Боросиликатное стекло обладает хорошей термической и химической стабильностью и широко используется в приборостроении, при изготовлении лабораторной посуды и т. д. С развитием процесса плавки стекла и огнеупорных материалов боросиликатное стекло будет использоваться во все большем количестве областей.
Боросиликатное стекло - это стекло, основной состав которого SiO2: B2O3, Na2O.
Основной диапазон составов：
ω(SiO2) = 70% ~ 80%, ω(B2O3) = 6% ~ 15%, ω(Na2O) = 4% ~ 10%, ω(Al2O3) = 0 ~ 5%, ω(BaO) = 0 ~ 2%, ω(CaO) = 0 ~ 2%.
Несколько типичных представительных компонентов приведены ниже：
Где Na2O обеспечивает свободный кислород для преобразования бор-кислородного треугольника [BO3] в бор-кислородный тетраэдр [BO4], и структура бора трансформируется из слоистой в полочную, создавая условия для того, чтобы B2O3 образовывал однородное и консистентное стекло с SiO2.
B2O3 входит в структуру стекла с [BO3] или [BO4], особенно когда он образует структурную сеть с [BO4] и [SiO4] вместе, что увеличивает целостность и компактность сети, поэтому боросиликатное стекло обладает множеством превосходных свойств: таких как хорошая термическая и химическая стабильность, хорошие механические свойства и технологические свойства, отличные оптические свойства и т. д.
(1) Термические свойства
Боросиликатное стекло обладает отличными термическими свойствами благодаря высокому содержанию SiO2 и B2O3, что обеспечивает его лучшую целостность сети и плотность по сравнению с обычным натриево-кальциево-силикатным стеклом. Например, его коэффициент теплового расширения обычно составляет менее 6 × 10-7 / ℃, в то время как у обычного натриево-кальциево-силикатного стекла он составляет около (9 ~ 100) × 10-7 / ℃; термоудар △ T боросиликатного стекла обычно превышает 150 ℃, и оно известно как твердое стекло или особо твердое стекло, а у обычного натриево-кальциево-силикатного стекла он составляет менее 100 ℃. Поэтому боросиликатное стекло обладает хорошей термической стабильностью и может использоваться в посуде и кухонной утвари, архитектурной противопожарной защите и т. д.
(2) Оптические свойства
Чистое сырье, однородное смешивание и точность обработки в сочетании с их превосходными характеристиками обеспечивают высокую светопропускную способность боросиликатного стекла. Лучшая светопропускная способность, более высокая плоскостность поверхности и более низкие флуоресцентные свойства позволяют использовать боросиликатное стекло в электрофорезе, оптике, фотонике и оптоэлектронике. Поскольку боросиликатная система более растворима для оксидов редкоземельных элементов, чем силикатная система, и имеет относительно широкий диапазон стеклообразования, редкоземельная боросиликатная система стала основной системой для изучения редкоземельных оптических стекол. Исследования показали [3], что боросиликатная система, содержащая лантан, может рассматриваться как система для разработки стекол высокой плотности.
(3) Механические свойства
Боросиликатное стекло обладает не только высокой термостойкостью, но и высокой твердостью поверхности, что предотвращает появление царапин; в то же время его плотность примерно на 12% ниже, чем у обычного натриево-кальциево-силикатного стекла (плотность боросиликатного стекла обычно составляет 2,3 г / см3, натриево-кальциево-силикатного стекла - обычно 2,5 г / см3). Эти значительные преимущества означают, что боросиликатное стекло будет использоваться во многих важных областях, например, в качестве стекла для строительства, особенно высотных зданий, что значительно снизит вес всего здания, что также соответствует развитию современной архитектуры в направлении легкости и высокой прочности; также может использоваться в качестве пуленепробиваемого стекла и стекла для бронированных автомобилей. Кроме того, его высокая прочность, легкий вес и высокая прочность сцепления значительно снизят стоимость, объем и вес, если оно будет использоваться в областях, требующих ламинирования и сэндвич-конструкций.
(4) Химические свойства
Помимо хорошей устойчивости к кислотам и щелочам, боросиликатное стекло обладает достаточно хорошей устойчивостью к гидролизу, на две ступени выше, чем натриево-известково-силикатное стекло. Оно может противостоять водяному пару в воздухе и даже воде, содержащей жидкую кислоту или щелочь. В отличие от натриево-известково-силикатного стекла, оно подвержено значительной эрозии. Особенно для микротрещин на поверхности стекла, боросиликатное стекло не демонстрирует лучшей водостойкости из-за расширения трещин, вызванного действием молекул воды во влажном воздухе, в отличие от натриево-известково-силикатного стекла.
Как упоминалось ранее, благодаря множеству уникальных и превосходных свойств боросиликатного стекла, эта система стекла получила широкое распространение и развитие и может быть разделена по областям применения.
Приборное стекло используется для изготовления химических, биологических, лабораторных сосудов, трубок и устройств. Приборное стекло широко используется в научных исследованиях, культуре и образовании, химической промышленности, медицине и здравоохранении, промышленном производстве и космонавтике, лазерах, биологической инженерии, ядерной инженерии и других высокотехнологичных областях.
Его требования к приборному стеклу включают хорошую химическую стойкость, термическую стабильность, высокую механическую прочность, хорошие технологические свойства и т. д. ... И боросиликатное стекло обладает именно этими свойствами.
Существует много типов приборного стекла. Его характеристики, использование и обработка могут быть разделены на.
① химические сосуды: такие как стаканы, колбы, колбы с изогнутыми горловинами, чаши для выпаривания и т. д.
② физико-химические приборы: микро-дистилляционные колбы, микро-дистилляционные трубки, фракционные трубки, пробирки и т. д.
③ толстостенные изделия: спиртовые лампы, сильфоны, эксикаторы, раковины и т. д.
④ Измерения: осадочные трубки,
мерный цилиндр, мерный стакан, бюретка и т. д.
⑤ Термометрические изделия: такие как термометры, ареометры, спиртометры и т. д.
Стеклянная посуда является важной отраслью стекольной промышленности, в основном относящейся к прессованным и выдувным стеклянным изделиям; по объему производства она уступает только листовому стеклу и стеклянным бутылкам и банкам, занимая третье место. Ее характеристики - высокая прозрачность, цвет, блеск, хорошая термическая и химическая стойкость и высокая механическая прочность. Среди них стеклянная посуда требует хорошей термостойкости, обычно выше 150 ℃, чтобы нагреваться непосредственно на открытом огне. Стекло, используемое для стеклянной посуды, - это в основном боросиликатное стекло и микрокристаллическое стекло, две категории. Они характеризуются низким коэффициентом теплового расширения (обычно ниже 4 × 10-6 / ℃) и высокой термостойкостью (обычно выше 150 ℃). Помимо кухонной посуды, оно также используется для панелей электроплит и микроволновых нагревателей, таких как верхняя плита кухни с нагревательными элементами.
Фармацевтическое стекло является важной отраслью фармацевтической упаковочной промышленности и важной частью всей фармацевтической промышленности. Фармацевтическое стекло обычно относится к нейтральному стеклу с более высокой химической стабильностью. Оно требует высокой химической стабильности, хорошей герметичности и механических свойств, таких как прочность, и в основном представляет собой боросиликатное стекло. Ниже приведены основные типы фармацевтического стекла.
(1) Стекло для ампул. Это относится к тонкостенным стеклянным флаконам для заполнения инъекциями или порошками. Самое важное в стекле для ампул - его химическая стабильность, и основной состав этого стекла - боросиликатное стекло. Водные инъекции в основном производятся в ампулах. Текущий годовой спрос на внутреннем рынке составляет 29 миллиардов штук, а годовой темп роста фармацевтических инъекций в Китае составит 5% и достигнет 37,5 миллиардов штук в 2010 году. 10%-15% инъекций нуждаются в ампулах, устойчивых к сильным кислотам, щелочам и светостойкости.
(2) Инфузионные бутылки, также известные как бутылки для физраствора. Его химический состав в основном представляет собой алюминиевое боросиликатное или низко-боросиликатное стекло. Он в основном содержит физраствор, глюкозу и другие лекарственные растворы, которые требуют хорошей нейтральности, определенной устойчивости к термическому удару и механической прочности.
(3) Стекло для шприцев. Обычно изготавливается из алюминия, боросиликатное стекло необходимо стерилизовать автоклавированием перед использованием, чтобы предотвратить бактериальную инфекцию. Поэтому стекло для шприцев должно обладать хорошими термостойкими свойствами и хорошей химической стабильностью.
Фотохромное стекло обычно делится на две категории: однородное и неоднородное; система формирования гетерогенного фотохромного стекла очень обширна, и его состав в основном представляет собой боросиликатное стекло. Фотохромное стекло чаще всего используется в качестве очкового стекла; оно также может использоваться для автомобильного защитного стекла, лазерной защиты, оконных материалов для космических аппаратов, переключателей для новых инструментов и т. д. Промышленное смотровое стекло используется в определенных температурных и барометрических условиях в качестве прозрачного оконного стекла, обладая высокой прозрачностью, термо- и баростойкостью, химической стабильностью и другими характеристиками. В настоящее время разработаны и производятся смотровые стекла трех серий: "бесщелочное алюмосиликатное смотровое стекло", "боросиликатное смотровое стекло" и "кварцевое смотровое стекло", нескольких разновидностей. Промышленное смотровое стекло широко используется в нефтяной, химической и фармацевтической промышленности, например, в трубопроводах, клапанах, крекинг-печах, резервуарах для хранения и других сосудах и приборах, работающих под давлением.
Производство стекловолокна из стекла отличается от производства других изделий из стекла. В настоящее время в международной коммерциализации волокна используется четыре основных вида стекла: E-стекло, также известное как бесщелочное стекло; C-стекло, также известное как щелочное стекло; A-стекло, также известное как высокое щелочное стекло; E-CR-стекло, является улучшенным бесщелочным стеклом, не содержащим бора. В настоящее время наиболее широко используемым стекловолокном является E-стекло, боросиликатное стекло; оно обладает хорошей электроизоляцией и механическими свойствами, широко используется в производстве электроизоляции со стекловолокном, но также в большом количестве стекловолокна для производства стекловолокна, его недостатком является легкая подверженность эрозии неорганическими кислотами, поэтому оно не подходит для использования в кислых средах.
Использование чешуек из стекла, входящих в состав тяжелых антикоррозийных покрытий, в 1960-х годах за рубежом в крупных антикоррозийных проектах получило хороший антикоррозийный эффект и привлекло широкое внимание экспертов по покрытиям во всем мире. Стеклянную чешую изобрела американская компания Owens - Corning (Оуэнс Корнинг), получившая в 1957 году первый патент на стеклянную чешую и ее покрытие. Согласно соответствующей информации, стеклом, используемым для изготовления чешуи, обычно является боросиликатное стекло. Боросиликатное стекло выбирается из-за его хорошей химической стабильности, особенно хорошей кислото- и щелочестойкости.
Отечественные производители имеют годовой объем производства в 2 миллиона солнечных вакуумных коллекторов; он осуществляется благодаря первоклассному высокотехнологичному оборудованию, высокому боросиликатному стеклу 3.3 (специальный твердый материал) в качестве материала, с использованием передового на международном уровне процесса нанесения селективного абсорбционного покрытия методом распыления, продукт имеет высокий коэффициент поглощения, хорошую прочность, устойчивость к ударам града, кислото- и щелочестойкость, хорошие изоляционные характеристики и т. д., технические показатели и характеристики находятся на ведущем отечественном уровне. Срок службы составляет более 15 лет. Солнечные водонагреватели, разработанные с использованием цельностеклянных вакуумных солнечных коллекторных трубок в качестве теплопоглощающих элементов, имеют очень высокий коэффициент поглощения солнечного света (более 93%) и очень низкий коэффициент теплового излучения (менее 6%), а скорость теплопроводности и теплопотерь сведена к минимуму.
Боросиликатное стекло обладает многими превосходными свойствами, но при плавке боросиликатного стекла в обычной бассейновой печи возникают некоторые проблемы: высокая температура плавления, высокая вязкость, длительное время осветления, бор легко улетучивается, расслаивается и разделяется и т.д... В частности, высокая температура плавления, вязкость и коррозионная активность затрудняют выполнение процесса флоат-формирования, и эти проблемы в значительной степени ограничивают полное использование его превосходных характеристик и крупномасштабное применение; в то же время это предъявляет более высокие требования к огнеупорным материалам и нагревательным элементам. С улучшением характеристик огнеупорных материалов, развитием технологии электрических стекловаренных печей и прогрессом технологии обработки стекла станет возможным быстрое развитие технологии производства боросиликатного стекла флоат-методом, так что его превосходные характеристики смогут проявиться в полной мере, области его применения будут значительно расширены и углублены.
3.1 Стекло для дисплеев
Плоскопанельные дисплеи стали частью повседневной жизни людей. Трудно представить, каким будет наш обмен информацией и технические операции и как их осуществлять, если не будет дисплея. От циферблатов часов, измерителей температуры и индикаторов и оборудования терминалов связи, таких как факсимильные аппараты и сотовые телефоны, до настольных компьютеров и телевизионного оборудования - боросиликатное стекло широко использовалось или будет широко использоваться.
В частности, жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) в настоящее время являются новым фаворитом среди плоскопанельных дисплеев и стали тенденцией. Все эти дисплеи имеют одну общую черту: используемая стеклянная подложка должна быть высокого качества, тонкой толщины из специального стекла, и в этом стекле лист может храниться с точностью. Требования к этой стеклянной подложке высоки, строгие стандарты, практически без дефектов (<50 "м) и высокая плоскостность поверхности; коэффициент теплового расширения должен соответствовать функциональному слою кристалла, отсутствие щелочных металлов; отличная химическая стабильность и, что наиболее важно, термическая стабильность. С развитием технологии обработки стекла, стекло для дисплеев будет развиваться в направлении больших размеров и малой толщины; эти требования могут быть достигнуты только с помощью флоат-технологии. Жидкокристаллический дисплей (ЖКД) - это плоскопанельное устройство отображения (FPD), которое не излучает свет. Поскольку жидкие кристаллы не излучают свет, ЖКД-устройства должны пропускать или отражать внешний источник света для достижения отображения. В разработке ЖКД с органической светодиодной (OLED) подсветкой рот ..., Оксфордский университет, Англия, А. Мо.стей и другие, используя боросиликатное стекло в качестве подложки, разработали зеленый, два синих OLED-устройства подсветки для ЖКД, с быстрым временем отклика, ударопрочностью, высокой яркостью, широким диапазоном рабочих температур и другими преимуществами.
3.2 Огнестойкое стекло для строительства
Архитектурное противопожарное стекло Германия является одной из первых стран в Европе, которая разработала и производит противопожарное стекло, известное своим производством флоат-боросиликатного прозрачного закаленного противопожарного стекла в мире. Немецкая компания Schott Pyrans производит противопожарное стекло, являющееся единственным в мире одинарным боросиликатным противопожарным стеклом, произведенным по флоат-методу, которое сочетает в себе отличную устойчивость к тепловому удару и отличные оптические свойства флоат-стекла в одном, обеспечивая почти идеальные визуальные эффекты, и пользуется популярностью не только на внутреннем рынке, но и в европейских странах. Использование стеклянных подложек характеризует продукт как прозрачное боросиликатное стекло после закалки. По этой причине, в отличие от других типов противопожарного стекла, противопожарное стекло имеет более низкий коэффициент теплового расширения; его огнестойкость обычно может достигать 60 ~ 120 мин или более, и даже при высокотемпературном излучении при 1000 ° C, все еще может гореть. Его спецификации продукта более разнообразны: 5 мм, 6,5 мм, 7,5 мм, 10 мм, 12 мм и т. д., и прошли британский стандарт BS6206, то есть с мешком весом 45 кг с высоты 457 мм вертикально упасть на поверхность стекла, не ломаясь, что необходимо для обеспечения безопасности людей при ударе о стекло. С улучшением современных зданий по требованиям безопасности и пожарной безопасности, одинарное боросиликатное противопожарное стекло будет более широко использоваться и развиваться во всем мире.
3.3 Фотоэлектрические элементы
Проблемы ресурсов и энергии стали сегодня чрезвычайно важной проблемой; фотоэлектрические элементы как возобновляемый источник энергии станут ключевой технологией в 21 веке. В настоящее время кремниевые пластины по-прежнему занимают доминирующее положение в фотоэлектрических материалах. Однако его цена очень высока, и в долгосрочной перспективе невозможно производить в больших масштабах и больших размерах. Поэтому тенденцией в развитии фотоэлектрических элементов станут высокоэффективные тонкопленочные солнечные элементы, уменьшающие количество слоев и толщину для снижения затрат. Другими словами, будет использоваться слой подложки и покровного стекла. Это подложечное стекло должно выдерживать значительную термическую нагрузку (550 ~ 630 ℃), противостоять химическому воздействию и соответствовать требованиям к механической прочности. А хорошее тепловое расширение и термическая стабильность боросиликатного стекла позволяют сочетать его с аморфными кремниевыми пластинами.
Применение боросиликатного стекла только началось, и его огромные перспективы развития несравнимы с обычным натриево-кальциевым силикатным стеклом. В будущем боросиликатное стекло будет развиваться в направлении множественных спецификаций, больших размеров, многофункциональности, высокого качества и больших масштабов. Научные и технические работники всего мира уже уделяют большое внимание боросиликатному стеклу, наряду с растущими требованиями и потребностями людей в стекле; боросиликатное стекло будет играть важную роль в стекольной промышленности.
