Поверхностное натяжение стекла

Поверхностное натяжение характеризует интенсивность межмолекулярных сил, действующих на поверхности стекломассы. При производстве стекла действие сил поверхностного натяжения проявляется во многих технологических процессах и операциях, таких как гомогенизация, осветление, формование, выдувание, отопка края изделия, эмалирование, глазурирование и т.д. Шарообразная форма газовых и стекловидных включений, гладкая и блестящая поверхности стекла также обусловлены действием сил поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение промышленных стекол в зависимости от состава может изменяться в пределах 0,155-0,470 Н/м, что примерно в четыре раза больше поверхностного натяжения воды. Высокое значение поверхностного натяжения в сочетании со своеобразным ходом температурной кривой вязкости обусловливает применение таких способов формования, как непрерывное вытягивание листов стекла, выдувание полых изделий, которые не применимы ни к какому другому материалу.

Поверхностное натяжение мало зависит от температуры. При повышении температуры на 100ºС поверхностное натяжение расплавленной щелочно-силикатной стекломассы снижается всего на 2-4%.

Значительное влияние на поверхностное натяжение оказывает состав стекла. Оксиды Li₂O, СаО, MgO, Al₂O₃, ZrO₂ повышают поверхностное натяжение стекла, оксиды K₂O, PbO, B₂O₃, Sb₂O₃ понижают поверхностное натяжение при введении их в большом количестве. Соединения Cr, Mo, As, Sb, W являются поверхностно активными, введение этих компонентов даже в небольших количествах вызывает резкое уменьшение поверхностного натяжения.

Кристаллизация стекол

Анализ развития стеклотехники показывает, что главная неприятность, которая всегда подстерегала стеклодела – стихийная кристаллизация стекла, что особенно проявилось при переходе к машинным методам производства. Спонтанная кристаллизация определяется природой стекла, его стремлением перейти из метастабильного в устойчивое кристаллическое состояние. Спонтанная кристаллизация – частичная или полная портит стекло, нарушает прозрачность, ухудшает прочность, снижает способность к формованию.

Кристаллизационная способность стекол различна и определяется двумя факторами: скоростью образования центров кристаллизации (ЧЦК) и линейной скоростью роста кристаллов (ЛСК). Исследования Таммана в области кристаллизации показали, что ЧЦК и ЛСК зависят от температуры, и эта зависимость выражается характерными кривыми (рис. 4).

Рис.4. Типичные кривые зависимости линейной скорости кристаллизации (1), скорости образования центров кристаллизации (2) и вязкости (3) от степени переохлаждения стекол.

По мере увеличения степени переохлаждения растет скорость образования центров кристаллизации и их число. После достижения максимальных значений в некотором температурном интервале, определяемом составом стекла, вязкостью стекломассы, а также природой выделяющейся кристаллической фазы скорость образования центров кристаллизации уменьшается до нуля. Аналогичный вид имеет и кривая ЛСК. Относительное расположение кривых характеризует склонность расплава стекла к кристаллизации. Наибольшая вероятность кристаллизации стекол наблюдается в области перекрывания кривых (заштрихованный участок).