История [ править ]
Боросиликатное стекло было впервые разработано немецким стеклодереводом Отто Шоттом в конце 19 века. Отто Шотт также является основателем сегодняшнего SCHOTT AG , который продал боросиликатное стекло под торговой маркой DURAN с 1893 года. Еще одним производителем DURAN является группа DURAN. После того, как Corning Glass Works представила Pyrex в 1915 году, название стало синонимом боросиликатного стекла в англоязычном мире. Тем не менее, боросиликатное стекло - это название стеклянной семьи с различными членами, которые портят совершенно разные цели. Наиболее распространенным сегодня является боросиликатное стекло 3,3, такое как SCHOTT Duran и Pyrex от Corning .
Европейский производитель Pyrex, Arc International использует боросиликатное стекло в своих кухонных продуктах Pyrex glass; [1] однако, американский производитель посуды Pyrex использует закаленное натриево- известковое стекло . [2] Таким образом, Pyrex может ссылаться либо на натриево-известковое стекло, либо на боросиликатное стекло при обсуждении кухонной посуды, тогда как Pyrex, Bomex, Duran, TGI и Simax все относятся к боросиликату при обсуждении лабораторной посуды . Реальная разница - это торговая марка и компания, которая владеет именем Pyrex. Оригинальное изделие Corning, изготовленное из боросиликатного стекла, было зарегистрировано заглавными буквами (PYREX). Когда подразделение кухонной посуды было продано, товарный знак был заменен на нижний регистр (pyrex) и переключился на низкотемпературное натриево-известковое стекло. Дно новой посуды и старой посуды можно осмотреть для немедленной разницы. [ Править ] Научное подразделение Pyrex всегда использовало боросиликатное стекло. [ Править ]
В дополнение к кварцу, карбонату натрия и оксиду алюминия, традиционно используемому при производстве стекла, бор используется в производстве боросиликатного стекла. Состав борисиликатного стекла с низким коэффициентом расширения, например упомянутые выше лабораторные стекла, составляет приблизительно 80% диоксида кремния , 13% оксида бора , 4% оксида натрия и 12-13% оксида алюминия. Хотя сложнее сделать, чем традиционное стекло из-за высокой температуры плавления (Corning провел крупную реконструкцию своих операций по его производству), это экономично производить. Его превосходная долговечность, химическая и термостойкость находит отличное применение в химическом лабораторном оборудовании, посуде, освещении и, в некоторых случаях, окнах.
Физические характеристики [ править ]
Общий тип боросиликатного стекла, используемого для лабораторной посуды, имеет очень низкий коэффициент теплового расширения (3,3 × 10 -6 К -1 ), [4] примерно на одну треть от обычного натриево-известкового стекла. Это уменьшает напряжение материала, вызванное температурными градиентами, что делает боросиликат более подходящим типом стекла для определенных применений (см. Ниже). В этом отношении плавкое кварцевое оборудование еще лучше (с пятнадцатикратным меньшим тепловым расширением, чем натриево-известковое стекло), однако трудность работы с плавленым кварцем делает кварцевое стекло намного дороже; Боросиликатное стекло - недорогой компромисс. В то время как более устойчивы к тепловому удару, чем другие типы стекла, боросиликатное стекло может треснуть или разрушить при быстром или неравномерном изменении температуры. Когда сломан, боросиликатное стекло имеет тенденцию трескаться на большие кусочки, а не разрушиться (оно будет ломаться, а не осколками). [5]
Точка размягчения (температура, при которой вязкость составляет приблизительно 10 7,6 пуаз ) типа 7740 Pyrex составляет 820 ° C (1,510 ° F). [6]
Боросиликатное стекло менее плотное (около 2,23 г / см 3 ), чем обычное натриево-известковое стекло из-за низкой атомной массы бора.
Разность температур, которую боросиликатное стекло выдерживает до разрыва, составляет около 165 ° C (329 ° F). Это хорошо сравнивается с натриевым известковым стеклом, которое может выдерживать только изменение температуры на 37 ° C (99 ° F), и поэтому типичная посуда из традиционного натриево-известкового стекла будет разрушаться, если сосуд, содержащий кипящую воду, будет помещен на лед, но Пирекс или другая лаборатория боросиликатного стекла не будут. [7]
Оптически боросиликатные стекла представляют собой краун-очки с низкой дисперсией ( числа аббе около 65) и относительно низкие показатели преломления (1,51-1,54 в видимом диапазоне).
Использование [ править ]
Боросиликатное стекло имеет широкий спектр применений: от посуды до лабораторного оборудования, а также компонент высококачественных продуктов, таких как имплантируемые медицинские устройства и устройства, используемые в космических исследованиях
Здоровье и наука [ редактировать ]
Кроме того, боросиликатная труба используется в качестве исходного сырья для производства парентеральной упаковки лекарственного средства, такой как флаконы и предварительно заполненные шприцы , а также ампулы и зубные патроны . Химическая стойкость боросиликатного стекла минимизирует миграцию ионов натрия из стеклянной матрицы, что делает его пригодным для применения в инъекционных препаратах. Этот тип стекла обычно называют USP / EP JP Type I. Практически вся современная лабораторная посуда изготовлена из боросиликатного стекла. Он широко используется в этой заявке из-за его химического и термического сопротивления и хорошей оптической прозрачности, но стекло может реагировать с гидридом натрия при нагревании для получения боргидрида натрия , общего лабораторного восстановителя. Сплавленный кварц также можно найти в каком-либо лабораторном оборудовании, когда требуется его более высокая температура плавления и передача УФ (например, для трубчатых лайнеров и УФ-кюветов), но стоимость и трудность работы с кварцем делают его чрезмерным для большинства лабораторных приборов.
Боросиликат широко используется в имплантируемых медицинских устройствах , таких как протезные глаза, искусственные тазобедренные суставы, костные цементы, зубные композиционные материалы (белые наполнители) [9] и даже в имплантатах груди .
Многие имплантируемые устройства пользуются уникальными преимуществами инкапсуляции боросиликатного стекла. Приложения включают ветеринарные следящие устройства , нейростимуляторы для лечения эпилепсии, имплантируемые лекарственные насосы, кохлеарные имплантаты и физиологические датчики. [10]
