ガラス

シリカを塩基性酸化物で溶かした非晶質固体です。 原子が結晶のように整列することはないが、原子の間隔は狭い。

ほとんどのガラスは珪酸系で、シリカ(SiO)、石灰(CaCO3)、炭酸ナトリウム(NaCO3)の3つの主要成分から作られています。

非ケイ酸塩系ガラスは、全ガラス生産量の約5%しかなく(「セラミックス工学」の章で述べるガラスセラミックスを除く)、リン酸塩ガラス(HF酸に耐える)、希土類ホウ酸塩ガラス(高屈折率)、熱吸収ガラス(FeOで作る)、アルミニウム、バナジウム、ゲルマニウム、その他の金属の酸化物を基にした系などがあります。 ほぼすべてのガラスは、化学組成から6つの基本タイプに分類される。

ソーダ石灰ガラスは最も一般的なタイプで、瓶、窓、電球、飲料用グラスのガラスである。 その組成は、シリコン、カルシウム、ナトリウムの酸化物の混合物である、初期の人工ガラスの組成に似ています。 現在溶かされているガラスの約90%はソーダライム(一般には単に「ライム」と呼ばれている)である。 安価なため、さまざまな形状に加工しやすい。

ホウケイ酸ガラスは、熱衝撃や高温に耐えることができる最も古いタイプのガラスで、化学薬品に対する抵抗力も優れている。 このガラス構造では、パイレックスの商標を持つ最初のもので、SiO″の一部がホウ酸化物で置き換えられています。

ホウケイ酸ガラスは熱膨張係数が低く、したがって望遠鏡の鏡やその他の精密部品に適しています。 また、熱衝撃に強いので、オーブンや実験器具、ヘッドランプのレンズ、ボイラーのゲージガラスなどに使われています。 ホウケイ酸ガラスの多くは、ソーダ石灰ガラスよりも耐酸性に優れているが、アルカリ性には弱い。

鉛アルカリガラス、または鉛ガラスは、屈折率を上げるために一酸化鉛(PbO)を含んでいます。 このガラスはソーダ石灰ガラスやホウケイ酸ガラスよりも電気絶縁性が高い。 鉛ガラスは、プリズムやレンズなどの光学用途や、原子放射線の遮蔽材として使用されている。 加工が容易で、時間をかけて手作業で行う作業に向いている。 また、鉛ガラスは自然な光沢があるため、高級クリスタル食器に使用される。

アルミノシリケートガラス(シリカの代わりにアルミナ(Al2O3)を含む)もホウケイ酸ガラスに似た耐熱衝撃性のあるガラスで、石灰ガラスと同様に高温や熱衝撃への耐性に劣りますが、より高い使用温度にも耐えられるのが特徴です。 また、化学的な攻撃にも強く、電気絶縁性にも優れている。 アルミノシリケートガラスは、高温度計、宇宙用車両の窓、点火筒などの高性能な用途に適している。 また、導電性フィルムでコーティングしたものは、重要な電子回路の抵抗器として使用されている。

96%シリカガラスは、ホウケイ酸ガラスからコーニンググラス社独自のプロセスで作られた高耐熱ガラスで、ホウケイ酸ガラスの約3倍のコストと製造の難しさがあります。 溶融シリカに比べて、より容易に、より多くの形状に成形することができます。 その特性は溶融シリカに近く、光学部品や宇宙船の窓など、大気圏再突入時の熱に耐えなければならない部品の代替に用いられることもある。 また、NASAのスペースシャトル外装などの耐熱コーティングにも使用されている。

溶融シリカは、6つの分類の中で唯一、単一の組成を含むものである。 このガラスは、非結晶のシリカ(二酸化ケイ素)だけで構成されています。 溶融シリカは最も高価なガラスで、熱衝撃に対する耐性が最も高く、許容使用温度も最も高い(長時間900℃から短時間1,200℃)。 また、紫外線の透過率が最も高く、化学薬品に対する耐性もガラス中最も高い。 天体望遠鏡用ミラーブランク、超音波遅延線、光通信用導波路、結晶成長用るつぼなど、要求が極めて厳しい用途で使用されている。 溶融石英は加工が難しく、形状が限定されている。 ソーダ石灰と鉛アルカリは比較的低い温度で軟化または融解するので軟質ガラスと呼ばれる。 ホウケイ酸塩とアルミノケイ酸塩は比較的高い温度で軟化または融解するので硬質ガラスと呼ばれる。 また、96%シリカと溶融シリカは最も硬いガラスです。

ガラスの中で最も古いのはソーダライムで、約4000年前に知られていました。 1676年に鉛アルカリ、1912年にホウケイ酸、1936年にアルミノケイ酸、1939年に96%シリカ、1952年に溶融シリカが開発されました。

今日、多くのガラス製品は、組成の異なる複数のガラスからなる複合材料から作られています。 高強度食器は低膨張ガラスと高膨張ガラスのコアでサンドイッチして作られている。 光通信用ファイバー(導波管)は、組成の異なるガラスを組み合わせて作られたブールから引き出されている。 航空機の窓ガラスは複数のガラスで構成され、一番外側のガラスは耐熱性、一番内側のガラスは機械的強度があるなど、それぞれのガラスに固有の性質があります。 フォトクロミックガラスは紫外線を受けると色が濃くなり、紫外線の刺激を取り除いたり、ガラスを加熱したりすると色が薄くなる。 フォトクロミック組成の中には、1週間以上濃くなったままのものもある。 また、紫外線を除去すると数分で退色するものもある。 感光性ガラスも光に反応するが、フォトクロミックガラスとは異なる方法で光に反応する。 感光性ガラスは、紫外線を照射した後、加熱すると、透明からオパール色に変化します。 マスクを介して紫外線を照射すると、マスクのパターンがガラスに再現される。 現像された画像は永久的で、フォトクロミックガラスのような色褪せはない。 露光され、オパール化した感光性ガラスは、未露光ガラスに比べ、流動酸によく溶ける。 7161>

フォトクロマチックガラスは、フルカラーの感光性ガラスで、露光した部分と現像した部分をエッチングして、形や凹み、穴を作ります。 1978年にコーニンググラスワークスの研究所で開発され、その特性から、情報記録、装飾品、窓などの透明物、容器などに応用されている。 フォトクロミックガラスは、真の色彩の永続性を持っています

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