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研究生: 吳孟亞
Ming-Ya Wu
論文名稱: 高溫熔融玻璃之潤濕現象探討
A Study of Wetting Phenomenon of Melting Glasses
指導教授: 林析右
Shi-Yow Lin
口試委員: 陳崇賢
Chorng-Shyan Chern
蔡獻逸
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 化學工程系
Department of Chemical Engineering
論文出版年: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 88
中文關鍵詞: 固著液滴法潤濕現象熔融玻璃
外文關鍵詞: Melting Glasses, Wetting Phenomenon, Sessile Drop
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  • 主研究擬自行組裝一測量熔融玻璃液滴之動態潤濕行為量測系統。潤溼現象之探討乃藉著熔融玻璃固著液滴接觸角之測量而得。
    首先自行組裝一適用於高溫熔融玻璃液滴之量測裝置、撰寫連續取像程式和液滴邊界自動搜尋程式、建立固著液滴之接觸角量測方法,繼而探討接觸角隨溫度和加熱時間的變化情形,進而得知不同材質的熔融玻璃液滴在不同固材上之動態濕潤行為。
    在固著液滴之接觸角量測部份:POI玻璃於不同基材(金屬:Pt、Pt-Au合金、Pt-Rh20合金;非金屬類:新、舊耐火磚)上的潤溼現象不盡相同。POI在Pt上潤溼溫度較低,於合金基材上之潤濕現象幾乎相同,於新耐火磚上潤溼溫度則高於金屬基材。不同玻璃 (POI、C18、N8) 於新耐火磚基材上的潤溼溫度:C18 > POI = N8。


    A system for the studying the wetting phenomenon of melting glasses is developed in this work. The wetting behavior is via the measurement of dynamic contact angle of the melting glasses. An apparatus for measuring the melting glasses at temperature ranging between 800 and 1600 oC is built first. A program for acquiring drop images continuously and for locating the edge coordinates is then developed. After that, this contact angle of sessile drop of melting glasses is measured at different temperature and different heating time. The wetting phenomena are then studied from the dynamic contact angle data for various melting glasses at different solid substrates.
    The data of contact angle show some interesting results. Different wetting phenomena were observed for POI melting glass on various solid substrates, which includes metals (Pt, Pt-Au alloy, and Pt-Rh alloy) and non-metal (two different refractory bricks). The temperature for POI glass reaching a constant contact angle is: Pt < alloy < non-metal. The temperature for different glasses on the new refractory to reach a constant contact angle is: C18 > POI = N8.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 第一章 簡介 1 1.1 玻璃的種類 1 第二章 文獻回顧 3 2.1 表面張力測量方法 4 2.1.1 滴重法 4 2.1.2 最大拉伸法 4 2.1.3 最大泡壓法 4 2.1.4 懸垂液滴或固著液滴法 4 2.1.5 纖維拉伸法 6 2.2 密度測量的方法 6 2.2.1 阿基米德法 6 2.2.2 最大泡壓法 6 2.2.3 比重法 7 2.2.4 固著液滴法 7 2.2.5 積分體積法 7 2.2.6 射線吸收法 8 第三章 實驗裝置 9 3.1 高溫爐體部分 9 3.2 溫控箱部分 10 3.3 實驗裝置介紹 10 3.4 像素之計算 12 第四章 研究方法 13 4.1 Young’s equation 13 4.2 接觸角與濕潤性的關係 13 4.3 接觸角的遲滯現象 14 4.4 固著液滴法理論 14 第五章 影像擷取暨邊界點搜尋程式 16 5.1 影像擷取程式 16 5.2 邊界點搜尋暨計算表面張力程式 18 第六章 實驗步驟 21 6.1各種玻璃於耐火磚的實驗步驟 21 6.2 POI玻璃於各種基材的實驗步驟 22 6.3各種玻璃於耐火磚實驗過程 23 6.3.1 POI玻璃的實驗過程 23 6.3.2 C18玻璃的實驗過程 23 6.3.3 N8玻璃的實驗過程 23 6.4 POI玻璃於各種基材實驗過程 23 6.4.1 POI於新耐火磚上 23 6.4.2 POI於Pt上 23 6.4.3 POI於Pt-Au上 23 6.4.4 POI於Pt-Rh20上 23 第七章 實驗結果與討論 32 7.1探討不同玻璃於耐火磚上的潤溼現象 32 7.1.1 POI玻璃 32 7.1.2 C18玻璃部分 37 7.1.3 N8玻璃部分 39 7.2探討POI玻璃於不同基材上的潤溼現象 43 7.2.1 POI 於新耐火磚上 43 7.2.2 POI 於Pt上 45 7.2.3 POI 於Pt-Au上 47 7.2.4 POI 於Pt-Rh20上 50 7.2.5結果討論 53 第八章 結論與建議 55 8.1結論 55 8.2建議 55 參考文獻 56 附錄I 程式碼 58 表目錄 表1 不同玻璃的組成 1 表2 熔融玻璃表面張力與密度量測方法 3 表3 固著液滴潤溼溫度暨實驗前後重量變化 42 表4 POI玻璃(17.70 mg,在新耐火磚上)液滴接觸角 43 表5 POI玻璃(20.97 mg,在Pt上)液滴接觸角 45 表6 POI玻璃(17.66 mg,在Pt-Au上)液滴接觸角 47 表7 POI玻璃(25.01 mg,在Pt-Rh20上)液滴接觸角 50 圖目錄 圖1 固著液滴的座標系統 5 圖2 固著液滴的理論曲線 5 圖3 固著液滴法量測熔融玻璃的動態密度與表面張力 7 圖4 積分體積法 8 圖5 熔融玻璃接觸角與表面張力量測系統設計圖 9 圖6 實驗裝置圖 10 圖7 利用鋼珠計算像素的影像圖 12 圖8 靜止液滴之接觸角與界面張力間之關係 13 圖9 液滴滴在固體表面時,可能呈現的三種情形 14 圖10 前進接觸角與後退接觸角之示意圖 14 圖11 理論的固著液滴座標系統 15 圖12 Live連續取像存檔 16 圖13 Live單一取像存檔 17 圖14 Live狀態下選取任意張數 18 圖15 邊界點搜尋暨計算表面張力程式 20 圖16 POI玻璃(26.02 mg,在舊耐火磚上)潤溼狀態隨溫度之 變化情形 24 圖17 POI玻璃(4.65 mg,在新耐火磚上)潤溼狀態隨溫度之 變化情形 25 圖18 C18玻璃(9.38 mg,在新耐火磚上)潤溼狀態隨溫度之 變化情形 26 圖19 N8玻璃(6.79 mg,在新耐火磚上)潤溼狀態隨溫度之 變化情形 27 圖20 POI玻璃(17.70 mg,在新耐火磚上)潤溼狀態隨溫度之 變化情形 28 圖21 POI玻璃(20.97 mg,在白金上)潤溼狀態隨溫度之 變化情形 29 圖22 POI玻璃(17.66 mg,在Pt-Au上)潤溼狀態隨溫度之 變化情形 30 圖23 POI玻璃(25.01 mg,在Pt-Rh20上)潤溼狀態隨溫度之 變化情形 31 圖 24 POI玻璃(26.02 mg,在舊耐火磚上)液滴接觸角隨溫度 變化情形 32 圖25 POI玻璃在舊耐火磚(定溫下)上之液滴接觸角對靜置時間 之變化情形:T = (a) 1275, (b) 1300, (c) 1325, (d) 1350, (e) 1375, (f) 1400, (g) 1425 oC 33 圖 26 POI玻璃(4.65 mg,在新耐火磚上)液滴接觸角隨溫度 變化情形 34 圖 27 POI玻璃在新耐火磚(定溫下)上之液滴接觸角對靜置時間 之變化情形:T = (a) 1240, (b) 1250, (c) 1255, (d) 1260, (e) 1265, (f) 1270, (g) 1275, (h) 1280, (i) 1285, (j) 1290 oC 35 圖 28 C18玻璃(9.38 mg,在新耐火磚上)液滴接觸角隨溫度 變化情形 37 圖 29 C18玻璃在新耐火磚(定溫下)上之液滴接觸角對靜置時間 之變化情形:T = (a) 1275, (b) 1300, (c) 1325, (d) 1350, (e) 1375, (f) 1400 oC 38 圖 30 N8玻璃(6.79 mg,在新耐火磚上)液滴接觸角隨溫度 變化情形 39 圖 31 N8玻璃在新耐火磚(定溫下)上之液滴接觸角對靜置時間 之變化情形:T = (a) 1230, (b) 1240, (c) 1250, (d) 1255, (e) 1260, (f) 1265, (g) 1270, (h) 1275, (i) 1280, (j) 1285 oC 40 圖 32 N8玻璃在新耐火磚上,溫度1230 oC∼1285 oC,液滴接觸角 隨溫度變化情形 42 圖 33 POI玻璃在新耐火磚上之液滴接觸角隨溫度變化情形 43 圖 34 POI玻璃在新耐火磚(定溫下)上之液滴接觸角對靜置時間 之變化情形:T = (a) 1225, (b) 1250, (c) 1280, (d) 1300 oC 44 圖 35 POI玻璃在Pt上之液滴接觸角隨溫度變化情形 45 圖 36 POI玻璃在Pt(定溫下)上之液滴接觸角對靜置時間之 變化情形:T = (a) 1125, (b) 1150, (c) 1175, (d) 1200, (e) 1225, (f) 1250, (g) 1280, (h) 1300 oC 46 圖 37 POI玻璃在Pt-Au上之液滴接觸角隨溫度變化情形 47 圖 38 POI玻璃在Pt-Au(定溫下)上之液滴接觸角對靜置時間之 變化情形:T = (a) 1150, (b) 1175, (c) 1200, (d) 1225, (e) 1250, (f) 1280, (g) 1290, (h) 1300, (i) 1325, (j) 1350 oC 48 圖 39 POI玻璃在Pt-Rh20上之液滴接觸角隨溫度變化情形 50 圖 40 POI玻璃在Pt-Rh20(定溫下)上之液滴接觸角對靜置時間之 變化情形:T = (a) 1125, (b) 1150, (c) 1175, (d) 1200, (e) 1225, (f) 1250, (g) 1280, (h) 1290, (i) 1300, (j) 1325 oC 51 圖 41 POI玻璃於不同基材上時接觸角隨溫度之變化情形 53 圖 42 POI玻璃在不同基材上,溫度1280度,接觸角隨時間之 變化情形 54 圖 43 POI玻璃在不同基材上,溫度1300度,接觸角隨時間之 變化情形 54

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