硼硅玻璃3.3中B2O3含量在13%左右,太低則熔化溫度高,太高則熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性變壞。這是由于B2O3含量在13%~15%時(shí)會(huì)出現(xiàn)硼反常現(xiàn)象,即B2O3在玻璃結(jié)構(gòu)中會(huì)發(fā)生三面體和四面體之間的轉(zhuǎn)變所致。
硼硅玻璃3.3中Al2O3含量不宜低于2.2%。這是由于Al2O3可在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中將斷裂的氧離子鏈連接,從而封閉網(wǎng)絡(luò),防止R2O中離子遷移,以提高化學(xué)穩(wěn)定性,并防止分相。為此硼硅玻璃3.3中Al2O3含量可達(dá)2.5%,再高會(huì)使熔化困難。
硼硅玻璃3.3中,要求As2O3+Sb2O3含量低于0.005%,即不允許使用As2O3和Sb2O3作澄清劑。這是由于玻璃在精密化學(xué)分析中,經(jīng)常需測定微量As2O3和Sb2O3,如試驗(yàn)用玻璃器皿中含有這種元素,將無法鑒定試樣中該元素真實(shí)含量;另外As2O3還會(huì)造成燈工加工時(shí)玻璃黑化。當(dāng)然生產(chǎn)過程中環(huán)保及工業(yè)衛(wèi)生要求也嚴(yán)格限制了As2O3和Sb2O3的使用。因此在硼硅玻璃3.3中禁止使用As2O3和Sb2O3作澄清劑。目前主要使用NaCl作澄清劑。
特別需指出,表一列出硼硅玻璃3.3成分和性能,并未對(duì)玻璃中各種微量成分做出規(guī)定;而ASTM E438中I型A玻璃,對(duì)玻璃中各種微量成分有嚴(yán)格的規(guī)定,因而用于檢測的數(shù)據(jù)只有達(dá)到ASTM E438中Ⅰ型A玻璃的要求才能被國家權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)可。
表一列出相似硼硅玻璃3.3的B40玻璃和95玻璃,在國際上都未被列入儀器玻璃標(biāo)準(zhǔn),只能作為代用品臨時(shí)采用。其中95玻璃是我國在20世紀(jì)50年代生產(chǎn)水平低是,為了滿足需要研究的玻璃品種。其主要問題為,析晶黏度在103~104Pa·s之間,無法用維洛法拉管成形,也很難用機(jī)械吹制成形,只能用人工吹制或機(jī)械壓制;極易分相是抗水性能變差;燈工反復(fù)加工會(huì)造成析晶和分相。因此在國內(nèi)硼硅玻璃3.3生產(chǎn)突破后,95玻璃已被逐步淘汰,僅在人工吹制抵擋產(chǎn)品和耐熱食器中使用。B40玻璃是光源用鎢封接玻璃,用于汞、鈉燈玻殼。20世紀(jì)80年代為了用同一生產(chǎn)線生產(chǎn)光源玻璃和儀器玻璃,將成分略作改動(dòng),使其抗水性能達(dá)到玻璃儀器要求二研發(fā)的玻璃。21世紀(jì)以來隨著硼硅玻璃3.3生產(chǎn)技術(shù)突破,生產(chǎn)成本大幅下降,汞、鈉燈玻殼需要量大增,目前B40玻璃已逐步從玻璃儀器制作領(lǐng)域中退出。
表一:硼硅玻璃3.3及類似玻璃成分及性能
玻璃品種 |
硼硅玻璃3.3 |
其它類似玻璃 |
||||||
ASTM E438 Ⅰ型A玻璃 |
PYREX 7789 |
|||||||
品牌 |
BOMEX BJTY |
PYREX 7740 |
KG-33 |
DURAN-50 |
BOMEX B40 |
95玻璃 |
||
產(chǎn)地 |
中國北京 |
美康寧 |
美肯堡 |
德肖特 |
美康寧 |
中國北京 |
中國 |
|
化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))% |
SiO2 |
80.6 |
80.6 |
80.5 |
80.5 |
81 |
75.7 |
78 |
B2O3 |
12.8 |
13 |
13 |
13 |
13 |
15 |
14 |
|
Al2O3 |
2.4 |
2.3 |
2.3 |
2.5 |
2.0 |
3.0 |
2 |
|
CaO |
① |
① |
① |
① |
|
0.5 |
<0.6 |
|
Na2O |
4.1 |
4.0 |
4.0 |
3.5 |
3.0 |
4.7 |
5.2 |
|
K2O |
② |
② |
② |
0.5 |
1.0 |
0.6 |
<0.1 |
|
As2O3+Sb2O3 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.1 |
|
主要性能 |
熱膨脹系數(shù)(0~300℃)/(×10-7/℃) |
33 |
32.5 |
32.5 |
33 |
32.5 |
40 |
38~40 |
退火點(diǎn)溫度/℃ |
560 |
560 |
560 |
555 |
560 |
550 |
550 |
|
軟化點(diǎn)溫度/℃ |
820 |
820 |
820 |
820 |
815 |
790 |
780 |
|
液相溫度/℃ |
1050 |
1050 |
1050 |
1050 |
1030 |
1070 |
1050 |
|
工作溫度/℃ |
1250 |
1250 |
1250 |
1250 |
1250 |
1200 |
1150 |
|
密度/(g/cm3 |
2.23 |
2.23 |
2.23 |
2.23 |
2.22 |
2.29 |
2.25 |
|
化學(xué)穩(wěn)定性(抗水)等級(jí)/級(jí) |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1~2 |
注:①與其他雜質(zhì)含量總和<0.1%
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