基本介紹
- 中文名：零膨脹玻璃
- 外文名：Zero expansion glass
- 特點：熱膨脹係數較小
- 屬性：功能玻璃
簡介,製備,用途,影響因素,
簡介
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5X10-7K-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℃，高溫下不產生軟化變形。SiO2玻璃的密度為2.2 X 103kg·m-3，比其他玻璃小，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構造的空隙中，且產生非橋氧，形成弱的離子結合，使膨脹係數增大。
製備
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，可透過氦氣和氫氣，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鍍法的一種氣煉熱分解法製造。
製備工藝為：將純度高的SiCl4或TiCl4混合液體以霧化狀態噴入1600～1700℃高溫爐中，用氫氧焰加熱，氣相條件產生氧化反應形成SiO2或SiO2一TiO2系玻璃微粒，然後將這些微粒沉降集中於接收皿中，最後在1800℃高溫下加熱燒結，形成透明的塊狀玻璃。其他方法如常用的溶膠一凝膠法，是利用矽及鈦的烷氧基，經加水分解、聚合成形，比較適合製備纖維和塗覆薄膜，但不易製備複雜形狀的塊玻璃。
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，其化學耐久性長，熱膨脹係數是普通玻璃的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。
影響因素
影響玻璃熱膨脹的因素，不僅有化學結合，而且與結合角度的變化有關，呈現複雜的關係。例如化學組成均為二氧化矽的石英玻璃，α一石英、β一石英的熱膨脹反應有顯著的差異。在573℃轉變點的低溫側為α型，高溫側為β型。α一石英的膨脹係數值較大，接近轉變點時更大。到轉變點以上成為β一石英，此時進一步升高溫度，體積反而減小，即呈現負膨脹。負膨脹是指溫度升高時體積收縮，溫度降低，體積反而膨脹。水在0～4攝氏度之間也具有負膨脹係數。、β一石英與其他SiO2相比是密度小、空隙多的晶體構造。
