 |
Thủy tinh chịu nhiệt Pyrex là một loại thủy tinh borosilicate, được sản xuất bằng cách nung nóng vật liệu thô như cát silic và oxit boric ở nhiệt độ cực cao trong thời gian dài. Các vật liệu nóng chảy sau đó được chế biến thành các loại thủy tinh khác nhau. Ra đời trong những năm đầu thế kỷ XX, Pyrex đã trở thành một nguyên liệu quan trọng cho một loạt các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu nhiệt và hóa chất.
Thủy tinh thông thường được làm bằng cách đun nóng hợp chất tinh thể với nhiệt độ đủ cao đến khi tan chảy. Nóng chảy phá vỡ các cấu trúc phân tử để chúng trong một trạng thái hỗn loạn. Khi vật liệu tan chảy được làm lạnh đột ngột, các phân tử hỗn loạn này sẽ bị “khóa” tại chỗ trước khi chúng thay đổi cấu trúc tinh thể tạo thành dạng vật chất rắn. Các thuộc tính của thủy tinh gồm có độ cứng, độ giòn, trong suốt và kháng nhiệt, kháng hóa chất tùy thuộc vào thành phần hóa học của nó.
Khi nghiên cứu sản xuất Pyrex, các nhà khoa học đã cố gắng tạo ra một thành phần thủy tinh có tính kháng nhiệt cao. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng thủy tinh có thành phần Bo có thể được đun nóng đến nhiệt độ cao mà không bị vỡ. Bo, là nguyên tố hóa học thứ năm trên bảng xếp hạng tuần hoàn, có khả năng duy nhất để tạo ra một loạt các liên kết hóa học.
Khi tác động ngoại quan với oxy nó có thể tạo ra một cấu trúc ba chiều mạnh mẽ, mang lại cho thủy tinh khả năng kháng nhiệt và hóa chất, chống ăn mòn cao, đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng sản xuất đồ dùng nấu ăn, nhiệt kế, và thiết bị phòng thí nghiệm.
Ba lớp vật liệu của Pyrex bao gồm các chất tạo thành, chất trợ, và chất ổn định. Chất tạo thành cũng giống như mọi thành phần chính trong tất cả các chế tạo thủy tinh. Chất trợ trong hỗn hợp thủy tinh làm giảm nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh borosilicate. Chất trợ có thể được sử dụng trong sản xuất bao gồm tro soda, kali, và lithium carbonate, chiếm khoảng 5% thành phần thủy tinh Pyrex.
Tuy nhiên, chất trợ lại gây ra sự bất ổn định về mặt hóa học trong thành phần thủy tinh. Vì lý do này các chất ổn định như bari cacbonat và kẽm oxit được thêm vào. Trong sản xuất Pyrex, khoảng 2% oxit nhôm được thêm vào để làm thủy tinh cứng hơn khi nó nóng chảy. Cuối cùng, để sản xuất thủy tinh với màu sắc khác nhau, các hợp chất bạc có thể được thêm vào.
Pyrex cũng có một kết cấu ma trận do các silicon dioxide tạo ra. Khi axit boric được trộn với silicon dioxide và làm nóng, nó bị oxy hóa thành oxit boric. Oxit boric chịu trách nhiệm cho các cấu trúc phân tử Pyrex độc nhất. Boric oxit chiếm từ 5 - 20% thành phần thủy tinh Pyrex.
