Historia [ edytuj ]
Szkło borokrzemianowe zostało po raz pierwszy opracowane przez niemieckiego producenta szkła Otto Schott pod koniec 19 wieku. Otto Schott jest także założycielem dzisiejszej firmy SCHOTT AG , która sprzedała szkło borokrzemianowe pod marką DURAN od 1893 roku. Innym producentem DURAN jest grupa DURAN. Po Corning Glass Works wprowadził Pyrex w 1915 roku, nazwa stała się synonimem szkła borokrzemianowego w świecie mówiącym po angielsku. Jednakże szkło borokrzemianowe jest nazwą szklanej rodziny z różnymi członkami, która ma różne cele. Obecnie najbardziej popularne są szkło typu borokrzemianowego 3.3, takie jak SCHOTT Duran i Pyrex firmy Corning .
Europejski producent Pyrex, Arc International , używa szkła borokrzemianowego w produktach szklarskich Pyrex; [1] jednak amerykański producent naczyń Pyrex używa hartowanego szkła sodowo- wapniowego. [2] W ten sposób Pyrex może odnieść się do szkła sodowo-wapniowego lub szkła borokrzemianowego podczas omawiania szkła kuchennego, podczas gdy Pyrex, Bomex, Duran, TGI i Simax odnoszą się do szkła borokrzemianowego podczas omawiania szkła laboratoryjnego . Prawdziwą różnicą jest znak towarowy i firma, która posiada nazwę Pyrex. Oryginalny produkt firmy Corning ze szkła borokrzemianowego został oznaczony wielkimi literami (PYREX). Gdy sprzedano sprzęt kuchenny, znak ten został zamieniony na małą literę (pyrex) i przełączano na szkło sodowo-wapniowe o małej rozszerzalności cieplnej. Dno nowych naczyń kuchennych i starych naczyń kuchennych można sprawdzić pod kątem natychmiastowej różnicy. [ Potrzebna pomoc ] Naukowy podział Pyrex zawsze korzystał z szkła borokrzemianowego. [ Potrzebne źródło ]
Oprócz kwarcu , węglanu sodu i tlenku glinu stosowanego tradycyjnie w produkcji szkła, bor jest stosowany do produkcji szkła borokrzemianowego. Skład szkła borokrzemianowego o małej rozszerzalności, na przykład wspomnianych wyżej okularów laboratoryjnych, wynosi około 80% krzemionki, 13% tlenku boru , 4% tlenku sodu i 12-13% tlenku glinu. Chociaż trudniejsze do wykonania niż tradycyjne szkło ze względu na wymaganą wysoką temperaturę topnienia (Corning przeprowadził znaczne udoskonalenie ich produkcji w celu jej wytworzenia), ekonomiczne jest wytwarzanie. Jego najwyższa trwałość, odporność chemiczna i cieplna doskonale sprawdzają się w chemicznych urządzeniach laboratoryjnych, przyrządzie kuchennym, oświetleniu iw niektórych przypadkach oknach.
Właściwości fizyczne [ edytuj ]
Typ szkła borokrzemianowego stosowanego do szkła laboratoryjnego ma bardzo mały współczynnik rozszerzalności cieplnej (3,3 x 10 -6 K -1 ), [4] około jednej trzeciej zwykłego szkła sodowo-wapniowego. Zmniejsza to obciążenie materiału spowodowane przez gradienty temperatury, które sprawia, że borokrzemian jest bardziej odpowiednim rodzajem szkła dla pewnych zastosowań (patrz poniżej). Kwarcowe stopy są nawet lepsze pod tym względem (mają piętnaście razy mniejszą rozszerzalność termiczną niż szkło sodowo-wapniowe), jednak trudność w pracy z utwardzonym kwarcem sprawia, że kwarc jest znacznie droższy; Szkło borokrzemianowe jest tanim kompromisem. Chociaż jest bardziej odporny na szoki termiczne niż inne typy szkła, szkło borokrzemianowe może pęknąć lub pęknąć podczas szybkich lub nierównomiernych zmian temperatury. W przypadku złamania, szkło borokrzemianowe ma tendencję do pęknięcia na duże kawałki, zamiast rozbicia (pęknie, a nie rozłam). [5]
Temperatura mięknienia (temperatura, przy której lepkość wynosi około 10 7,6 poise ) typu 7740 Pyrex wynosi 820 ° C (1,510 ° F). [6]
Szkło borokrzemianowe jest mniej gęste (około 2,23 g / cm3) niż typowe szkło sodowo-wapniowe ze względu na małą masę atomową boru.
Różnica temperatur, którą szkło borokrzemianowe wytrzymuje przed szczelinowaniem, wynosi około 165 ° C (329 ° F). To dobrze porównuje szkło sodowo-wapniowe, które może wytrzymać tylko 37 ° C (99 ° F) zmianę temperatury i dlatego typowe przybory kuchenne wykonane ze szkła sodowo-wapniowego będą pęknąć, jeśli naczynie zawierające wrzącą wodę zostanie umieszczone na lodzie, ale Pyrex lub inne laboratorium ze szkła borokrzemianowego nie będzie. [7]
Optycznie okulary z borokrzemianą są okularami koronowymi o małej dyspersji ( liczby Abbe około 65) i względnie niskimi współczynnikami załamania światła (1,51-1,54 w całym zakresie widzialnym).
Użycie [ edytuj ]
Szkło borosilikatowe ma szeroką gamę zastosowań, począwszy od naczyń do urządzeń laboratoryjnych, a także elementów wysokiej jakości produktów, takich jak wszczepialne urządzenia medyczne i urządzenia wykorzystywane w badaniach kosmicznych
Zdrowie i nauka [ edytuj ]
Dodatkowo, jako surowiec do produkcji opakowań pozajelitowych, takich jak fiolki i ampułko- strzykawki , a także ampułki i wkłady zębowe, stosuje się rury borokrzemianowe . Odporność chemiczna szkła borokrzemianowego minimalizuje migrację jonów sodu z matrycy szklanej, co czyni ją doskonale nadaje się do wstrzykiwania leków do iniekcji. Ten typ szkła jest zazwyczaj określany jako USP / EP JP Type I. Praktycznie wszystkie nowoczesne szkło laboratoryjne wykonane jest z szkła borokrzemianowego. Jest szeroko stosowany w tej aplikacji ze względu na odporność chemiczną i termiczną oraz dobrą przejrzystość optyczną, ale szkło może reagować z wodorkiem sodu podczas ogrzewania w celu wytworzenia borowodorku sodu , wspólnego laboratorium redukującego. Stopiony kwarc znajduje się również w niektórych urządzeniach laboratoryjnych, gdy wymagany jest wyższy punkt topnienia i transmisyjny promieniowanie UV (np. Do wykładzin rurowych i kuwet UV), ale koszt i trudność w pracy z kwarcem sprawiają, że większość urządzeń laboratoryjnych jest nadmierna.
Borokrzemian jest szeroko stosowany w wszczepialnych wyrobach medycznych , takich jak protezy, sztuczne stawów biodrowych, cementów kostnych, materiałów kompozytowych zębów (białych wypełnień) [9], a nawet w implantach piersi .
Wiele wszczepialnych urządzeń korzysta z unikalnych zalet kapsułkowania szkła borokrzemianowego. Zastosowania obejmują weterynaryjne urządzenia do śledzenia, neurostymulatory do leczenia padaczki, wszczepialne pompy leków, implanty ślimakowe i czujniki fizjologiczne. [10]
