表面張力是物質(zhì)重要的物理參數(shù)之一，是多相（固、液、氣）系統(tǒng)重要的界面性質(zhì)。玻璃熔體表面張力在玻璃制品生產(chǎn)過(guò)程中有重要意義，特別是在玻璃澄清、均化、成型（形）、加工等過(guò)程中，均發(fā)揮著顯著作用［1］。玻璃液中氣泡的成長(zhǎng)溶解和排出速度在一定程度上受表面張力作用影響［2］。玻璃均化主要是消除條紋和不均勻體，主體玻璃表面張力和條紋玻璃表面張力的相對(duì)大小決定了條紋的擴(kuò)散溶解速度。如果條紋玻璃表面張力大于主體玻璃表面張力，條紋就力求成球形不易展開(kāi)擴(kuò)散溶解；若條紋玻璃表面張力小，就力求展開(kāi)成薄膜狀包圍在主體玻璃周?chē)讛U(kuò)散溶解。較低的表面張力有利于玻璃液的均化。玻璃管和玻璃棒的拉制成型也需要借助表面張力作用使玻璃自發(fā)向圓柱形發(fā)展。玻璃火拋光同樣借助了表面張力作用使玻璃表面更加平滑。浮法平板玻璃的生產(chǎn)原理［3］也是基于表面張力的作用，從而獲得了超越磨光玻璃表面質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)玻璃，表面張力有時(shí)也會(huì)對(duì)玻璃制品生產(chǎn)帶來(lái)不利影響，例如生產(chǎn)超薄平板玻璃時(shí)，需要使用拉邊機(jī)來(lái)克服表面張力引起的收縮。因此研究玻璃熔體表面張力對(duì)指導(dǎo)玻璃生產(chǎn)具有重要意義。

表面張力的測(cè)試方法主要包括動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法。動(dòng)態(tài)法是通過(guò)測(cè)量液體（熔體）決定某一過(guò)程特征的數(shù)值來(lái)計(jì)算表面張力，主要包括毛細(xì)管波法和震蕩射流法，通常在表面張力隨時(shí)間變化較快時(shí)用動(dòng)態(tài)法測(cè)量，如震蕩射流法測(cè)定的時(shí)間變化可以小到1 ms左右。目前，動(dòng)態(tài)測(cè)量方法因方法尚不完善導(dǎo)致測(cè)量誤差大，因而實(shí)際應(yīng)用很少［4］。在實(shí)際生產(chǎn)中，主要使用靜態(tài)法來(lái)測(cè)量液體（熔體）的表面張力，靜態(tài)法是根據(jù)測(cè)定液體（熔體）某一狀態(tài)下的特征數(shù)值來(lái)計(jì)算表面張力的，主要包括電磁懸浮法、滴外形法、滴重法、毛細(xì)管上升法、最大泡壓法、拉筒法、旋滴法等。但大多靜態(tài)測(cè)量方法只適用于常溫或者200℃以下液體（熔體）的表面張力測(cè)量，能夠測(cè)量高溫液體（熔體）的主要有最大泡壓法、電磁懸浮法、座滴法和懸滴法。但由于玻璃熔體高溫且黏度大的特點(diǎn)，導(dǎo)致氣泡難控制，并且高溫下的玻璃熔體呈現(xiàn)紅熱狀態(tài)，難以觀察氣泡形態(tài)，故最大泡壓法不適用于玻璃熔體表面張力的測(cè)量［5］。由于玻璃的高溫熔體不具有磁性能，電性能也不佳，故電磁懸浮法不能用來(lái)測(cè)量玻璃熔體的表面張力。座滴法和懸滴法均適用于玻璃熔體表面張力的測(cè)量，但懸滴法需已知玻璃熔體高溫密度，且對(duì)裝置要求較高，容易造成較大測(cè)量誤差，故目前座滴法是測(cè)量玻璃熔體表面張力的常用方法。

1座滴法測(cè)量玻璃熔體表面張力

1.1測(cè)試原理

座滴法是基于熔體（液體）在水平托板表面形成穩(wěn)定橢球液滴的形狀參數(shù)測(cè)量表面張力的方法［6］?；谧畏y(cè)量玻璃熔體表面張力，玻璃熔體在水平托板上受重力和表面張力共同作用形成旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱(chēng)橢球［7］（圖1），橢球表面任一點(diǎn)的壓力差與表面張力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系見(jiàn)式（1）：

圖1座滴形狀解析圖

式中：DP——橢球表面任一點(diǎn)與頂點(diǎn)的壓力差，Pa；

s——表面張力，mN/m；

R1——曲面S點(diǎn)垂直紙面的曲率半徑，m；

R2——曲面S點(diǎn)另一主要半徑，m；

r——S點(diǎn)繞對(duì)稱(chēng)軸旋轉(zhuǎn)的半徑，m；

j——過(guò)S點(diǎn)的切線(xiàn)與水平面的夾角；

b——頂點(diǎn)O處曲率半徑，m；

Dr——液相與氣相的密度差，g/cm3；

g——重力加速度，m/s2；

z——S點(diǎn)距離O點(diǎn)的垂直距離，m。

1.2測(cè)量裝置

座滴法表面張力測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示，由測(cè)量軟件、攝像系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、承托板、樣品、托架、熱電偶、光源、氣體系統(tǒng)構(gòu)成。

圖2座滴法表面張力測(cè)量裝置示意圖

1.3測(cè)試步驟

（1）開(kāi)啟與試驗(yàn)裝置相關(guān)電源，設(shè)置試驗(yàn)溫度，開(kāi)始升溫，達(dá)到試驗(yàn)溫度后，打開(kāi)氣體系統(tǒng)，通入保護(hù)氣體；

（2）用電子天平稱(chēng)量試樣質(zhì)量，記為m，單位為g；

（3）將托架快速移出加熱爐管，將承托板放置在托架上，將試樣放置于承托板中央，然后將托架移入加熱爐，使其復(fù)位（注意：此過(guò)程防止?fàn)C傷）；

（4）在試驗(yàn)溫度下將試樣加熱30 min，使試樣轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的橢球狀液滴（圖1），調(diào)整相機(jī)使橢球狀液滴處于視像中心，拍攝獲取橢球狀液滴圖像；

（5）計(jì)算系統(tǒng)對(duì)橢球狀液滴圖像進(jìn)行分析，獲得試驗(yàn)溫度下的試樣體積V，單位為cm3，然后根據(jù)試樣質(zhì)量m，計(jì)算得到玻璃熔體密度r，單位為g/cm3；

（6）在計(jì)算系統(tǒng)中輸入玻璃熔體密度r，通過(guò)表面張力計(jì)算軟件即可獲得玻璃熔體表面張力值s。