Kính tác động®

Thủy tinh borosilicate

Thủy tinh là một vật liệu vô cơ, phi kim loại không có cấu trúc tinh thể. Các vật liệu như vậy được gọi là vô định hình và thực tế là chất lỏng rắn được làm lạnh nhanh đến mức các tinh thể không thể hình thành. Kính điển hình bao gồm từ thủy tinh silicat soda-vôi cho chai thủy tinh đến thủy tinh thạch anh có độ tinh khiết cực cao cho sợi quang. Thủy tinh được sử dụng rộng rãi cho cửa sổ, chai, ly uống, đường chuyển và thùng chứa chất lỏng ăn mòn cao, kính quang học, cửa sổ cho các ứng dụng hạt nhân, v.v. Sử dụng. Trong lịch sử, hầu hết các sản phẩm được làm bằng thủy tinh thổi. Trong thời gian gần đây, hầu hết kính phẳng đã được sản xuất bằng cách sử dụng quy trình nổi. Sản xuất hàng loạt chai và các sản phẩm trang trí được thực hiện ở quy mô công nghiệp bằng quy trình thổi thủy tinh. Các mặt hàng thủy tinh thổi bằng tay được sản xuất tại các trung tâm nghệ thuật / thủ công trên khắp Vương quốc Anh.

Thành phần chính của thủy tinh là silicon dioxide (SiO 2). Dạng silica phổ biến nhất được sử dụng trong sản xuất thủy tinh luôn là cát.

Bản thân cát có thể được nấu chảy để tạo ra thủy tinh, nhưng nhiệt độ mà điều này có thể đạt được là khoảng 1700o C. Bằng cách thêm các hóa chất khác vào cát, nhiệt độ tan chảy có thể giảm đáng kể. Việc bổ sung natri cacbonat (Na2CO3), được gọi là tro soda, với số lượng để tạo ra hỗn hợp nóng chảy gồm 75% silica (SiO2) và 25% natri oxit (Na2O) làm giảm nhiệt độ nóng chảy xuống khoảng 800o C. Tuy nhiên, một ly có thành phần này hòa tan trong nước và được gọi là ly nước. Để tạo sự ổn định cho kính, cần có các hóa chất khác như canxi oxit (CaO) và magiê oxit (MgO). Nguyên liệu thô để giới thiệu CaO và MgO là cacbonat, đá vôi (CaCO3) và dolomite (MgCO3), phát ra carbon dioxide ở nhiệt độ cao và để lại các oxit trong thủy tinh.

Thủy tinh borosilicate được làm từ 70% - 80% silica (SiO2) và 7% - 13% boron oxit (B2O3) với một lượng nhỏ natri oxit kiềm (soda) (Na2O) và oxit nhôm (AI2O3). Đồ thủy tinh thường được sử dụng trong các phòng thí nghiệm nơi tiếp xúc nhiều lần với hơi nước ở nhiệt độ cao có thể lọc các ion kiềm. Thủy tinh borosilicate có hàm lượng kiềm tương đối thấp và do đó, khả năng chống lại sự tấn công của nước cao. Thủy tinh borosilicate có khả năng chống sốc nhiệt đặc biệt, vì nó có hệ số giãn nở thấp (3,3 x 10 -6 K-1) và điểm làm mềm cao. Nhiệt độ làm việc tối đa được khuyến nghị (ngắn hạn) đối với thủy tinh borosilicate là 500oC Thủy tinh borosilicate có đặc tính quang học tốt với khả năng truyền ánh sáng qua vùng nhìn thấy được của quang phổ và trong phạm vi tia cực tím gần. Do đó nó được sử dụng rộng rãi trong quang hóa. Do tính chất nhiệt và quang học của nó, nó được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng chiếu sáng cường độ cao. Kính này được sử dụng trong sản xuất sợi thủy tinh để sử dụng trong cốt thép và dệt may - xem bên dưới Trong gia đình, thủy tinh borosilicate được biết đến dưới dạng bếp lò và các vật dụng gia đình chịu nhiệt khác như Pyrex. Các mặt hàng này thường được sử dụng ở nhiệt độ lên đến 250oC. Thủy tinh borosilicate có khả năng chống lại sự tấn công của nước, axit, dung dịch muối, halogen và dung môi hữu cơ rất cao. Nó cũng có sức đề kháng vừa phải với kiềm. Chỉ có axit flohydric, axit photphoric đậm đặc nóng và kiềm mạnh gây ra sự ăn mòn đáng kể của thủy tinh. Đó là lý do tại sao kính này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy hóa chất và cho các thiết bị phòng thí nghiệm.

Thủy tinh có một sức mạnh nội tại tuyệt vời. Nó chỉ bị suy yếu bởi các khuyết tật bề mặt, mang lại cho kính hàng ngày danh tiếng mong manh của nó. Một xử lý bề mặt đặc biệt có thể giảm thiểu ảnh hưởng của khuyết tật bề mặt. Độ bền kéo thực tế của kính là khoảng 27MPa đến 62MPa. Tuy nhiên, thủy tinh có thể chịu được ứng suất nén cực cao. Do đó, hầu hết các vụ vỡ kính là do sự thất bại của độ bền kéo. Lý do cho độ bền kéo yếu của kính là nó thường được bao phủ bởi các vết nứt siêu nhỏ tạo ra nồng độ ứng suất cục bộ. Thủy tinh không có cơ chế để giảm ứng suất cục bộ cao và do đó có thể bị gãy giòn nhanh chóng. Có hai phương pháp để giảm / loại bỏ vấn đề này: Xử lý nhiệt hoặc hóa học của kính sao cho các bề mặt bên ngoài chịu ứng suất nén tương đối cao, trong khi khu vực giữa các bề mặt chịu ứng suất kéo. Do đó, các vết nứt được "giữ kín bởi ứng suất dư liên tục... Nó là kính cường lực / cường lực. Độ bền của kính có thể được cải thiện lên đến hệ số 10 với phương pháp này. Nó đảm bảo rằng bề mặt kính không bị nứt và kính không tiếp xúc cơ học với những thứ trong quá trình sử dụng có thể làm trầy xước bề mặt. Kính được làm mà không có khuyết tật bề mặt có giá trị sức mạnh