กระจก Impactinator®

แก้วบอโรซิลิเกต

แก้วเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่ใช่โลหะที่ไม่มีโครงสร้างผลึก วัสดุดังกล่าวเรียกว่าอสัณฐานและเป็นของเหลวที่เป็นของแข็งที่ระบายความร้อนอย่างรวดเร็วจนผลึกไม่สามารถก่อตัวได้ แก้วทั่วไปมีตั้งแต่แก้วซิลิเกตโซดามะนาวสําหรับขวดแก้วไปจนถึงแก้วควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงมากสําหรับใยแก้วนําแสง แก้วใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับหน้าต่างขวดแก้วดื่มสายการถ่ายโอนและภาชนะบรรจุสําหรับของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงแว่นตาออปติคัลหน้าต่างสําหรับการใช้งานนิวเคลียร์ ใช้แล้ว ในอดีตผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ทําจากแก้วเป่า ในช่วงไม่กี่ครั้งที่ผ่านมากระจกแบนส่วนใหญ่ได้รับการผลิตโดยใช้กระบวนการลอยตัว การผลิตขวดและผลิตภัณฑ์ตกแต่งจํานวนมากดําเนินการในระดับอุตสาหกรรมโดยใช้กระบวนการเป่าแก้ว รายการแก้วเป่ามือทําในศูนย์ศิลปะ / งานฝีมือทั่วสหราชอาณาจักร

ส่วนประกอบหลักของแก้วคือซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO 2) ซิลิการูปแบบที่พบมากที่สุดที่ใช้ในการผลิตแก้วคือทรายมาโดยตลอด

ทรายสามารถละลายเพื่อทําแก้วได้ แต่อุณหภูมิที่สามารถทําได้คือประมาณ 1700o C โดยการเพิ่มสารเคมีอื่น ๆ ลงในทรายอุณหภูมิของการละลายจะลดลงอย่างมีนัยสําคัญ การเติมโซเดียมคาร์บอเนต (Na2CO3) หรือที่เรียกว่าโซดาแอชในปริมาณที่จะทําให้ส่วนผสมหลอมเหลวของซิลิกา 75% (SiO2) และโซเดียมออกไซด์ 25% (Na2O) ช่วยลดอุณหภูมิของการหลอมเหลวได้ประมาณ 800o C อย่างไรก็ตามแก้วขององค์ประกอบนี้ละลายได้ในน้ําและเรียกว่าแก้วน้ํา เพื่อให้แก้วมีเสถียรภาพจําเป็นต้องใช้สารเคมีอื่น ๆ เช่นแคลเซียมออกไซด์ (CaO) และแมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) วัตถุดิบสําหรับการแนะนํา CaO และ MgO คือคาร์บอเนตหินปูน (CaCO3) และโดโลไมต์ (MgCO3) ซึ่งปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่อุณหภูมิสูงและทิ้งออกไซด์ไว้ในแก้ว

แก้วบอโรซิลิเกตทําจากซิลิกา 70% - 80% (SiO2) และโบรอนออกไซด์ 7% - 13% (B2O3) โดยมีโซเดียมออกไซด์อัลคาไล (โซดา) (Na2O) และอลูมิเนียมออกไซด์ (AI2O3) จํานวนเล็กน้อย เครื่องแก้วมักใช้ในห้องปฏิบัติการที่การสัมผัสกับไอน้ําซ้ํา ๆ ที่อุณหภูมิสูงสามารถชะล้างไอออนด่างได้ แก้ว Borosilicate มีปริมาณด่างค่อนข้างต่ําและเป็นผลให้ความต้านทานสูงต่อการโจมตีของน้ํา แก้วบอโรซิลิเกตมีความต้านทานแรงกระแทกจากความร้อนที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ํา (3.3 x 10 -6 K-1) และจุดอ่อนตัวสูง อุณหภูมิในการทํางานสูงสุดที่แนะนํา (ระยะสั้น) สําหรับแก้วบอโรซิลิเกตคือ 500oC แก้วบอโรซิลิเกตมีคุณสมบัติทางแสงที่ดีพร้อมความสามารถในการส่งแสงผ่านบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมและในช่วงรังสีอัลตราไวโอเลตใกล้ ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในโฟโตเคมี เนื่องจากคุณสมบัติทางความร้อนและแสงจึงใช้กันอย่างแพร่หลายสําหรับการใช้งานแสงความเข้มสูง แก้วนี้ใช้ในการผลิตเส้นใยแก้วสําหรับใช้ในการเสริมแรงพลาสติกและสิ่งทอ - ดูด้านล่าง ในครัวเรือนแก้วบอโรซิลิเกตเป็นที่รู้จักในรูปแบบของเครื่องครัวและของใช้ในครัวเรือนทนความร้อนอื่น ๆ เช่น Pyrex รายการเหล่านี้โดยทั่วไปจะใช้ที่อุณหภูมิสูงถึง 250 องศาเซลเซียส แก้วบอโรซิลิเกตมีความต้านทานสูงมากต่อการโจมตีของน้ํากรดสารละลายเกลือฮาโลเจนและตัวทําละลายอินทรีย์ นอกจากนี้ยังมีความต้านทานต่อด่างในระดับปานกลาง เฉพาะกรดไฮโดรฟลูออริกกรดฟอสฟอริกเข้มข้นร้อนและด่างที่แข็งแกร่งทําให้เกิดการกัดกร่อนอย่างมีนัยสําคัญของแก้ว นั่นคือเหตุผลที่แก้วนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงงานเคมีและอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการ

แก้วมีความแข็งแรงภายในที่ดี มันอ่อนแอลงจากข้อบกพร่องของพื้นผิวซึ่งทําให้กระจกทุกวันมีชื่อเสียงที่เปราะบาง การรักษาพื้นผิวพิเศษสามารถลดผลกระทบของข้อบกพร่องพื้นผิว ความต้านทานแรงดึงในทางปฏิบัติของแก้วอยู่ที่ประมาณ 27MPa ถึง 62MPa อย่างไรก็ตามแก้วสามารถทนต่อความเค้นอัดที่สูงมาก ดังนั้นการแตกของกระจกส่วนใหญ่เกิดจากความล้มเหลวของความต้านทานแรงดึง เหตุผลสําหรับความต้านทานแรงดึงที่อ่อนแอของแก้วคือมันมักจะถูกปกคลุมด้วยรอยแตกด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่สร้างความเข้มข้นของความเค้นในท้องถิ่น แก้วไม่มีกลไกในการลดความเครียดในท้องถิ่นที่เกิดขึ้นสูงและดังนั้นจึงอาจมีการแตกหักเปราะอย่างรวดเร็ว มีสองวิธีในการลด/ขจัดปัญหานี้: การรักษาความร้อนหรือทางเคมีของกระจกเพื่อให้พื้นผิวด้านนอกอยู่ภายใต้ความเค้นอัดค่อนข้างสูงในขณะที่พื้นที่ตรงกลางระหว่างพื้นผิวอยู่ภายใต้ความเค้นแรงดึง รอยแตกจึง "ถูกปิดโดยความเครียดที่เหลืออยู่อย่างต่อเนื่อง... มันเป็นแก้วแกร่ง / แกร่ง ความแข็งแรงของแก้วสามารถปรับปรุงได้ถึงปัจจัย 10 ด้วยวิธีนี้ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าพื้นผิวกระจกจะไม่แตกและกระจกไม่สัมผัสกับสิ่งของระหว่างการใช้งานซึ่งอาจทําให้พื้นผิวเป็นรอยได้ แว่นตาที่ทําโดยไม่มีข้อบกพร่องของพื้นผิวมีค่าความแข็งแรง