什么是硼硅酸盐玻璃,硼硅酸盐玻璃有什么应用?

硼硅酸盐玻璃是一种特殊的玻璃使用的硼酸作为它的一个组成部分制造。

硼硅酸盐玻璃的开发

早在1882年,一位名叫奥托·肖特的德国化学家就对创造玻璃的方法感兴趣,这种玻璃能够经受温度的突然变化或暴露在不粉碎的不均匀温度下。在那一年,他的发现带来了硼硅酸盐玻璃的发明。肖特发现,在玻璃制造过程中添加硼元素导致了耐热形式的玻璃。

化学家后来的工作。泰勒和尤金苏利文在康宁玻璃公司的努力精炼奥托肖特和扩大耐温度性能的硼硅酸盐玻璃。由于这些创新,定制玻璃制造业发展壮大,现在有超过100万种不同的玻璃配方,可通过提高玻璃的理想物理和机械性能,根据具体产品需要定制。

也许最有名的硼硅酸盐玻璃的应用来源于康宁玻璃的进一步研究。一九一四年加入该公司后,物理学家杰西利特尔顿被赋予了测试和评估新发明的玻璃配方物理性质的任务。在他妻子的陶制砂锅盘不小心坏了之后,她建议说,也许这种新开发的耐热玻璃可能被证明是一种有用的烘焙产品。在测试了利特尔顿带回家的样品玻璃容器中烤蛋糕的概念后,一种新的硼硅酸盐玻璃用途诞生--玻璃餐具。康宁玻璃公司引入了一种产品，该公司多年来一直使用硼硅酸盐玻璃生产。

硼硅酸盐玻璃的性能

硼硅酸盐玻璃一般具有抗化学性,但其最显著的物理特性也许是它的热膨胀系数低,这解释了为什么玻璃能够在温度突然变化时抵抗粉碎。玻璃通常是一个不合格的热导体,所以当你拿热玻璃浸入冷水中时,玻璃的外部很快冷却,而内部不冷却。

用硼硅酸盐玻璃,加入硼酸(H) 3 波 3 ),即当玻璃被加热或冷却时,它不会膨胀或收缩很大。这种尺寸稳定性使硼硅酸盐玻璃能够在不发生裂纹的情况下经受快速和极端的温度变化。

硼硅酸盐玻璃的化学成分通常由大约81%的二氧化硅组成。 2 )和13%三氧化硼(b) 2 O 3 )含有较少浓度的氧化钠和氧化铝。(请注意,硼氧化物的浓度可能有所不同,5-13%是典型的)。元素硼提供了玻璃的尺寸稳定性,这样材料就不会随着暴露的温度变化而收缩或增长。

硼硅酸盐玻璃的应用

在奥托·肖特开始试验玻璃配方时,最初试图解决的问题是制造一种能够抵御极端温度照射的玻璃。例如,当时在灯笼中使用的玻璃在下雨的情况下最终会破碎或破裂,因为玻璃表面的冷雨与热的内部表面的温度相比,造成了很大的温度梯度。

一旦硼硅酸盐玻璃成为可用的,它的应用立即变得明显。硼硅酸盐玻璃的一些常见用途包括:

实验室玻璃器皿

科学眼镜和热镜子

烤箱和餐具

保温材料

高强度照明产品

目镜

飞机外部镜头

水族馆加热器

电子学

快速原型设计

实验室玻璃器皿

高尺寸的稳定性和在不同温度下同时承受暴露的能力使硼硅酸盐玻璃成为制造实验室玻璃器皿(又称实验室玻璃器皿)的自然材料选择。培养盘、显微镜、玻璃瓶、烧杯、烧瓶、测试管、漏斗和测量仪器,如分度圆柱,都是常见的例子。硼硅酸盐玻璃除了具有良好的热性能外,还对大多数化学品具有很强的抵抗性和无反应性。

科学眼镜和热镜子

硼硅酸盐玻璃可以模压成高精度光学元件,如用于望远镜和其他精密光学器件的透镜。硼硅酸盐玻璃热膨胀系数低,意味着透镜的光学性能在温度变化时是稳定的,因为玻璃透镜不会显著改变其尺寸。该玻璃也是理想的使用在热镜子反射红外线。

烤箱和餐具

它的第一个和最常见的用途是在创造家庭餐具和面包制品。硼硅酸盐厨具的热性能允许它从热烤箱运输到一个凉爽的工作台,而不必担心破裂或粉碎。它也用于测量杯等产品,并可安全用于微波炉和洗碗机。

保温材料

硼硅酸盐玻璃的热性能被用于制作保护航天飞机免受重返地球大气层热影响的热瓦。

高强度照明产品

在电影工业中使用的舞台照明和照明产品使用硼硅酸盐玻璃透镜,因为当连续数小时操作时,这些灯可以达到高温。其他使用高强度放电(HID)的灯具产品,如汞蒸气灯或金属卤化物灯,将使用硼硅酸盐透镜或外壳。

目镜

在工业过程中,水箱使用的是通常由硼硅酸盐玻璃制成的视觉眼镜。这些视觉眼镜可以对物质和工艺进行目视监测,而不需要打开水箱或储存容器,也不中断工艺。

飞机外部镜头

飞机上的外部灯具使用硼硅酸盐玻璃透镜,这是因为它具有清晰的光学特性(透光性)和承受高空飞行时经历的温差的能力。下图1展示了一种硼硅酸盐玻璃的光学传输特性。注意在300-1200纳米的全光谱波长上的非常平坦的性能。

水族馆加热器

水族馆加热器是一种非常普遍的应用于硼硅酸盐玻璃,在那里加热管暴露在热梯度来自内部镍铁加热元件和水箱中更冷的水。

电子学

硼硅酸盐玻璃用于现代电子材料的半导体制造业,其中硅晶圆可能与蚀刻的硼硅酸盐玻璃结合。

快速原型设计

在熔合沉积模型(3D打印或添加剂制造的一种形式)中,硼硅酸盐玻璃是一种理想的材料,在制造过程中被加热和挤压的塑料材料沉积。