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基于座滴法研究化學(xué)組成對(duì)無堿鋁硼硅玻璃表面張力的影響（二）
來源： 《玻璃搪瓷與眼鏡》 瀏覽 327 次 發(fā)布時(shí)間:2026-01-20
實(shí)驗(yàn)所用的玻璃原料包括石英砂、氧化鋁、硼酐（氧化硼）、氧化鈣、氧化鎂、氧化鍶、氧化鋅，化學(xué)澄清劑所用原料為氧化亞錫，試劑純度等級(jí)均為分析純（AR），實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)引入成分及使用的原料種類、具體純度如表 5 所示，所有化學(xué)成分均以氧化物原料的形式引入，玻璃成分中除原料可能含有的部分雜質(zhì)以外，均不含任何人為引入的其他成分。
| 化學(xué)組成 | 原料 | 試劑純度/% | 生產(chǎn)單位 |
|---|---|---|---|
| SiO? | 高純石英砂 | ≥99.00 | |
| B?O? | 硼酐 | ≥98.00 | |
| Al?O? | 氧化鋁 | ≥99.00 | |
| CaO | 氧化鈣 | ≥99.00 | 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所 |
| MgO | 氧化鎂 | ≥98.50 | |
| SrO | 氧化鍶 | ≥99.00 | |
| ZnO | 氧化鋅 | ≥99.00 | |
| SnO | 氧化錫 | ≥98.00 |
1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與樣品制備
實(shí)驗(yàn)所用儀器設(shè)備包括：用 1700 ℃ 硅鉬棒高溫爐熔制玻璃；用 1100 ℃ 程控高溫爐退火基板玻璃；用 ES-1000E 電子分析天平稱量玻璃原料和玻璃試樣；用 500 mL 鉑銠合金坩堝熔化玻璃；采用 BLZL-1450 座滴法熔體表面張力測(cè)量儀（圖 1）測(cè)量表面張力。
實(shí)驗(yàn)樣品的熔制流程如圖 2 所示，首先根據(jù)組分設(shè)計(jì)計(jì)算玻璃配方，稱量并配制約 500 g 配合料，在研缽內(nèi)充分研磨、混合均勻，待硅鉬棒電爐升溫至 1550 ℃ 時(shí)，將混合均勻的配合料分多次加入預(yù)熱過的鉑金坩堝中，保溫 2 h 至原料熔化充分后以 5 ℃/min 的升溫速率加熱至 1640 ℃，并在該溫度條件下保溫 4 h，實(shí)現(xiàn)玻璃的充分熔化與澄清。然后繼續(xù)升溫至 1680 ℃ 保溫 2 h 使玻璃液完全澄清，出料前 30 min 進(jìn)行攪拌，然后將玻璃液澆筑在預(yù)熱的耐熱鋼模內(nèi)，成型后轉(zhuǎn)入 780 ℃ 的馬弗爐內(nèi)進(jìn)行退火處理，保溫 3 h 后再以 1 ℃/min 降溫速率慢冷至 300 ℃，隨爐冷卻得到經(jīng)過退火的玻璃樣塊。
圖 1 玻璃樣品熔制工藝制度
1.3 測(cè)試與表征
按 GB/T 39797-2021 玻璃熔體表面張力試驗(yàn)方法，使用 BLZL-1450 表面張力測(cè)量儀進(jìn)行測(cè)量，首先測(cè)得不同化學(xué)組成的 OLED 基板玻璃的工作點(diǎn)溫度（黏度為 10? dPa·s，簡稱 T?），然后在此溫度條件下測(cè)量玻璃熔體的表面張力。
圖 2 橢球狀玻璃熔體液滴
將制備的玻璃樣塊用錫紙包裹，用鐵錘捶碎后用鉗子修整成較方正的顆粒，選取內(nèi)部無氣泡結(jié)石且質(zhì)量為 0.15~0.30 g 的碎塊用于測(cè)試。測(cè)試前選用 T? 溫度表面張力為 334 mN/m 的標(biāo)準(zhǔn)鈉鈣玻璃校準(zhǔn)表面張力測(cè)量儀。測(cè)試的具體操作步驟如下：將表面張力測(cè)量儀加熱爐升溫至測(cè)量溫度，通入高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，然后將制備好的玻璃樣品置于石墨片上，送入加熱爐中的樣品臺(tái)上進(jìn)行保溫，試樣在表面張力作用下收縮成橢球狀液滴，如圖 2 所示，將液滴置于拍攝裝置視野中心，保溫 30 min 至熔體穩(wěn)定。隨后，用圖像采集裝置獲取橢球熔體的外輪廓線，通過軟件數(shù)值分析得到輪廓參數(shù)，利用 Young-Laplace 方程進(jìn)行解析，計(jì)算出樣品的表面張力（σ），反復(fù)測(cè)試若干次后取 σ 的平均值為樣品在該測(cè)試條件下的表面張力值。
2 結(jié)果與討論
2.1 Al?O?/SiO? 對(duì) OLED 基板玻璃表面張力的影響
隨著 OLED 基板玻璃化學(xué)組成中 Al?O?/SiO? 摩爾比從 0.15 變到 0.25，玻璃熔體在 T? 溫度條件下的表面張力測(cè)試結(jié)果如圖 3 所示。
由圖 3 可知，Al?O?/SiO? 從 0.15 逐漸增加至 0.25，隨著網(wǎng)絡(luò)形成體中 Al 的占比變大，玻璃熔體表面張力從 369 mN/m 逐漸增加至 388 mN/m。Al?O? 對(duì) SiO? 逐步替代導(dǎo)致玻璃熔體表面張力增加的原因主要有兩個(gè)方面：一方面是更多的 Al3? 與玻璃網(wǎng)絡(luò)中游離氧結(jié)合形成鋁氧四面體 [AlO?]，使玻璃的非橋氧減少，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密，破壞網(wǎng)絡(luò)需要的能量增加，宏觀表現(xiàn)為表面張力增大；另一方面是一個(gè)堿土金屬離子與兩個(gè)鋁氧四面體結(jié)合形成 [AlO?]?–R2?–[AlO?]? 結(jié)構(gòu)（如圖 4 所示），堿土金屬離子 R2? 分布于鋁氧四面體網(wǎng)絡(luò)的空隙中，致密的網(wǎng)絡(luò)阻礙了表面活性組元（網(wǎng)絡(luò)外體 R2?）在高溫熔融狀態(tài)向表面的積聚，使熔體的表面能增大，從而導(dǎo)致表面張力增加。
圖 3 基板玻璃熔體表面張力與 Al?O?/SiO? 的關(guān)系圖
圖 4 堿土金屬離子和鋁氧四面體結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)