 |
- |
- |
- |
|
V2O5 |
-500 |
-610 |
- |
- |
- |
羅本斯汀對(duì)笛采爾和里昂的加和系數(shù)進(jìn)行了修正，得出了在1200℃下玻璃熔體表面張力系數(shù)，分別按質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)計(jì)算，其值列于下表。
|
氧化物 |
表面張力和加和系數(shù) |
|
|
按質(zhì)量分?jǐn)?shù) |
按摩爾分?jǐn)?shù) |
|
|
SiO2 |
325 |
320 |
|
GeO2 |
260 |
450 |
|
ZrO2 |
410 |
650 |
|
GeO2 |
480 |
1350 |
|
B2O3 |
23 |
26 |
|
Al2O3 |
598 |
1000 |
|
BeO |
1100 |
450 |
|
MgO |
57 |
385 |
|
MoO3 |
400 |
950 |
|
P2O5 |
(150) |
(350) |
|
V2O5 |
（250） |
（750） |
|
TiO2 |
300 |
400 |
|
SnO2 |
50 |
100 |
|
ThO2 |
400 |
1700 |
|
Fe2O3 |
500 |
1300 |
|
CaO |
492 |
442 |
|
SrO |
380 |
650 |
|
BaO |
350 |
880 |
|
ZnO |
470 |
620 |
|
PbO |
120 |
270 |
|
CoO |
450 |
550 |
|
Na2O |
127 |
129 |
|
K2O |
0.0 |
0.0 |
|
Bi2O3 |
-100 |
-750 |
|
Nb2O5 |
500 |
2600 |
|
Sb2O3 |
150 |
700 |
|
CuO |
450 |
600 |
|
CdO |
300 |
600 |
|
NiO |
600 |
700 |
|
Li2O |
(300) |
(150) |
注：表中括號(hào)中數(shù)值的誤差比較大，使用時(shí)請(qǐng)注意。
沙舍克對(duì)平板玻璃在不同溫度下的表面張力提出式（1）、式（2）等經(jīng)驗(yàn)式。
σ1200=489.2-12.9wN-33.0wK+2.75wM+2.33wCa+1.4wa+3.3wF——（1）
σ1400=371.0-6.0wN-20.0wK+4.0wM+1.33wCa+1.6wa+38.89wF——（2）
式中：σ1200、σ1400——分別為1200℃和1400℃下玻璃的表面張力；
wN、wK、wM、wCa、wa、wF——Na2O、K2O、MgO、CaO、Al2O3、Fe2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。
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