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为何以前的玻璃杯倒入开水容易炸,而现在的玻璃杯不会?
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以前的玻璃杯装开水会炸,主要是由于玻璃的热胀冷缩导致的,现在的玻璃杯材料基本都是高硼硅玻璃,具有很小的线性膨胀系数,耐高温性能较好,很少出现以前那样倒入开水就炸裂的情况。
玻璃的主要成分是二氧化硅,但是不同的生产工艺,以及掺杂不同物质后的玻璃,拥有千差万别的物理性质;以前的玻璃,由于产生工艺落后,其中含有大量的重金属成分,比如铅、锌等等,这样的玻璃非常脆,且线性膨胀系数高,一旦遇到较大的温差变化就会发生炸裂。
小时候大家可能经历过,尤其在冬天,把开水倒入玻璃杯中,玻璃杯会炸裂,或者玻璃杯从开水液面处水平破裂,而且越厚的玻璃杯越容易出现这种情况,反而薄的玻璃杯不容易炸裂,你能想到原因吗?
现在我们使用的玻璃杯,基本都是高硼硅玻璃,把氧化硼(B2O3)、氧化钠(Na2O)取代了原有的重金属铅、锌等等,其中硼的含量为12~14%,这样的高硼硅玻璃线性膨胀系数小,密度也比生玻璃小,但是强度高,耐热性高。
线性膨胀系数指的是:温度每升高1度(℃),固体物质的长度和它在原来温度下的长度之比。
几种玻璃的线性膨胀系数(20-300℃)如下,单位1/℃:
普通玻璃:9.2×10^-6
低硼硅玻璃:7.0×10^-6
中硼硅玻璃:5.0×10^-6
高硼硅玻璃:3.3×10^-6
石英玻璃:5.5×10^-7
微晶玻璃:
可以看到,高硼硅玻璃的膨胀系数只有普通玻璃的三分之一,而玻璃本身比较脆,在遇到表面温度骤变时,由于热胀冷缩普通玻璃容易碎裂,而高硼硅玻璃因为具有很小的膨胀系数更不易碎裂。
石英玻璃是只含二氧化硅的非晶体材料,具有更小的线性膨胀系数,以及很高的耐热性和抗震性能,常用在实验室和一些高温仪器当中,在石英玻璃当中加入钛元素后,还能得到零膨胀系数的玻璃,用于一些尖端科技当中。
微晶玻璃是在一定温度下,让玻璃析出大量的微小晶体,从而得到微晶相和玻璃相的复合体,微晶玻璃拥有很小的线性膨胀系数,也可以得到零膨胀系数的微晶玻璃,而且具有很高的强度,耐腐蚀、热稳定性好,常用于望远镜、电子绝缘材料,集成电路底板,电磁炉面板当中。
来源:艾伯史密斯
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