以前的玻璃杯裝開水會炸,主要是由於玻璃的熱脹冷縮導致的,現在的玻璃杯材料基本都是高硼矽玻璃,具有很小的線性膨脹係數,耐高溫效能較好,很少出現以前那樣倒入開水就炸裂的情況。
玻璃的主要成分是二氧化矽,但是不同的生產工藝,以及摻雜不同物質後的玻璃,擁有千差萬別的物理性質;以前的玻璃,由於產生工藝落後,其中含有大量的重金屬成分,比如鉛、鋅等等,這樣的玻璃非常脆,且線性膨脹係數高,一旦遇到較大的溫差變化就會發生炸裂。
小時候大家可能經歷過,尤其在冬天,把開水倒入玻璃杯中,玻璃杯會炸裂,或者玻璃杯從開水液麵處水平破裂,而且越厚的玻璃杯越容易出現這種情況,反而薄的玻璃杯不容易炸裂,你能想到原因嗎?
現在我們使用的玻璃杯,基本都是高硼矽玻璃,把氧化硼(B2O3)、氧化鈉(Na2O)取代了原有的重金屬鉛、鋅等等,其中硼的含量為12~14%,這樣的高硼矽玻璃線性膨脹係數小,密度也比生玻璃小,但是強度高,耐熱性高。
線性膨脹係數指的是:溫度每升高1度(℃),固體物質的長度和它在原來溫度下的長度之比。
幾種玻璃的線性膨脹係數(20-300 ℃)如下,單位1/℃:
普 通 玻 璃:9.2×10^-6
低硼矽玻璃:7.0×10^-6
中硼矽玻璃:5.0×10^-6
高硼矽玻璃:3.3×10^-6
石 英 玻 璃:5.5×10^-7
微 晶 玻 璃:<5×10^-7
可以看到,高硼矽玻璃的膨脹係數只有普通玻璃的三分之一,而玻璃本身比較脆,在遇到表面溫度驟變時,由於熱脹冷縮普通玻璃容易碎裂,而高硼矽玻璃因為具有很小的膨脹係數更不易碎裂。
石英玻璃是隻含二氧化矽的非晶體材料,具有更小的線性膨脹係數,以及很高的耐熱性和抗震效能,常用在實驗室和一些高溫儀器當中,在石英玻璃當中加入鈦元素後,還能得到零膨脹係數的玻璃,用於一些尖端科技當中。
微晶玻璃是在一定溫度下,讓玻璃析出大量的微小晶體,從而得到微晶相和玻璃相的複合體,微晶玻璃擁有很小的線性膨脹係數,也可以得到零膨脹係數的微晶玻璃,而且具有很高的強度,耐腐蝕、熱穩定性好,常用於望遠鏡、電子絕緣材料,積體電路底板,電磁爐面板當中。
在前不久,我在網上買了一個盛油瓶,有一次把熱油裝入盛油瓶時,瓶子突然破裂,後來我查詢盛油瓶的材質為ABS樹脂,該材料的線性膨脹係數為70×10^-6 ,比普通玻璃大了很多,即便ABS樹脂的塑性更好,也經受不起熱油高溫引起的熱脹冷縮。
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