硼硅玻璃3.3中B2O3含量在13%左右,太低则熔化温度高,太高则热稳定性和化学稳定性变坏。这是由于B2O3含量在13%~15%时会出现硼反常现象,即B2O3在玻璃结构中会发生三面体和四面体之间的转变所致。
硼硅玻璃3.3中Al2O3含量不宜低于2.2%。这是由于Al2O3可在网络结构中将断裂的氧离子链连接,从而封闭网络,防止R2O中离子迁移,以提高化学稳定性,并防止分相。为此硼硅玻璃3.3中Al2O3含量可达2.5%,再高会使熔化困难。
硼硅玻璃3.3中,要求As2O3+Sb2O3含量低于0.005%,即不允许使用As2O3和Sb2O3作澄清剂。这是由于玻璃在精密化学分析中,经常需测定微量As2O3和Sb2O3,如试验用玻璃器皿中含有这种元素,将无法鉴定试样中该元素真实含量;另外As2O3还会造成灯工加工时玻璃黑化。当然生产过程中环保及工业卫生要求也严格限制了As2O3和Sb2O3的使用。因此在硼硅玻璃3.3中禁止使用As2O3和Sb2O3作澄清剂。目前主要使用NaCl作澄清剂。
特别需指出,表一列出硼硅玻璃3.3成分和性能,并未对玻璃中各种微量成分做出规定;而ASTM E438中I型A玻璃,对玻璃中各种微量成分有严格的规定,因而用于检测的数据只有达到ASTM E438中Ⅰ型A玻璃的要求才能被国家权威机构认可。
表一列出相似硼硅玻璃3.3的B40玻璃和95玻璃,在国际上都未被列入仪器玻璃标准,只能作为代用品临时采用。其中95玻璃是我国在20世纪50年代生产水平低是,为了满足需要研究的玻璃品种。其主要问题为,析晶黏度在103~104Pa·s之间,无法用维洛法拉管成形,也很难用机械吹制成形,只能用人工吹制或机械压制;极易分相是抗水性能变差;灯工反复加工会造成析晶和分相。因此在国内硼硅玻璃3.3生产突破后,95玻璃已被逐步淘汰,仅在人工吹制抵挡产品和耐热食器中使用。B40玻璃是光源用钨封接玻璃,用于汞、钠灯玻壳。20世纪80年代为了用同一生产线生产光源玻璃和仪器玻璃,将成分略作改动,使其抗水性能达到玻璃仪器要求二研发的玻璃。21世纪以来随着硼硅玻璃3.3生产技术突破,生产成本大幅下降,汞、钠灯玻壳需要量大增,目前B40玻璃已逐步从玻璃仪器制作领域中退出。
表一:硼硅玻璃3.3及类似玻璃成分及性能
玻璃品种 |
硼硅玻璃3.3 |
其它类似玻璃 |
||||||
ASTM E438 Ⅰ型A玻璃 |
PYREX 7789 |
|||||||
品牌 |
BOMEX BJTY |
PYREX 7740 |
KG-33 |
DURAN-50 |
BOMEX B40 |
95玻璃 |
||
产地 |
中国北京 |
美康宁 |
美肯堡 |
德肖特 |
美康宁 |
中国北京 |
中国 |
|
化学成分(质量分数)% |
SiO2 |
80.6 |
80.6 |
80.5 |
80.5 |
81 |
75.7 |
78 |
B2O3 |
12.8 |
13 |
13 |
13 |
13 |
15 |
14 |
|
Al2O3 |
2.4 |
2.3 |
2.3 |
2.5 |
2.0 |
3.0 |
2 |
|
CaO |
① |
① |
① |
① |
|
0.5 |
<0.6 |
|
Na2O |
4.1 |
4.0 |
4.0 |
3.5 |
3.0 |
4.7 |
5.2 |
|
K2O |
② |
② |
② |
0.5 |
1.0 |
0.6 |
<0.1 |
|
As2O3+Sb2O3 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.005 |
<0.1 |
|
主要性能 |
热膨胀系数(0~300℃)/(×10-7/℃) |
33 |
32.5 |
32.5 |
33 |
32.5 |
40 |
38~40 |
退火点温度/℃ |
560 |
560 |
560 |
555 |
560 |
550 |
550 |
|
软化点温度/℃ |
820 |
820 |
820 |
820 |
815 |
790 |
780 |
|
液相温度/℃ |
1050 |
1050 |
1050 |
1050 |
1030 |
1070 |
1050 |
|
工作温度/℃ |
1250 |
1250 |
1250 |
1250 |
1250 |
1200 |
1150 |
|
密度/(g/cm3 |
2.23 |
2.23 |
2.23 |
2.23 |
2.22 |
2.29 |
2.25 |
|
化学稳定性(抗水)等级/级 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1~2 |
注:①与其他杂质含量总和<0.1%
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