《硼硅玻璃》課件

硼硅玻璃高性能特種玻璃材料廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)和日常生活課程目標(biāo)理解基本概念掌握硼硅玻璃的定義和組成了解獨(dú)特特性探索硼硅玻璃的結(jié)構(gòu)和性能掌握應(yīng)用領(lǐng)域分析硼硅玻璃在各行業(yè)的運(yùn)用展望發(fā)展趨勢(shì)硼硅玻璃的定義成分特點(diǎn)含有二氧化硅和三氧化二硼基本分類屬于特種技術(shù)玻璃命名來(lái)源以主要成分命名國(guó)際編號(hào)通常標(biāo)記為3.3玻璃硼硅玻璃的發(fā)展歷史11887年德國(guó)科學(xué)家?jiàn)W托·肖特發(fā)明21915年康寧公司開(kāi)發(fā)派熱克斯品牌31930年代工業(yè)化生產(chǎn)擴(kuò)大421世紀(jì)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展硼硅玻璃的化學(xué)組成二氧化硅70-80%1三氧化二硼7-13%2氧化鈉4-8%3氧化鋁2-7%4其他氧化物微量添加5硅氧四面體結(jié)構(gòu)四配位結(jié)構(gòu)每個(gè)硅原子與四個(gè)氧原子結(jié)合強(qiáng)鍵合力形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)形成者構(gòu)成玻璃的主體結(jié)構(gòu)硼氧三角形結(jié)構(gòu)1平面三角形硼原子與三個(gè)氧原子連接2sp2雜化硼原子采用sp2雜化軌道3網(wǎng)絡(luò)應(yīng)變易于變形導(dǎo)致應(yīng)力分布硼氧四面體結(jié)構(gòu)1四面體構(gòu)型一個(gè)硼原子連接四個(gè)氧原子2堿金屬作用堿金屬離子提供電子平衡電荷3結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變從三角形到四面體的轉(zhuǎn)變硼硅玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)硅氧骨架形成主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)硼氧組分填充網(wǎng)絡(luò)間隙堿金屬修飾中斷網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性鋁氧增強(qiáng)提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性硼氧反常現(xiàn)象硼含量(%)熱膨脹系數(shù)電導(dǎo)率硼氧反常的機(jī)理解釋3三配位硼低堿含量時(shí)硼呈三角形4四配位硼堿含量增加促進(jìn)四面體形成N4四配位分?jǐn)?shù)表示四配位硼的比例硼氧反常對(duì)性能的影響硼含量結(jié)構(gòu)特征性能影響低含量三角形為主高熱膨脹中等含量四面體增多低熱膨脹高含量三角形重新增加熱膨脹回升硼硅玻璃的物理性質(zhì)密度約2.23g/cm3，低于普通玻璃軟化點(diǎn)約820°C，高于普通玻璃莫氏硬度5-6級(jí)，中等硬度熔點(diǎn)范圍1500-1650°C硼硅玻璃的熱學(xué)性質(zhì)熱膨脹系數(shù)3.3×10??/K，極低熱震穩(wěn)定性可承受180°C的溫度突變熱導(dǎo)率約1.2W/(m·K)安全工作溫度長(zhǎng)期使用可達(dá)500°C硼硅玻璃的光學(xué)性質(zhì)硼硅玻璃的化學(xué)性質(zhì)耐酸性極佳，幾乎不受酸侵蝕耐堿性良好，優(yōu)于普通玻璃水解穩(wěn)定性水浸泡不產(chǎn)生明顯離子溶出化學(xué)惰性對(duì)大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)穩(wěn)定硼硅玻璃的機(jī)械性質(zhì)7GPa楊氏模量較高的剛性30-40MPa抗彎強(qiáng)度較好的彎曲抵抗力0.2泊松比橫向收縮與縱向拉伸比值硼硅玻璃與普通玻璃的對(duì)比硼硅玻璃低熱膨脹系數(shù)高化學(xué)耐受性優(yōu)良熱震穩(wěn)定性較高熔點(diǎn)和軟化點(diǎn)普通鈉鈣玻璃高熱膨脹系數(shù)中等化學(xué)耐受性較差熱震穩(wěn)定性較低熔點(diǎn)和軟化點(diǎn)硼硅玻璃的優(yōu)點(diǎn)熱穩(wěn)定性卓越驟冷驟熱不易破裂化學(xué)耐受性強(qiáng)耐酸堿，不污染內(nèi)容物光學(xué)透明度高透光率可達(dá)90%以上機(jī)械強(qiáng)度適中滿足大多數(shù)應(yīng)用需求硼硅玻璃的缺點(diǎn)熔制溫度高能耗大，生產(chǎn)成本高工藝復(fù)雜成型難度高于普通玻璃抗沖擊性一般機(jī)械撞擊易造成破損價(jià)格較高限制部分應(yīng)用領(lǐng)域硼硅玻璃的原材料高純石英砂SiO?的主要來(lái)源硼酸B?O?的重要來(lái)源純堿提供Na?O組分氧化鋁增強(qiáng)玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)硼硅玻璃的熔制過(guò)程配料混合準(zhǔn)確計(jì)量，均勻混合高溫熔化1550-1650°C熔融澄清精煉去除氣泡和雜質(zhì)均化降溫降至成型溫度硼硅玻璃的成型方法吹制法實(shí)驗(yàn)室器皿和藝術(shù)品壓制法平板和厚壁制品拉管法玻璃管和光纖浮法高質(zhì)量平板玻璃離心法圓筒形容器硼硅玻璃的退火工藝時(shí)間(小時(shí))溫度(°C)硼硅玻璃的表面處理物理拋光提高表面光滑度和透明度化學(xué)處理酸洗增強(qiáng)表面耐久性涂層應(yīng)用增加特殊功能如防反射蝕刻工藝創(chuàng)造磨砂或圖案效果硼硅玻璃的質(zhì)量控制綜合檢測(cè)最終產(chǎn)品全面質(zhì)量評(píng)估微觀分析顯微結(jié)構(gòu)和缺陷檢查物理性能測(cè)試熱學(xué)和機(jī)械性能驗(yàn)證化學(xué)成分分析確保配方符合標(biāo)準(zhǔn)硼硅玻璃在實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用硼硅玻璃在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用藥品包裝安瓿、西林瓶、輸液瓶醫(yī)療器械注射器、檢測(cè)設(shè)備植入材料特種生物玻璃應(yīng)用診斷工具試管、載玻片硼硅玻璃在光學(xué)儀器中的應(yīng)用望遠(yuǎn)鏡高透光率鏡片顯微鏡精密光學(xué)元件攝影設(shè)備專業(yè)鏡頭組件硼硅玻璃在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用集熱管真空管太陽(yáng)能熱水器的核心組件高透光率耐高溫?zé)崤蛎浶」夥姘逄?yáng)能電池板的保護(hù)蓋板抗紫外線抗風(fēng)沙磨損使用壽命長(zhǎng)硼硅玻璃在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用防火玻璃高溫下保持結(jié)構(gòu)完整性隔熱窗戶減少熱量傳導(dǎo)裝飾面板現(xiàn)代建筑美學(xué)元素采光系統(tǒng)天窗和采光帶材料硼硅玻璃在家用電器中的應(yīng)用烤箱門耐高溫，能見(jiàn)內(nèi)部烹飪狀態(tài)電飯煲內(nèi)膽不與食物發(fā)生反應(yīng)咖啡機(jī)組件能承受溫度變化照明燈具耐熱耐紫外線硼硅玻璃在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用1200°C高溫窗口飛行器觀察窗99.9%光學(xué)系統(tǒng)高純度航天望遠(yuǎn)鏡鏡片10??氣密組件超高真空密封硼硅玻璃在藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用硼硅玻璃的特種用途核工業(yè)放射性廢物玻璃固化深海探測(cè)耐高壓觀察窗激光技術(shù)高能光學(xué)部件特種催化多孔催化載體硼硅玻璃的回收和再利用收集分類與普通玻璃分開(kāi)回收清洗處理去除污染物和標(biāo)簽破碎加工粉碎成不同粒度重新熔制作為新產(chǎn)品原料硼硅玻璃的環(huán)境影響正面影響使用壽命長(zhǎng)可完全回收替代塑料減少污染無(wú)有毒物質(zhì)釋放負(fù)面影響熔制能耗高采礦對(duì)環(huán)境破壞分解周期長(zhǎng)運(yùn)輸過(guò)程能源消耗硼硅玻璃的安全性評(píng)估1食品級(jí)認(rèn)證符合FDA和EU標(biāo)準(zhǔn)2重金屬溶出低于安全限值3熱安全性熱穩(wěn)定性測(cè)試合格4破碎特性大塊破碎不易產(chǎn)生銳利碎片硼硅玻璃的市場(chǎng)概況硼硅玻璃的主要生產(chǎn)商國(guó)際企業(yè)康寧、肖特、杜拉巴、西波爾中國(guó)企業(yè)山東魯陽(yáng)、江蘇三環(huán)、北京巨龍歐洲企業(yè)德國(guó)肖特、法國(guó)圣戈班美洲企業(yè)美國(guó)康寧、巴西耐熱硼硅玻璃的價(jià)格趨勢(shì)硼硅玻璃的未來(lái)發(fā)展方向納米復(fù)合化納米粒子增強(qiáng)功能柔性化提高韌性和可彎曲性智能化響應(yīng)外界刺激變色變透明度綠色制造低能耗環(huán)保生產(chǎn)工藝低膨脹系數(shù)硼硅玻璃3.3標(biāo)準(zhǔn)型普通硼硅玻璃膨脹系數(shù)1.7中低膨脹型精密儀器用特種硼硅玻璃0.5超低膨脹型天文望遠(yuǎn)鏡鏡片專用高強(qiáng)度硼硅玻璃增強(qiáng)方法化學(xué)強(qiáng)化熱強(qiáng)化處理成分優(yōu)化復(fù)合增強(qiáng)應(yīng)用領(lǐng)域智能手機(jī)屏幕高壓容器防彈玻璃飛行器窗口耐輻射硼硅玻璃成分特點(diǎn)添加稀土元素和氧化鈰防護(hù)能力阻擋伽馬射線和中子應(yīng)用場(chǎng)景核電站觀察窗和醫(yī)療防護(hù)使用壽命長(zhǎng)期輻射下不變黃不失透光敏硼硅玻璃1感光原理含有光敏化學(xué)元素2變色特性紫外線照射下可逆變色3微加工可通過(guò)光刻技術(shù)精確圖案化硼硅玻璃纖維制造工藝高溫熔融拉絲機(jī)械性能高強(qiáng)度低密度隔熱特性優(yōu)良絕熱材料過(guò)濾應(yīng)用高效過(guò)濾介質(zhì)硼硅玻璃微珠硼硅玻璃涂層技術(shù)溶膠-凝膠法形成納米級(jí)均勻涂層熱噴涂技術(shù)高熔點(diǎn)基材表面覆蓋化學(xué)氣相沉積精密光學(xué)元件涂層浸漬法多孔材料表面封裝硼硅玻璃的3D打印應(yīng)用藝術(shù)造型復(fù)雜幾何形狀創(chuàng)作微流控設(shè)備精密通道和反應(yīng)室光學(xué)元件定制光路組件硼硅玻璃在微流控芯片中的應(yīng)用<20μm微通道精度精細(xì)流體控制500°C工作溫度高溫化學(xué)反應(yīng)99%光學(xué)透明度實(shí)時(shí)觀察反應(yīng)過(guò)程硼硅玻璃在LED封裝中的應(yīng)用高透光率增強(qiáng)發(fā)光效率良好散熱延長(zhǎng)LED使用壽命氣密封裝防潮防塵保護(hù)尺寸穩(wěn)定減少熱膨脹應(yīng)力硼硅玻璃在核廢料處理中的應(yīng)用1封裝效果長(zhǎng)期穩(wěn)定隔離放射性物質(zhì)2處理技術(shù)高溫玻璃固化工藝3安全保障防止放射性元素泄漏4儲(chǔ)存方式深地質(zhì)處置幾萬(wàn)年安全硼硅玻璃在光纖通信中的應(yīng)用光纖包層保護(hù)纖芯并增強(qiáng)傳輸連接器組件穩(wěn)定的光纖連接光放大器摻雜稀土元素的增益介質(zhì)硼硅玻璃在燃料電池中的應(yīng)用電解質(zhì)支撐高溫下化學(xué)穩(wěn)定氣密封接防止燃料泄漏電極分隔絕緣性能良好傳感監(jiān)測(cè)透明窗口便于觀察硼硅玻璃在精密儀器中的應(yīng)用精密天平穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)干涉儀高精度光學(xué)平面分析儀器耐腐蝕反應(yīng)容器硼硅玻璃的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)適用范圍關(guān)鍵參數(shù)ISO3585硼硅玻璃3.3物理性質(zhì)熱膨脹系數(shù)規(guī)范ASTME438實(shí)驗(yàn)室硼硅玻璃器皿化學(xué)耐受性要求DINEN1748建筑用硼硅玻璃安全性能標(biāo)準(zhǔn)USP<660>醫(yī)藥包裝用玻璃溶出物限值硼硅玻璃的檢測(cè)方法化學(xué)分析成分含量測(cè)定熱性能測(cè)試膨脹系數(shù)和熱震性3光譜分析透光率和折射率