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你不一定知道的实验室用玻璃仪器材质小常识!

来源:918博天堂 时间:2017-12-29


玻璃材质简介

没有一种材料可以满足所有的实验要求。使用玻璃还是塑料制品决定于应用以及一起的设计,需要考虑材料的特殊性质,当然还有成本。


玻璃的一般性质


玻璃的主要原料是硅砂(SiO2)、硼酸(H3BO3)或硼砂(Na2B4O7 10H2O)、石灰(CaO)、玻璃屑(碎玻璃)、磷酸(P2O5)、碱(Ha2O,由NaNO3、Na2B4O7等提供)及其它含钾、镁、鋅、铝等氧化物之原料。

玻璃制品对于水、盐溶液、酸、碱以及有机溶剂具有很好的化学耐性,从这点来看超过大多数的塑料制品。仅有氢氟酸以及在升温条件下的强碱或浓磷酸会攻击玻璃。玻璃制品的另一个特点是形状的稳定性(即使在升温条件下),以及高度透明。


特定玻璃的特殊性质


实验室应用中,有许多不同性质不同种类的玻璃可以选择。

钠-钙玻璃

钠-钙玻璃(比如AR-Glas)具有良好的化学与物理性质。适用于短时间接触化学试剂与有限的热冲击的应用。

硼硅酸盐玻璃(BORO3.3,BORO5.4)

硼硅酸盐玻璃具有出色的化学与物理性质。如国际标准DIN ISO 3585所述,一级水解玻璃的线性膨胀系数为3.3,适用于需要出色化学耐性与热耐性(包含耐受热冲击),以及高机械稳定性的应用。是典型的的用于化学仪器的玻璃,比如圆底烧瓶与烧杯及计量产品。


玻璃制品的使用

在使用玻璃的时候,必需要考虑抵抗热冲击与机械力的耐性。必需遵循严格的安全措施:

不要再热拌上加热体积计量仪器、量筒或者试剂瓶。

在进行放热反应,例如稀释硫酸或者溶解氢氧化钠时,一定要进行持续搅拌并冷却试剂,并且选择合适的容器,比如锥形瓶,决不可使用刻度量筒或者容量瓶。

玻璃仪器决不可暴露于突然的剧烈的温度变化。当从热干燥箱中取出玻璃仪器是,千万不要立刻放置于冷的或者湿的台面上。

对于承压应用,只能使用设计用于此用途的玻璃仪器。列如:抽滤瓶与干燥器,只能确认完好之后才能抽真空使用。


化学耐性


水或酸与玻璃的化学相互作用小到几乎可以忽略;只有非常少量的,主要为单价阳离子会从玻璃中溶出。在玻璃表面形成非常薄的,几乎没有空隙的硅胶层,阻止进一步的侵蚀。氢氟酸与热磷酸是例外,因为这两种酸会抑制保护层的形成。

碱与玻璃的化学相互作用

碱会轻视玻璃且随浓度与温度升高而增强。硅硼酸盐玻璃3.3可限制表面轻视达到μm的水平。当然,随着接触时间的延长,体积变化与/或者刻度损坏仍有可能发生。

玻璃的水解耐性

一级水解玻璃可以达到 DIN ISO 719(98℃)5个水解耐性级别的第一级。这意味着颗粒度为300-500μm的玻璃暴露于98℃的水中1小时,少于31μg Na2O/克玻璃杯水溶解。此外,一级水解玻璃也达到了DIN ISO 720(121℃)3个水解级别的第一级。这意味着暴露于121℃的水中1个小时,少于62ug Na2O/克玻璃被水解。

对酸的耐性

一级水解玻璃达到了DIN 12 116标准算耐性的四个级别的第一级。一级水解玻璃也被称为耐酸硅硼酸盐玻璃,于6N HCL中煮沸6小时,其表面轻视小于0.7mg/100cm^2;。更具DIN ISO 1776 Na2O损失小于100ug Na2O/100cm^2。

对碱的耐性

一级水解玻璃达到了DIN ISO 695标准3个耐碱级别的第二级。3个小时相同体积氢氧化钠(1mol/L)与碳酸钠(0.5mol/L)煮沸产生的侵蚀大约为134mg/100cm^2。


机械耐性


热应力

在生产与处理玻璃时,可能引入有害的热应力。在熔融玻璃冷却过程中,从可塑状态到坚硬状态的转变发生在高、低退火温度点之间。在这个阶段,必须通过小心的受控退货过程消除现存的热应力。一旦过了低退火点,玻璃可以加速冷却而不会映入任何较大的新应力。玻璃再加热式的反应也类似,比如,通过直接用本身火焰加热,至一个高于地推火温度点的问题,不能控制的冷却或导致“冻入”热效力,而严重降低玻璃抵抗破碎的能力与机械稳定性。为了除固有的应力,玻璃必须加热至介于高、低退火温度点之间的问题,并维持约30分钟,然后按照规定的降温速率进行冷却。

对温度变化的抗性

当玻璃加热至低于低推火温度点的温度,热膨胀与热的不良导性会导致张丽与压力。如果,由于不恰当的加热或冷却速率,超出了可承受的机械力,玻璃即发生破裂。除了膨胀系数,其值随着玻璃种类、壁厚、玻璃的集合形状不同而不同,玻璃上存在的任何刮伤特需要考虑。因此,说明一个确切的抵抗热冲击的数值非常困难。当然,热膨胀系数值得比较现实一级水解玻璃比像AR-Glas玻璃对抗温度变化的能力强。

机械应力

从技术角度来看,玻璃的弹性表现非常理想,也就是说,当超过承受范围,张力与压力并不导致形变,而是导致破裂。玻璃可以承受的张力相对较小,并且随着玻璃上有刮伤或者缝隙而进一步减小。出于安全考虑,机械与工业设计使用的一级水解玻璃可承受张力为6N/MM^2。

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