This post is also available in: Engels Frans Duits Italiaans Pools Portugees, Portugal Spaans

Borosilicaatglas is een gespecialiseerde vorm van glas die boorzuur als onderdeel gebruikt bij de fabricage. Het resultaat van de toevoeging van het element boor is een type glas dat zeer goed bestand is tegen thermische schokken en een veel lagere thermische uitzettingscoëfficiënt vertoont dan die van gewoon silicaatglas. In dit artikel zal een overzicht van borosilicaatglas worden gepresenteerd, inclusief de ontwikkeling, eigenschappen en toepassingen ervan.

Voor meer informatie over andere soorten glas, bekijk ons onderwerpartikel over het begrijpen van glas.

Ontwikkeling van borosilicaatglas

In 1882 was een Duitse chemicus genaamd Otto Schott geïnteresseerd in het experimenteren met manieren om glas te maken dat bestand was tegen plotselinge temperatuurveranderingen of blootstelling aan ongelijke temperaturen zonder te verbrijzelen. In dat jaar deed hij de ontdekking die de creatie van borosilicaatglas inluidde. Schott ontdekte dat de toevoeging van het element Borium aan het glasfabricageproces resulteerde in een hittebestendige vorm van glas.

Later werk van de chemici W.C. Taylor en Eugene Sullivan bij Corning Glass verfijnde de inspanningen van Otto Schott en breidde de temperatuurbestendige eigenschappen van borosilicaatglas uit. Als gevolg van deze innovaties groeide de op maat gemaakte glasfabricage, waar er nu meer dan een miljoen verschillende formuleringen van glas zijn die kunnen worden aangepast aan specifieke productbehoeften door de gewenste fysieke en mechanische eigenschappen van glas te verbeteren.

Misschien wel de meest bekende toepassing voor borosilicaatglas is gegroeid uit verder onderzoek bij Corning Glass. Nadat hij in 1914 bij het bedrijf kwam, kreeg natuurkundige Jesse Littleton de taak om de fysische eigenschappen van de nieuw gecreëerde glasformulering te testen en te evalueren. Nadat de keramische ovenschaal van zijn vrouw per ongeluk brak, suggereerde ze dat dit nieuw ontwikkelde hittebestendige glas misschien een nuttig product zou kunnen zijn om te bakken. Nadat ze het idee had getest door een cake te bakken in een glazen monstercontainer die Littleton mee naar huis had genomen, werd een nieuw gebruik voor borosilicaatglas geboren – glazen kookgerei. Corning Glass introduceerde een productlijn die bekend staat als Pyrex^®_[1],die gedurende vele jaren van zijn productierun werd geproduceerd met borosilicaatglas.

Eigenschappen van borosilicaatglas

Borosilicaatglas is over het algemeen chemisch resistent, maar misschien is de meest opmerkelijke fysieke eigenschap de lage thermische uitzettingscoëfficiënt, wat verklaart waarom het glas bestand is tegen verbrijzeling onder plotselinge snelle temperatuurveranderingen. Glas is over het algemeen een slechte geleider van warmte, dus wanneer u warm glas neemt en het onderdompelt in koud water, koelt de buitenkant van het glas snel af, terwijl het interieur dat niet doet. De spanningen veroorzaakt door het temperatuurverschil zorgen ervoor dat het glas verbrijzelt.

Bij borosilicaatglas resulteert de toevoeging van boorzuur (H₃BO₃) aan de formulering in een glas met een lage thermische uitzettingscoëfficiënt, wat betekent dat wanneer het glas wordt verwarmd of gekoeld, het niet uitzet of veel krimpt. Deze maatvastheid zorgt ervoor dat borosilicaatglas bestand is tegen snelle en extreme temperatuurveranderingen zonder te barsten.

De chemische samenstelling van borosilicaatglas bestaat meestal uit ongeveer 81% siliciumdioxide (SiO₂₎en 13% boortrioxide (B₂O₃) met lagere concentraties natriumoxide en aluminiumoxide. (Merk op dat de concentraties van booroxide kunnen variëren, 5-13% is typisch). Het element Borium is wat het glas zijn dimensionale stabiliteit biedt, zodat het materiaal niet krimpt of groeit als de temperatuur waaraan het wordt blootgesteld verandert.

Tabel 1 hieronder geeft een overzicht van de typische eigenschappen van borosilicaatglas. Noteer uit de tabel de waarde voor de lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt (3,3 x 10^-6 ) en het temperatuurbereik waarover die waarde geldt 20^oC, 300^oC. Deze waarde is ongeveer 1/3 die van traditioneel soda-lime glas.

Tabel 1 – Eigenschappen van borosilicaatglas

Toepassingen van borosilicaatglas

Het eerste probleem dat probeerde te worden opgelost op het moment dat Otto Schott begon te experimenteren met glasformuleringen, was het creëren van een glas dat bestand was tegen blootstelling aan extreme temperaturen. Het glas dat in die tijd in lantaarns werd gebruikt, zou bijvoorbeeld in regenachtige omstandigheden verbrijzelen of barsten omdat de koude regen op het buitenoppervlak van het glas een grote temperatuurgradiënt veroorzaakte in vergelijking met de temperatuur van het hete binnenoppervlak.

Zodra borosilicaatglas beschikbaar kwam, werden de toepassingen ervan onmiddellijk duidelijk. Enkele van de meest voorkomende toepassingen voor borosilicaatglas zijn:

• Laboratoriumglaswerk
• Wetenschappelijke lenzen en hete spiegels
• Bakgerei en kookgerei
• Thermische isolatie
• Verlichtingsproducten met hoge intensiteit
• Kijkglas
• Vliegtuig exterieur lenzen
• Aquariumverwarmers
• Elektronica
• Rapid prototyping

Laboratoriumglaswerk

De hoge dimensionale stabiliteit en het vermogen om tegelijkertijd blootstelling aan verschillende temperaturen te verdragen, maken borosilicaatglas een natuurlijke materiaalkeuze om laboratoriumglaswerk te maken, ook wel labware genoemd. Petrischalen, microscoopglaasjes, flessen, bekers, kolven, reageerbuizen,trechters en meetinstrumenten zoals maatcilinders zijn allemaal veel voorkomende voorbeelden. Naast de gunstige thermische eigenschappen is borosilicaatglas zeer resistent en niet-reactief op de meeste chemicaliën.

Wetenschappelijke lenzen en hete spiegels

Borosilicaatglas kan worden gegoten in optische componenten met hoge precisie, zoals lenzen voor gebruik in telescopen en andere optische precisie-apparaten. De lage thermische uitzettingscoëfficiënt voor borosilicaatglas betekent dat de optische eigenschappen van de lenzen stabiel zullen zijn over temperatuurveranderingen, omdat de glazen lens zijn afmetingen niet significant zal veranderen. Het glas is ook ideaal voor gebruik in hete spiegels die infrarood licht reflecteren.

Bakgerei en kookgerei

Een van de eerste en meest voorkomende toepassingen is bij het maken van huishoudelijk kookgerei en bakgerei. De thermische eigenschappen van borosilicaat kookgerei maken het mogelijk om het van een hete oven naar een koel aanrecht te transporteren zonder angst voor scheuren of verbrijzeling. Het wordt ook gebruikt in producten zoals maatbekers en is veilig voor gebruik in magnetrons en vaatwassers.

Thermische isolatie

De thermische eigenschappen van borosilicaatglas werden gebruikt om de thermische tegels te fabriceren die de spaceshuttle beschermden tegen de hitte van terugkeer in de atmosfeer van de aarde.

Verlichtingsproducten met hoge intensiteit

Podiumlampen en verlichtingsproducten die in de filmindustrie worden gebruikt, maken gebruik van borosilicaatglaslenzen, omdat deze lampen hoge temperaturen kunnen bereiken wanneer ze urenlang continu worden gebruikt. Andere lampproducten die gebruik maken van high-intensity discharge (HID), zoals kwikdamplampen of metaalhalogenidelampen, maken gebruik van borosilicaatlenzen of buitenste enveloppen.

Kijkglas

In industriële processen maken tanks gebruik van kijkglazen die vaak zijn vervaardigd uit borosilicaatglas. Deze kijkglazen maken de visuele bewaking van stoffen en processen mogelijk zonder dat de tank of het opslagvat hoeft te worden geopend en zonder het proces te onderbreken.

Vliegtuig exterieur lenzen

De buitenlampen van een vliegtuig gebruiken borosilicaatglaslenzen vanwege de heldere optische eigenschappen (overdraagbaarheid) en het vermogen om het temperatuurverschil te weerstaan dat wordt ervaren tijdens vluchten op grote hoogte. Figuur 1 hieronder toont een voorbeeld van de optische transmissie-eigenschappen van één type borosilicaatglas. Let op de zeer vlakke prestaties over het volledige spectrum van golflengten van 300 – 1200 nm.

Afbeelding credit: https://www.schott.com/d/tubing/9a0f5126-6e35-43bd-bf2a-349912caf9f2/schott-algae-brochure-borosilicate.pdf

Aquariumverwarmers

Aquariumverwarmers zijn een veel voorkomende toepassing voor borosilicaatglas, waarbij de verwarmingsbuis wordt blootgesteld aan een thermische gradiënt van het binnenste nichrome verwarmingselement en het veel koudere water in de tank.

Elektronica

Borosilicaatglas wordt gebruikt in de halfgeleiderfabricage-industrie voor moderne elektronica, waar siliciumwafers kunnen worden gebonden aan geëtst borosilicaatglas.

Rapid prototyping

Bij fused deposition modeling, een vorm van 3D-printen of additive manufacturing, is borosilicaatglas een ideaal materiaal voor gebruik waarop de verwarmde en geëxtrudeerde kunststofmaterialen tijdens het bouwproces worden afgezet.

Overzicht

Dit artikel gaf een kort overzicht van wat borosilicaatglas is, de ontwikkeling ervan, de materiaaleigenschappen die dit materiaal nuttig maken en enkele van de meest voorkomende toepassingen die het gebruiken. Raadpleeg voor informatie over andere producten onze aanvullende handleidingen of bezoek het Thomas Supplier Discovery Platform om potentiële bevoorradingsbronnen te vinden of details over specifieke producten te bekijken.

Bron