基本介紹
- 中文名：低脹玻璃
- 外文名：Low expansion glass
- 特點：耐熱衝擊
- 套用：光掩模
低膨脹玻璃套用,低膨脹玻璃的用途,
低膨脹玻璃套用
只有SiO2的石英玻璃是最具代表性的低膨脹材料。它是在較易製造的物品中膨脹係數最小的材料,其室溫附近膨脹係數約為5×10-7K-1,在低溫下將更小,約在-80℃時膨脹係數為零,溫度更低時成為負的膨脹。石英玻璃的轉變溫度高達1100℃,高溫下不產生教化變形。SiO2玻璃的密度為2.2×103kg·m-3,比其他玻璃小(如鈉鈣矽玻璃為2.5×103kg.m-3),玻璃構造中空隙較多。在這種SiO2中加入其他成分,例如鹼金屬氧化物,將有許多氧離子配位修飾離子填充於玻璃枃造的空隙中,且產生非橋氧,形成弱弱的離子結合,使膨脹係數增大。
SiO2中加人TiO2的TiO2-SiO2系玻璃的膨脹係數更小,室溫下當TiO2含量約為8%時,膨脹係數達到零。繼續加大TiO2含量就成為負的膨脹係數。低溫下該系組成玻璃都為負的膨脹係數。
只含這種SiO2為主成分網路形成成分的低膨脹玻璃密度小,結構中空隙較多,可透過氬氣和氫氣,而且這種玻璃主要以共價鍵結合,結合能非常大。因而製造較困難,需在2000℃高溫下熔融,熔液黏度又非常大,不易成形。這種玻璃也可採用化學氣相蒸法的一種氣煉熱分解法製造。
含許多氧化銅的Cu2O-Al2O3-SiO2系玻璃的熱膨脹係數,與所謂的派菜克斯玻璃相比更小,接近石英玻璃。該系統玻璃可在1500℃溫度下熔融,是低溫熔融、低膨脹玻璃的實例。其低膨脹的原因與石英玻璃不同,熔融狀態下熔液因含Cu2O,熔點較低,黏度也低,但在冷卻時分離出接近SiO2-Al2O3的基礎相和含Cu2O較多的分散相兩相。分散相支配著整體的熱膨脹性。這樣可大致說明低熔融和低膨脹的原因,但還未確定。玻璃中的銅約有70%為1價陽離子Cu+,殘存的以2價陽離子Cu2+存在。Cu2+與一般的2價陽離子有相同的行動,而Cu2+與其他1價陽離子的行動完全不同。含較多氧化銅玻璃的低膨脹性已確定是由Cu+的異常行動造成,Cu+在玻璃中的擴散速度很大,空氣中氧化成Cu2+,使化學耐久性變差,外觀上因含較多氧化銅呈黑色不透明。
低膨脹玻璃的用途
低膨脹玻璃的特點之一是耐熱衝擊性強,即耐急冷急熱。派萊克斯玻璃組成是以SiO2為主成分加入少量B2O3、Na2O,其化學耐久性長,熱膨脹係數約為30×10-7K-1,是普通玻璃的1/3。因此成為耐熱玻璃,用於燒杯等理化器皿、餐具、廚具、咖啡保溫壺等。派萊克斯玻璃可耐100℃程度的急冷急熱,但一般不能承受200℃以上的熱衝擊。
石英玻璃與上述玻璃相比,熱膨脹係數更小,玻璃轉變溫度也高,因此將其紅熱的製品放入冷水中也不會炸裂。即使加熱至1100℃高溫也幾乎不變形。因具有這些優良的耐熱性能,石英玻璃在許多方面具有多種用途。如在高溫下使用的理化器皿和精密的測量儀器,以及水銀燈等特殊電光源玻璃都使用石英玻璃。在高溫下進行精密測量要求熱膨脹係數儘量接近於零,需要耐熱性高的玻璃。DTA、DSC、TMA等熱分析儀器必須使用石英玻璃。由於石英玻璃具有優良的熱特性、包括其他優良的功能特性,因此它成為最具代表性的功能玻璃。
含TiO2的SiO2-TiO2系玻璃具有更小的膨脹係數,膨脹係數接近於零。調整TiO2的含量可製作零膨脹玻璃,套用於大型天文反射望遠鏡的鏡體。即使由於無法避免的氣溫溫度發生變化,該玻璃的高倍率鹹像也不產生變形。
哈物太空望遠鏡的鏡片(和和大多數大型望遠鏡一樣)由特殊的低膨脹玻璃製成,這種玻璃在溫度變化下膨脹和收縮的程度不大。這種玻璃表面塗有純鋁(厚度為8.3納米)和氟化鎂(厚度為25納米),可以反射可見光、紅外線和紫外線主鏡重828千克,副鏡重12.3千克。
