
Modification des propriétés du verre avec les modificateurs de verre
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Saviez-vous qu’il est possible de modifier les propriétés du verre ? Considère ceci.
Selon les matériaux AZO :
« Les propriétés du verre de silicate et de borate peuvent être affinées à l’aide de modificateurs de verre tels que l’oxyde de lithium, l’oxyde de calcium et l’oxyde de zinc pour répondre à plusieurs applications d’ingénierie de niche. Cet article examine comment des verres de haute spécification sont créés pour de nombreuses applications utilisant des modificateurs de verre courants.
« Le verre ordinaire résiste à la chaleur, présente une faible dilatation thermique et offre une très bonne résistance aux chocs thermiques. Il est chimiquement durable, présente une résistivité électrique élevée et est optiquement transparent. Toutes ces propriétés font du verre un matériau unique qui est essentiel dans l’architecture, le matériel de laboratoire, l’électronique et l’ingénierie.
« Les modificateurs de verre peuvent encore transformer le verre en un véritable matériau miracle. Les propriétés du verre peuvent être ajustées et augmentées avec précision, tout comme avec d’autres matériaux tels que l’acier, en ajoutant soigneusement des modificateurs chimiques pour répondre à une large gamme d’applications exigeantes.
Structure et composition du verre
« Il existe trois grandes catégories de constituants du verre : les formateurs de réseaux, les modificateurs et les intermédiaires. 1Avec les formateurs de réseau, la majeure partie du verre est constituée d’un réseau hautement réticulé de liaisons chimiques. La constitution de réseau la plus courante du verre est l’oxyde de silicium. Deux autres oxydes couramment utilisés dans la production de verre sont le bore et le germanium.
« Pour modifier davantage les propriétés du verre, des modificateurs chimiques , notamment du lithium, du sodium, du potassium et du calcium, peuvent être ajoutés au verre en petites quantités. Ces modificateurs existent sous forme d’atomes simples chargés (ions) parmi les formateurs de réseaux réticulés. En tant que tels, ils réduisent le nombre relatif de liaisons fortes dans le verre et, à leur tour, abaissent le point de fusion et la viscosité.
« En fonction de la composition du verre , les intermédiaires, notamment le titane, l’aluminium et le zinc, sont des produits chimiques qui peuvent se comporter comme des formateurs de réseau ou des modificateurs. 2 Un équilibre soigneusement réglé des formateurs de réseau, des intermédiaires et des modificateurs est nécessaire pour empêcher la formation de cristallites ordonnées dans le matériau car les verres sont naturellement très désordonnés.
Effets des modificateurs de verre
« Les relations d’additivité décrivent approximativement les propriétés du verre modifié, car le verre agit généralement comme une solution, ce qui signifie que chaque ingrédient contribue aux propriétés globales du verre d’une quantité à peu près proportionnelle à sa concentration. 3
« La liaison normale entre les éléments vitrifiants et l’oxygène est interrompue par les modificateurs de verre car ils se lient de manière lâche avec les atomes d’oxygène. Des « oxygènes non pontants » sont créés, ce qui réduit alors la quantité relative de liaisons fortes dans le verre. Cela signifie que les modificateurs de verre ont généralement des effets significatifs sur les propriétés du verre.
« Ces effets incluent une réduction du point de fusion, de la tension superficielle et de la viscosité en raison d’une liaison globale plus faible au sein du matériau.4 Les modificateurs de verre affectent le coefficient de dilatation thermique, la durabilité chimique et l’indice de réfraction, rendant le verre plus facile à travailler à des températures plus basses sans impact sur la transparence.
Modificateurs de verre pour applications exigeantes
« Les différents modificateurs de verre disponibles ont plusieurs propriétés communes. Cependant, les propriétés chimiques uniques de chacun peuvent avoir des effets variables sur les propriétés du verre produit.
Durabilité chimique
« La durabilité chimique du verre est généralement réduite lorsque des métaux, par exemple le sodium et le potassium, sont utilisés comme modificateurs. En revanche, la durabilité chimique du verre peut augmenter lorsque des métaux alcalino-terreux, par exemple le calcium, sont utilisés. 5
Résistivité
«Le verre a une résistivité et une permittivité élevées, ce qui le prête à des applications dans les résistances et les condensateurs. La résistivité des verres peut être considérablement augmentée par l’ajout d’oxydes de tellure, de germanium ou de titane à de faibles concentrations. Cela en fait des modificateurs de verre attrayants pour les applications à ultra-haute résistance, par exemple, les prothèses auditives et les détecteurs infrarouges. 6
Verre pour matériel de laboratoire
« Dans la fabrication de matériel de laboratoire, le verre à forte durabilité chimique et résistance aux chocs thermiques est très apprécié. Les effets de dilatation thermique peuvent être réduits par l’ajout d’oxyde de zinc au verre de silicate. Cela le rend particulièrement résistant aux chocs thermiques.
«Les verres qui utilisent du borate ainsi que du silicate comme formateur de réseau, appelés verres borosilicatés, sont également particulièrement résistants thermiquement et chimiquement durables. Cela en fait un matériau attrayant pour les récipients de réaction, les tubes à essai et autres matériels de laboratoire.
Propriétés optiques spécialisées
« Plusieurs verres sont appréciés pour leurs caractéristiques optiques inhabituelles. Les lentilles photochromiques utilisent largement du verre modifié au zinc, tandis que le verre photosensible est produit à partir d’argent, d’or et de cuivre et peut changer de couleur en réponse à la lumière incidente. 4,7
Verre bioactif
« La communauté biomédicale s’intéresse particulièrement à la forme de verre modifié qui imite étroitement les propriétés de la partie minérale de l’os vivant. C’est ce qu’on appelle le verre bioactif. Il est hautement biocompatible et forme de fortes liaisons chimiques avec l’os.
«Le calcium et le sodium agissent comme les principaux modificateurs pour créer un verre relativement doux composé d’environ 45% de silicate. Un tel verre peut être facilement usiné en implants pour une utilisation dans la réparation de lésions osseuses. 8
Mo-Sci Technologie de pointe en verre de précision
« Un leader mondial dans la technologie du verre de précision, Mo-Sci produit une grande variété de verres de haute spécification pour des applications dans les domaines de la santé, de l’électronique et de l’ingénierie. Leur expertise comprend le verre bioactif, le verre à indice de réfraction élevé et le verre fluorescent. Des solutions personnalisées peuvent être produites pour pratiquement toutes les applications de verre par Mo-Sci.
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