2.2 表面張力和重力對釉滴表面形狀的綜合影響

通過對燒成后各釉滴的形狀觀察，可以看出: 對于大直徑的釉滴，重力的影響大于表面張力的影響，致使其形狀呈扁平的球冠狀，與薄板的潤濕角小于90°；中等直徑的釉滴所受重力和表面張力較為均衡，其形狀為半球狀，與薄板的潤濕角約等于90°；小直徑的釉滴所受重力小于表面張力，其形狀接近于球形，與薄板的潤濕角大于90°，甚至接近于180°。

2.3 表面張力對青瓷制品釉面質(zhì)量的影響

龍泉青瓷的燒制結(jié)果見表2。

表2 龍泉青瓷梅子青釉燒成試驗(yàn)成果表

釉層表面平整、光滑、圓潤，氣泡較密集、較細(xì)小、分布均勻、釉呈梅子青色、乳濁，不見針眼和凹陷；小杯邊沿釉層覆蓋比較飽滿、氣泡稀少、較大。

龍泉青瓷在燒制過程中，隨著溫度的升高，由于表面張力的作用，杯子表面質(zhì)點(diǎn)不斷移動和擴(kuò)散，最終達(dá)到平衡狀態(tài)，使熔體均勻化，釉層表面凹凸不平得以自發(fā)修復(fù)，逐漸呈現(xiàn)平整、光滑、發(fā)亮的狀態(tài)。最先圓潤、發(fā)亮的部位是杯子的口沿，這是因?yàn)楸涌谘氐那首畲?，所受表面張力最大，由表面張力產(chǎn)生的指向熔體內(nèi)部的附加壓力也最大。

采用氧化氣氛燒成時(shí)，釉層表面平整、光滑，氣泡密集、細(xì)小、分布均勻、釉呈米黃色、乳濁、見針眼和凹陷，小杯邊沿釉層覆蓋比較單薄。采用還原氣氛燒成時(shí)，釉層表面平整、圓潤、光滑，氣泡較密集、較細(xì)小、分布均勻、釉呈梅子青色、乳濁，不見針眼和凹陷，小杯邊沿釉層覆蓋比較飽滿。對比氧化氣氛和還原氣氛燒成結(jié)果，其不同之處在于表面張力的作用效果不同，在還原氣氛下的表面張力比在氧化氣氛下大20%左右。氧化氣氛下燒制出現(xiàn)的針孔和凹陷現(xiàn)象，在還原氣氛下燒制，由于表面張力的增大，得以自動補(bǔ)平。對于小杯邊沿氧化氣氛燒制釉層覆蓋較薄，使得氣泡易于排出，氣泡數(shù)量較少，尺寸較大。還原氣氛燒制釉層覆蓋較為飽滿，氣泡數(shù)量變多，尺寸變小，這是因?yàn)檠趸瘹夥諢菩”呇厣嫌运苤亓Υ笥诒砻鎻埩?，使得釉層變薄，還原氣氛燒制釉層所受到的表面張力變大而所受重力不變，使得小杯邊沿釉層覆蓋相對變厚。至于燒成制品氣泡的數(shù)量和大小，影響因素涉及胎和釉的組成、胎和釉中氧化鐵的含量、釉的高溫黏度、表面張力、釉的厚度，以及燒成溫度和燒成氣氛，表面張力只是其中的一項(xiàng)。表面張力能使釉熔體中的大氣泡變得更大更容易排出，而對于小氣泡則變小甚至溶解于釉中而消失。

3 分析和討論

由熔體作用力理論可知，組成熔體的質(zhì)點(diǎn)間存在著作用力。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置時(shí)，即質(zhì)點(diǎn)間距r＝r0(r0＝10?1?)時(shí)，引力等于斥力，質(zhì)點(diǎn)間作用力為0；質(zhì)點(diǎn)間距r>r0，作用力為引力；質(zhì)點(diǎn)間距r<r0，作用力為斥力；當(dāng)質(zhì)點(diǎn)間距r>10r0時(shí)，引力和斥力均為0，如圖3所示。

圖3 質(zhì)點(diǎn)間作用力示意圖

如果以質(zhì)點(diǎn)中心為圓心，10r0為半徑作一球面，顯然只有在這個(gè)球面內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)才對位于球心上的質(zhì)點(diǎn)有作用力。熔體的表面層厚度等于質(zhì)點(diǎn)作用球半徑的一層，在表面層內(nèi)熔體質(zhì)點(diǎn)受力的情況跟熔體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)的受力情況有所不同。由圖4可見，位于熔體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)A受到周圍對稱分布的質(zhì)點(diǎn)的作用，其合力為0。熔體表面層質(zhì)點(diǎn)上下分布對稱性被打破，處于表層內(nèi)的熔體質(zhì)點(diǎn)B、C和D都受到了一個(gè)指向熔體內(nèi)部的力的作用從而向熔體內(nèi)部移動，使得質(zhì)點(diǎn)間距離減小，引力轉(zhuǎn)化為斥力，最終到達(dá)平衡狀態(tài)。在平行熔體表面的方向，熔體表面層內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)分布是均勻的，只是間距比較大，質(zhì)點(diǎn)間作用力表現(xiàn)為引力，這便是熔體的表面張力。由于表面張力的作用，質(zhì)點(diǎn)之間的距離減小，使得熔體表面積減小，而一定體積的熔體中球體的表面積最小，所以熔體表面有形成球面的趨勢，但這種趨勢會受重力的影響而改變。重力是所有組成熔體的質(zhì)點(diǎn)所受的力的合力，而表面張力只是表面一層質(zhì)點(diǎn)間的引力，表面張力相對于重力而言微乎其微，所以對于大體積的熔體，重力作用遠(yuǎn)大于表面張力作用，液面呈現(xiàn)平面。對于小體積熔體來說，組成熔體總的質(zhì)點(diǎn)數(shù)較少，表面張力已接近重力，甚至超過重力，使得液面呈現(xiàn)弧形甚至球形。上述的釉滴實(shí)驗(yàn)可以證實(shí)這點(diǎn)。

圖4 質(zhì)點(diǎn)間作用力示意圖

如果熔體表面是凸面，如圖5b所示，因表面張力沿周界與熔體面相切，則沿周界各個(gè)方向的表面張力f將產(chǎn)生一個(gè)指向熔體內(nèi)部的合力p(正壓力)，使得熔體表面曲率變小。如果液面是凹面，如圖5c所示，表面張力的合力將指向熔體外部，對熔體則產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓力，使得凹面變平，甚至有可能轉(zhuǎn)化為凸面。由于表面張力的作用，熔體表面能夠截凸補(bǔ)凹，自動修復(fù)，表面平滑，這正是陶瓷釉層表面能夠平整光滑的主要原因。

圖5 彎曲液面下的附加壓強(qiáng)

4 結(jié)論

1) 表面張力是熔體表面層由于質(zhì)點(diǎn)作用力不均衡而產(chǎn)生的使熔體表面收縮的力。

2) 由于表面張力的作用，熔體表面有形成球面的趨勢，只是由于重力的作用使得這種趨勢得以改變。熔體最終呈現(xiàn)的形狀和熔體體積的大小有關(guān)系，熔體體積的大小不同，則表面張力和重力的影響程度不同。大體積的熔體，表面張力遠(yuǎn)小于重力作用，使得熔體表面呈平面狀。小體積的熔體，表面張力大于重力作用，熔體表面呈弧形甚至球形。

3) 陶瓷在燒制過程中，由于表面張力的作用，熔體表面質(zhì)點(diǎn)不斷移動和擴(kuò)散，最終達(dá)到平衡狀態(tài)，使熔體均勻化，釉層表面凹凸不平得以自發(fā)修復(fù)，逐漸呈現(xiàn)平整、光滑、發(fā)亮的狀態(tài)。