زجاج البوروسيليكات
زجاج البوروسيليكات نوع من الزجاج يتكون أساسًا من السيليكا وثلاثي أكسيد البورون . يتميز هذا الزجاج بمزايا عديدة مقارنةً بزجاج الصودا والجير العادي ، منها صعوبة كسره عند سقوطه، ومقاومته العالية للتشقق الناتج عن التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة، وشفافيته العالية التي تدوم لفترة أطول. وعادةً ما يكون زجاج البوروسيليكات أغلى ثمنًا بقليل من زجاج الصودا والجير. [ 1 ]
تُعرف زجاجيات البوروسيليكات بمعاملات تمدد حراري منخفضة للغاية (حوالي 3 × 10⁻⁶ كلفن⁻¹ عند 20 درجة مئوية)، مما يجعلها أكثر مقاومة للصدمات الحرارية من أي نوع آخر من الزجاج الشائع. يتعرض هذا النوع من الزجاج لإجهاد حراري أقل ، ويمكنه تحمل فروق درجات حرارة تصل إلى حوالي 166 درجة مئوية (330 درجة فهرنهايت) دون أن ينكسر . [ 2 ] ويُستخدم عادةً في صناعة زجاجات وأوعية الكواشف ، بالإضافة إلى الإضاءة والإلكترونيات وأدوات الطبخ. أما في العديد من التطبيقات الأخرى، فيُستخدم زجاج الصودا والجير بشكل أكثر شيوعًا.
يُباع زجاج البوروسيليكات تحت أسماء تجارية مختلفة، بما في ذلك Borosil و Duran و Pyrex و Glassco و Supertek و Suprax و Simax و Bellco و Marinex (البرازيل) و BSA 60 و BSC 51 (من NIPRO ) و Heatex و Endural و Schott و Refmex و Kimax و Gemstone Well و United Scientific و MG (الهند).
تُعزل المصابيح ذاتية التشغيل أحادية الطرف بقرص من الميكا وتُوضع داخل أنبوب تفريغ غازي (أنبوب قوس كهربائي) مصنوع من زجاج البوروسيليكات، ومغطاة بغطاء معدني. [ 3 ] [ 4 ] وتشمل هذه المصابيح مصباح بخار الصوديوم الشائع استخدامه في إنارة الشوارع. [ 5 ] [ 6 ] [ 3 ] [ 4 ]
عادة ما ينصهر زجاج البوروسيليكات عند حوالي 1650 درجة مئوية (3000 درجة فهرنهايت؛ 1920 كلفن) .
تاريخ
طُوّر زجاج البوروسيليكات لأول مرة على يد صانع الزجاج الألماني أوتو شوت في أواخر القرن التاسع عشر في مدينة يينا . ومن هنا أصبح يُعرف هذا الزجاج المبكر باسم زجاج يينا .
بعد أن قدمت شركة كورنينج جلاس ووركس منتج بايركس في عام 1915، أصبح الاسم مرادفًا لزجاج البوروسيليكات في العالم الناطق باللغة الإنجليزية (على الرغم من أنه منذ الأربعينيات من القرن الماضي، تم صنع جزء كبير من الزجاج المنتج تحت العلامة التجارية بايركس من زجاج الصودا والجير ).
زجاج البوروسيليكات هو اسم عائلة من الزجاج تضم أنواعًا مختلفة مصممة لأغراض متباينة تمامًا. أكثرها شيوعًا اليوم زجاج البوروسيليكات 3.3 أو 5.0x مثل دوران، وكورنينج 33، وكورنينج 51-V (شفاف)، وكورنينج 51-L (كهرماني)، وNIPRO BSA 60 وBSC 51 من شركة International Cookware.
عملية التصنيع
يُصنع زجاج البوروسيليكات عن طريق دمج وصهر أكسيد البوريك ، ورمل السيليكا، ورماد الصودا ، [ 7 ] والألومينا. ونظرًا لأن زجاج البوروسيليكات ينصهر عند درجة حرارة أعلى من زجاج السيليكات العادي ، فقد استلزم الأمر استخدام تقنيات جديدة للإنتاج الصناعي.
بالإضافة إلى الكوارتز وكربونات الصوديوم وأكسيد الألومنيوم المستخدمة تقليديًا في صناعة الزجاج ، يُستخدم البورون في صناعة زجاج البوروسيليكات. يتكون زجاج البوروسيليكات منخفض التمدد، مثل أنواع الزجاج المختبري المذكورة سابقًا، من حوالي 80% سيليكا ، و13% أكسيد البوريك ، و4% أكسيد الصوديوم أو أكسيد البوتاسيوم ، و2-3% أكسيد الألومنيوم . ورغم صعوبة تصنيعه مقارنةً بالزجاج التقليدي نظرًا لارتفاع درجة انصهاره، إلا أنه اقتصادي الإنتاج. وتُستخدم خصائصه المتميزة من حيث المتانة ومقاومة المواد الكيميائية والحرارة في معدات المختبرات الكيميائية ، وأدوات الطبخ، والإضاءة، وأنواع معينة من النوافذ.
تعتمد عملية التصنيع على هندسة المنتج ويمكن تمييزها بين طرق مختلفة مثل التعويم أو سحب الأنابيب أو التشكيل .
الخصائص الفيزيائية
يتميز زجاج البوروسيليكات الشائع الاستخدام في صناعة الأدوات الزجاجية المختبرية بمعامل تمدد حراري منخفض للغاية ( 3.3 × 10⁻⁶ كلفن⁻¹ ) ، [ 8 ] أي ما يقارب ثلث معامل تمدد زجاج الصودا والجير العادي. وهذا يقلل من الإجهادات التي تتعرض لها المادة نتيجة تدرجات الحرارة، مما يجعل زجاج البوروسيليكات أكثر ملاءمة لبعض التطبيقات.
يُعدّ الكوارتز المصهور أفضل من هذه الناحية (إذ يبلغ معامل التمدد الحراري فيه خُمس معامل التمدد الحراري لزجاج الصودا والجير)؛ إلا أن صعوبة تشكيل الكوارتز المصهور تجعله أغلى ثمناً، بينما يُشكّل زجاج البوروسيليكات حلاً وسطاً منخفض التكلفة. ورغم مقاومته العالية للصدمات الحرارية مقارنةً بأنواع الزجاج الأخرى، إلا أن زجاج البوروسيليكات قد يتشقق أو يتحطم عند تعرضه لتغيرات سريعة أو غير منتظمة في درجات الحرارة.
من بين الخصائص المميزة لهذه العائلة من الزجاج ما يلي:
- تغطي أنواع مختلفة من زجاج البوروسيليكات نطاقًا واسعًا من معاملات التمدد الحراري، مما يتيح إمكانية اللحام المباشر مع معادن وسبائك متنوعة مثل زجاج الموليبدينوم بمعامل تمدد حراري يبلغ 4.6، والتنغستن بمعامل تمدد حراري يبلغ حوالي 4.0، والكوفار بمعامل تمدد حراري يبلغ حوالي 5.0، وذلك بفضل توافق معامل التمدد الحراري مع المادة المراد لحامها.
- يسمح بدرجات حرارة قصوى عالية تصل عادةً إلى حوالي 500 درجة مئوية (930 درجة فهرنهايت) [ 9 ]
- يُظهر مقاومة كيميائية عالية للغاية في البيئات المسببة للتآكل. على سبيل المثال، تُظهر الاختبارات المعيارية لمقاومة الأحماض، التي تُجرى في ظروف قاسية، تأثيرات ضئيلة للغاية على الزجاج.
تبلغ درجة تليين زجاج بايركس من النوع 7740 (درجة الحرارة التي تكون عندها اللزوجة حوالي 10 7.6 بويز ) 820 درجة مئوية (1510 درجة فهرنهايت) . [ 10 ]
يتميز زجاج البوروسيليكات بكثافة أقل (حوالي 2.23 جم/سم³ ) من زجاج الصودا والجير التقليدي، وذلك بسبب انخفاض الكتلة الذرية للبورون. وتبلغ سعته الحرارية النوعية المتوسطة عند ضغط ثابت (20-100 درجة مئوية) 0.83 جول/(جم·كلفن)، أي ما يقارب خُمس سعة الماء. [ 11 ]
يتحمل زجاج البوروسيليكات فرقًا في درجة الحرارة يصل إلى حوالي 170 درجة مئوية (330 درجة فهرنهايت) قبل أن ينكسر ، بينما لا يتحمل زجاج الصودا والجير سوى تغير في درجة الحرارة يصل إلى 40 درجة مئوية (100 درجة فهرنهايت) . ولهذا السبب، تتحطم أواني المطبخ التقليدية المصنوعة من زجاج الصودا والجير (بما في ذلك بعض أواني بايركس الحديثة [ 12 ] ) عند وضع وعاء يحتوي على ماء مغلي على الثلج، بينما لا تتحطم أواني بايركس المصنوعة من زجاج البوروسيليكات أو غيرها من أواني المختبر المصنوعة من زجاج البوروسيليكات. [ 2 ]
من الناحية البصرية، تعتبر زجاجيات البوروسيليكات زجاجيات تاجية ذات تشتت منخفض ( أرقام آبي حوالي 65) ومعاملات انكسار منخفضة نسبيًا (1.51-1.54 عبر النطاق المرئي).
أثناء التصنيع، تميل سيليكات البورو المنصهرة إلى امتلاك "هشاشة" سائلة أعلى من السيليكات. ويشير هذا إلى أن لزوجة الزجاج المنصهر تتغير بسرعة أكبر من التغير الأسي مع درجة الحرارة، ويُطلق عليها اسم "فوق أرهينية"، حيث يزداد مؤشر الهشاشة مع زيادة محتوى البورون. ويمكن تفسير هذا السلوك جزئيًا بالتغيرات البنيوية، بما في ذلك التفكك العكسي لشبكة الزجاج عند التسخين، بالتزامن مع تغيرات في بيئة ترابط البورون، من رباعي التناسق رباعي الأوجه عند درجات الحرارة المنخفضة، إلى ثلاثي التناسق ثلاثي الأضلاع مستوٍ عند درجات الحرارة المرتفعة. [ 13 ]
العائلات
لأغراض التصنيف، يمكن ترتيب زجاج البوروسيليكات تقريبًا في المجموعات التالية، وفقًا لتركيبه الأكسيدي ( كنسبة مئوية من الكتلة ). ومن خصائص زجاج البوروسيليكات وجود كميات كبيرة من السيليكا (SiO₂ ) وأكسيد البوريك (B₂O₃ ، > 8%) كمكونات أساسية لشبكة الزجاج.
تؤثر كمية أكسيد البوريك على خصائص الزجاج بطريقة محددة. فإلى جانب الأنواع عالية المقاومة (بنسبة B₂O₃ تصل إلى 13% كحد أقصى)، توجد أنواع أخرى ذات مقاومة كيميائية منخفضة ( بنسبة B₂O₃ تزيد عن 15%)، وذلك بسبب اختلاف طريقة دمج أكسيد البوريك في الشبكة الهيكلية. [ 14 ] ومن ثم ، نميز بين الأنواع الفرعية التالية.
غير قلوية ترابية
يبلغ محتوى أكسيد البورون ( B₂O₃ ) في زجاج البوروسيليكات عادةً 12-13%، بينما يتجاوز محتوى ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂ ) 80%. وتجعله متانته الكيميائية العالية ومعامل تمدده الحراري المنخفض (3.3 × 10⁻⁶ كلفن⁻¹ ) - وهو الأدنى بين جميع أنواع الزجاج التجاري المستخدم في التطبيقات التقنية واسعة النطاق - مادةً زجاجيةً متعددة الاستخدامات.
تُستخدم ألواح زجاج البوروسيليكات المسطحة عالية الجودة في العديد من الصناعات، وخاصةً في التطبيقات التقنية التي تتطلب مقاومة حرارية جيدة، أو متانة كيميائية ممتازة، أو نفاذية عالية للضوء، بالإضافة إلى جودة سطح فائقة. وتشمل التطبيقات النموذجية الأخرى لأنواع مختلفة من زجاج البوروسيليكات الأنابيب الزجاجية، والمواسير الزجاجية ، والحاويات الزجاجية، وغيرها، لا سيما في الصناعات الكيميائية.
المعادن القلوية الترابية
إضافةً إلى حوالي 75% من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂ ) و8-12% من أكسيد البورون ( B₂O₃)، تحتوي هذه الزجاجيات على ما يصل إلى 5% من أكاسيد المعادن القلوية الترابية والألومينا (Al₂O₃ ) . وهذا نوع فرعي من الزجاجيات الأكثر ليونة، والتي تتراوح معاملات تمددها الحراري بين 4.0 و5.0 × 10⁻⁶ كلفن⁻¹ . [ 15 ]
لا ينبغي الخلط بين هذا وبين مركبات زجاج البوروسيليكات والألومينا البسيطة. [ 16 ]
نسبة عالية من البورات
تتميز أنواع الزجاج التي تحتوي على 15-25% من أكسيد البورون ( B₂O₃ ) ، و65-70% من ثاني أكسيد السيليكون (SiO₂ ) ، وكميات أقل من القلويات وأكسيد الألومنيوم (Al₂O₃ ) كمكونات إضافية ، بانخفاض درجة تليينها وانخفاض تمددها الحراري. وتُعدّ قدرتها على منع التسرب إلى المعادن ضمن نطاق تمدد التنجستن والموليبدينوم، وعزلها الكهربائي العالي، من أهم خصائصها.
يؤدي ارتفاع محتوى أكسيد البورون ( B₂O₃ ) إلى تقليل المقاومة الكيميائية؛ ومن هذا المنطلق، تختلف زجاجيات البوروسيليكات عالية البورات اختلافًا كبيرًا عن زجاجيات البوروسيليكات غير القلوية الترابية والقلوية الترابية. ومن بين هذه الزجاجيات أيضًا زجاجيات البوروسيليكات التي تنقل الأشعة فوق البنفسجية حتى 180 نانومتر، والتي تجمع بين أفضل خصائص زجاجيات البوروسيليكات وزجاجيات الكوارتز. [ 14 ]
الاستخدامات
يُستخدم زجاج البوروسيليكات في مجموعة واسعة من التطبيقات تتراوح من أدوات الطهي إلى معدات المختبرات، بالإضافة إلى كونه مكونًا في منتجات عالية الجودة مثل الأجهزة الطبية القابلة للزرع والأجهزة المستخدمة في استكشاف الفضاء .
الصحة والعلوم
تُصنع جميع الأدوات الزجاجية المخبرية الحديثة تقريبًا من زجاج البوروسيليكات. ويُستخدم هذا الزجاج على نطاق واسع في هذا المجال نظرًا لمقاومته الكيميائية والحرارية وشفافيته البصرية الجيدة، إلا أنه قد يتفاعل مع هيدريد الصوديوم عند تسخينه لإنتاج بوروهيدريد الصوديوم ، وهو عامل اختزال شائع الاستخدام في المختبرات.
يوجد الكوارتز المنصهر أيضًا في بعض معدات المختبرات عندما تكون نقطة انصهاره العالية ونفاذيته للأشعة فوق البنفسجية مطلوبة (على سبيل المثال لبطانات أفران الأنابيب وخلايا الأشعة فوق البنفسجية )، ولكن التكلفة وصعوبات التصنيع المرتبطة بالكوارتز المنصهر تجعله استثمارًا غير عملي بالنسبة لغالبية معدات المختبرات.
بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أنابيب البوروسيليكات كمادة خام لإنتاج عبوات الأدوية المُخصصة للحقن ، مثل القوارير والحقن المعبأة مسبقًا ، وكذلك الأمبولات وخراطيش طب الأسنان . تُقلل المقاومة الكيميائية لزجاج البوروسيليكات من انتقال أيونات الصوديوم من مصفوفة الزجاج، مما يجعله مناسبًا تمامًا لتطبيقات الأدوية القابلة للحقن . يُشار إلى هذا النوع من الزجاج عادةً باسم USP / EP JP Type I.
يُستخدم البوروسيليكات على نطاق واسع في الأجهزة الطبية القابلة للزرع مثل العيون الاصطناعية، ومفاصل الورك الاصطناعية، وأسمنت العظام، ومواد حشو الأسنان المركبة (الحشوات البيضاء). [ 17 ]
تستفيد العديد من الأجهزة القابلة للزرع من المزايا الفريدة لتغليفها بزجاج البوروسيليكات. وتشمل تطبيقاتها أجهزة التتبع البيطرية ، وأجهزة التحفيز العصبي لعلاج الصرع، ومضخات الأدوية القابلة للزرع، وزراعات القوقعة ، وأجهزة الاستشعار الفسيولوجية. [ 18 ]
الإلكترونيات
خلال منتصف القرن العشرين، استُخدمت أنابيب زجاج البوروسيليكات لنقل مواد التبريد (غالباً الماء المقطر ) عبر المعدات الإلكترونية عالية الطاقة التي تعتمد على الصمامات المفرغة ، مثل أجهزة الإرسال الإذاعي التجارية. كما استُخدمت أيضاً كمادة غلاف لأنابيب الإرسال الزجاجية التي تعمل في درجات حرارة عالية.
تُستخدم زجاجيات البوروسيليكات أيضًا في صناعة أشباه الموصلات في تطوير الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، كجزء من أكوام من رقائق السيليكون المحفورة المرتبطة بزجاج البوروسيليكات المحفور.
في عام 2026، تمكن مشروع سيليكا التابع لشركة مايكروسوفت من استخدام رقائق البوروسيليكات كوسيط تخزين حاسوبي طويل الأمد. وتشير التقديرات إلى أن رقاقة بقياس 120 مم × 120 مم × 2 مم يمكنها تخزين 2.02 تيرابايت لأكثر من 10000 عام [ 19 ] .
أواني الطبخ
تُعدّ أواني الطهي من الاستخدامات الشائعة الأخرى لزجاج البوروسيليكات، بما في ذلك أواني الخبز. ويُستخدم في بعض أكواب القياس، التي تتميز بعلامات مطبوعة توفر قياسات متدرجة. كما يُستخدم زجاج البوروسيليكات أحيانًا في صناعة أواني المشروبات عالية الجودة، وخاصةً القطع المصممة للمشروبات الساخنة. ويمكن أن تكون المنتجات المصنوعة من زجاج البوروسيليكات رقيقة ومتينة في الوقت نفسه، أو أكثر سمكًا لمزيد من المتانة، وهي آمنة للاستخدام في الميكروويف وغسالة الصحون. [ 20 ]
إضاءة
تستخدم العديد من المصابيح اليدوية عالية الجودة زجاج البوروسيليكات في عدساتها. وهذا يزيد من نفاذية الضوء عبر العدسة مقارنةً بالبلاستيك والزجاج ذي الجودة المنخفضة.
تستخدم أنواع عديدة من مصابيح التفريغ عالي الكثافة (HID)، مثل مصابيح بخار الزئبق ومصابيح هاليد المعادن ، زجاج البوروسيليكات كمادة للغلاف الخارجي.
أدت تقنيات النفخ الزجاجي الجديدة إلى تطبيقات فنية مثل الكرات الزجاجية المعاصرة. وقد استجابت حركة فن الزجاج الحديثة للألوان. يُستخدم زجاج البوروسيليكات بشكل شائع في تقنية النفخ الزجاجي ، ويصنع الفنانون مجموعة متنوعة من المنتجات مثل المجوهرات وأدوات المطبخ والمنحوتات ، بالإضافة إلى غلايين التدخين الزجاجية الفنية.
يستخدم مصنعو الإضاءة زجاج البوروسيليكات في بعض عدساتهم.
تستخدم الثنائيات العضوية الباعثة للضوء (OLED) (لأغراض العرض والإضاءة) زجاج البوروسيليكات (BK7). عادةً ما يقل سمك ركائز زجاج BK7 المستخدمة في تصنيع OLED عن 1 مليمتر. ونظرًا لخصائصه البصرية والميكانيكية، بالإضافة إلى تكلفته، يُعدّ BK7 ركيزة شائعة في OLED. مع ذلك، وبحسب التطبيق، تُستخدم أيضًا ركائز زجاج الصودا والجير ذات السماكات المماثلة في تصنيع OLED.
بصريات
تستخدم العديد من التلسكوبات الفلكية العاكسة مكونات مرايا زجاجية مصنوعة من زجاج البوروسيليكات نظرًا لانخفاض معامل تمدده الحراري. وهذا ما يُتيح الحصول على أسطح بصرية دقيقة للغاية لا تتغير إلا قليلاً مع تغير درجة الحرارة، ومكونات مرايا زجاجية متطابقة "تتتبع" تغيرات درجة الحرارة وتحافظ على خصائص النظام البصري.
مرآة تلسكوب هيل التي يبلغ قطرها 200 بوصة مصنوعة من زجاج البوروسيليكات. [ 21 ]
يُعد زجاج Schott BK-7 (أو ما يُعادله من شركات أخرى، مثل زجاج التاج الصيني K9 ) الزجاج البصري الأكثر استخدامًا في صناعة عدسات الأجهزة، وهو زجاج تاجي من البوروسيليكات عالي الجودة . [ 22 ] ويُعرف أيضًا بالزجاج 517642 نسبةً إلى معامل انكساره البالغ 1.517 ورقم آبي 64.2 . وتُستخدم أنواع أخرى من زجاج البوروسيليكات الأقل تكلفة، مثل Schott B270 أو ما يُعادله، في صناعة عدسات النظارات " ذات الزجاج التاجي ".
لا يُمكن استخدام زجاج البوروسيليكات العادي منخفض التكلفة، كالمستخدم في صناعة أدوات المطبخ وحتى مرايا التلسكوب العاكسة، في صناعة العدسات عالية الجودة نظرًا لوجود خطوط وشوائب شائعة في الأنواع الأقل جودة من هذا الزجاج. تبلغ درجة حرارة التشغيل القصوى 268 درجة مئوية (514 درجة فهرنهايت) . وبينما يتحول إلى سائل بدءًا من 288 درجة مئوية (550 درجة فهرنهايت) (قبل أن يصبح شديد السخونة)، فإنه لا يُمكن تشكيله إلا عند تجاوزه 538 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت) . هذا يعني أنه لإنتاج هذا الزجاج صناعيًا، يجب استخدام مشاعل الأكسجين/الوقود. وقد استعار نافخو الزجاج تقنيات وأساليب من اللحامين.
النماذج الأولية السريعة
أصبح زجاج البوروسيليكات المادة المفضلة لألواح الطباعة بتقنية الترسيب المنصهر (FDM) أو تصنيع الخيوط المنصهرة (FFF). [ 23 ] معامل تمدده المنخفض يجعل زجاج البوروسيليكات، عند استخدامه مع ألواح ووسادات التسخين المقاوم، مادة مثالية لمنصة الطباعة الساخنة التي تُبثق عليها المواد البلاستيكية طبقة تلو الأخرى.
يجب وضع الطبقة الأولى من المادة المراد طباعتها على سطح مستوٍ وساخن لتقليل انكماش بعض مواد الطباعة ( مثل ABS ، والبولي كربونات ، والبولي أميد ، وغيرها) نتيجة التبريد بعد الترسيب. وبحسب المادة المستخدمة، ستتغير درجة حرارة لوحة الطباعة من درجة حرارة الغرفة إلى ما بين 50 و130 درجة مئوية (122 و266 درجة فهرنهايت) لكل نموذج أولي يتم طباعته. تضمن درجة الحرارة، بالإضافة إلى استخدام مواد طلاء مختلفة ( مثل شريط كابتون ، وشريط لاصق للدهان، ومثبت الشعر، وعصا الغراء، ومعجون ABS مع الأسيتون، وغيرها)، التصاق الطبقة الأولى باللوحة وثباتها عليها دون تشوه، أثناء تبريدها والطبقات اللاحقة بعد عملية البثق.
بعد الانتهاء من عملية الطباعة، تُترك عناصر التسخين واللوحة لتبرد. يُسهم الإجهاد المتبقي الناتج عن انكماش البلاستيك أثناء التبريد، بينما يبقى الزجاج ثابت الأبعاد نسبيًا نظرًا لانخفاض معامل التمدد الحراري ، في تسهيل إزالة البلاستيك الملتصق ميكانيكيًا بلوحة الطباعة. في بعض الحالات، تنفصل الأجزاء تلقائيًا عندما تتغلب الإجهادات المتولدة على قوة الالتصاق بين مادة الطباعة ومادة الطلاء واللوحة الأساسية.
آخر
تُصنع سخانات أحواض السمك أحيانًا من زجاج البوروسيليكات. وبفضل مقاومته العالية للحرارة، يمكنه تحمل فرق درجة الحرارة الكبير بين الماء وعنصر التسخين المصنوع من النيكروم .
يمكن صنع أنابيب تدخين زجاجية خاصة للقنب والتبغ من زجاج البوروسيليكات. وتجعل مقاومته العالية للحرارة هذه الأنابيب أكثر متانة. كما توزع بعض منظمات الحد من الأضرار أنابيب بوروسيليكات مخصصة لتدخين الكوكايين ، لأن مقاومته للحرارة تمنع الزجاج من التشقق، مما قد يسبب جروحًا وحروقًا يمكن أن تنقل التهاب الكبد الوبائي سي . [ 24 ]
معظم شرائح الجيتار الزجاجية الجاهزة مصنوعة من زجاج البوروسيليكات.
يعتبر البوروسيليكات أيضًا مادة مفضلة لتكنولوجيا الطاقة الشمسية الحرارية ذات الأنابيب المفرغة نظرًا لقوته العالية ومقاومته للحرارة.
تُغطى بلاطات الحماية الحرارية على مكوك الفضاء ومركبة ستار شيب التابعة لشركة سبيس إكس بزجاج البوروسيليكات. [ 25 ]
تُستخدم زجاجيات البوروسيليكات لتثبيت النفايات المشعة والتخلص منها . في معظم البلدان، دُمجت النفايات المشعة عالية المستوى في أشكال زجاجية من البوروسيليكات القلوية أو الفوسفاتية لسنوات عديدة؛ فالتزجيج تقنية راسخة. [ 26 ]
يُعدّ التزجيج طريقة تثبيت جذابة للغاية نظرًا للمتانة الكيميائية العالية للمنتج الزجاجي المُزجّج. فمقاومة الزجاج الكيميائية تسمح له بالبقاء في بيئة أكالة لآلاف أو حتى ملايين السنين.
تُستخدم أنابيب زجاج البوروسيليكات في فوهات شعلات لحام TIG المتخصصة بدلاً من فوهات الألومينا القياسية . وهذا يسمح برؤية واضحة للقوس الكهربائي في الحالات التي تكون فيها الرؤية محدودة.
الأسماء التجارية
يُعرض زجاج البوروسيليكات بتراكيب مختلفة قليلاً تحت أسماء تجارية مختلفة:
- زجاج بوروفلوت من شركة شوت إيه جي ، وهو زجاج بوروسيليكات، يتم إنتاجه كزجاج مسطح في عملية التعويم .
- مادة البوروسيل ، التي تصنعها الشركة التي تحمل الاسم نفسه، تُستخدم في صناعة الأواني الزجاجية المختبرية وأدوات المطبخ القابلة للاستخدام في الميكروويف في الهند.
- زجاج BK7 من شركة Schott، وهو زجاج بوروسيليكات عالي النقاء. يُستخدم بشكل أساسي في العدسات والمرايا لأجهزة الليزر والكاميرات والتلسكوبات.
- دوران من مجموعة دوران ، على غرار بايركس أو سيماكس أو جينير جلاس.
- زجاج بايركس بوروسيليكات من كورنينج
- فيولاكس من شركة شوت، تستخدم بشكل رئيسي في صناعة الحاويات للتطبيقات الصيدلانية.
- شركة Ilmabor التابعة لشركة TGI (التي أعلنت إفلاسها عام 2014)، وتستخدم بشكل رئيسي للحاويات والمعدات في المختبرات والطب.
- جينير جلاس من شركة Zwiesel Kristallglas ، شركة Schott AG سابقًا. تستخدم بشكل رئيسي لأدوات المطبخ.
- كيماكس هي علامة تجارية للأواني الزجاجية المصنوعة من زجاج البوروسيليكات من شركة كيمبل
- شركة يونايتد ساينتيفيك، مصنّعة وموزّعة للأواني الزجاجية المختبرية
- Rasotherm من شركة VEB Jenaer Glaswerk Schott & Genossen للزجاج التقني
- شركة سيماكس من شركة كافالييرجلاس، التشيك، تنتج منتجاتها لكل من أسواق المختبرات والمستهلكين.
- شركة سوبرتك، وهي شركة مصنعة لمعدات المختبرات العلمية والأواني الزجاجية.
- زجاج ويلو هو زجاج بوروسيليكات رقيق ومرن وخالٍ من القلويات من إنتاج شركة كورنينج.
- بوروكس هي علامة تجارية لزجاجات الشرب المصنوعة من زجاج البوروسيليكات.
- إندورال هو اسم تجاري لشركة هولوفان
جسيمات نانوية من البوروسيليكات
كان يُعتقد في البداية أنه لا يمكن تشكيل زجاج البوروسيليكات إلى جسيمات نانوية ، نظرًا لأن وجود طليعة أكسيد البورون غير المستقرة سيحول دون تشكيل هذه الأشكال بنجاح. مع ذلك، في عام 2008، نجح فريق من الباحثين من المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان في تكوين جسيمات نانوية من البوروسيليكات يتراوح قطرها بين 100 و500 نانومتر . وقد شكّل الباحثون هلامًا من رباعي إيثيل أورثوسيليكات وثلاثي ميثوكسي بوركسين. عند تعريض هذا الهلام للماء في ظروف مناسبة، يحدث تفاعل ديناميكي ينتج عنه الجسيمات النانوية. [ 27 ]
في صناعة الزجاج
يُستخدم زجاج البوروسيليكات (أو "البورو" كما يُطلق عليه غالبًا) على نطاق واسع في عملية نفخ الزجاج ؛ حيث يستخدم صانع الزجاج موقدًا خاصًا لصهر الزجاج وتشكيله، مستعينًا بمجموعة متنوعة من الأدوات المعدنية والجرافيتية . يُشار إلى زجاج البوروسيليكات باسم "الزجاج الصلب"، ويتميز بنقطة انصهار أعلى (حوالي 1648 درجة مئوية) من "الزجاج اللين"، الذي يُفضله صانعو الخرز في نفخ الزجاج. يتوفر الزجاج الخام المستخدم في نفخ الزجاج على شكل قضبان زجاجية للأعمال المصمتة وأنابيب زجاجية للأعمال المجوفة، بالإضافة إلى الأوعية والحاويات.
تُستخدم تقنية النفخ الزجاجي لصنع أجهزة علمية معقدة ومخصصة؛ إذ تمتلك معظم الجامعات الكبرى ورشةً متخصصةً في هذه التقنية لتصنيع وإصلاح أدواتها الزجاجية. يتطلب هذا النوع من "النفخ الزجاجي العلمي" دقةً متناهيةً في المواصفات، ومهارةً عاليةً في العمل، وقدرةٍ على العمل بدقةٍ متناهية. كما تُمارس هذه التقنية كفن، ومن بين المنتجات الشائعة التي تُصنع منها: الكؤوس، وأثقال الورق، والأنابيب، والمعلقات، والتركيبات الفنية، والتماثيل.
في عام ١٩٦٨، جلب عالم المعادن الإنجليزي جون بيرتون هوايته في مزج أكاسيد المعادن يدويًا مع زجاج البوروسيليكات إلى لوس أنجلوس. أنشأ بيرتون ورشة عمل للزجاج في كلية بيبردين، بإشراف المدربة مارغريت يود. اكتشف بعض الطلاب في هذه الورش، بمن فيهم سويلين فاولر، أن مزيجًا محددًا من الأكاسيد يُنتج زجاجًا يتغير لونه من الكهرماني إلى البنفسجي والأزرق، تبعًا للحرارة وظروف اللهب.
شارك فاولر هذه التركيبة مع بول تراوتمان، الذي ابتكر أولى وصفات زجاج البوروسيليكات الملون بكميات صغيرة. ثم أسس شركة نورث ستار غلاس ووركس في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، وهو أول مصنع مخصص حصريًا لإنتاج قضبان وأنابيب زجاج البوروسيليكات الملون لاستخدامها من قبل الفنانين في فن الحرق باللهب. كما طور تراوتمان التقنيات والتكنولوجيا اللازمة لصنع زجاج البوروسيليكات الملون بكميات صغيرة، والتي تستخدمها العديد من الشركات المماثلة. [ 28 ]
صناعة الخرز
في السنوات الأخيرة ، ومع عودة تقنية النفخ الزجاجي لصناعة الخرز الزجاجي اليدوي، أصبح زجاج البوروسيليكات مادة شائعة في العديد من ورش فناني الزجاج. يتوفر زجاج البوروسيليكات لصناعة الخرز على شكل قضبان رفيعة تشبه أقلام الرصاص. وتُعدّ شركات Glass Alchemy وTrautman Art Glass وNorthstar من أشهر الشركات المصنعة، مع وجود علامات تجارية أخرى متاحة.
تُضفي المعادن المستخدمة في تلوين زجاج البوروسيليكات، وخاصة الفضة، جمالًا أخاذًا ونتائج غير متوقعة عند صهرها في لهب موقد غاز الأكسجين. ولأن زجاج البوروسيليكات أكثر مقاومة للصدمات وأقوى من الزجاج اللين، فهو مناسب جدًا لصناعة الغليون، بالإضافة إلى نحت الأشكال وصنع الخرز الكبير. أما الأدوات المستخدمة في صناعة خرز زجاج البوروسيليكات فهي نفسها المستخدمة في صناعة خرز الزجاج من الزجاج اللين.
مراجع
- ↑ "زجاج البوروسيليكات مقابل الزجاج العادي: أيهما أفضل؟" . بوروتك. 29 مارس 2025. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 فبراير 2026 .
- 1 2 براندت، آر سي؛ مارتنز، آر آي (سبتمبر 2012)، "تحطيم أواني الطبخ الزجاجية" ، نشرة جمعية السيراميك الأمريكية ، جمعية السيراميك الأمريكية، مؤرشفة من الأصل في 10 مارس 2015
- 1 2 "مصباح الصوديوم ذو الضغط المنخفض" .
- 1 2 "مصباح الصوديوم ذو الضغط المنخفض" .
- ↑ "مقارنة الإضاءة: مصابيح LED مقابل مصابيح الصوديوم عالية الضغط/مصابيح الصوديوم منخفضة الضغط" . www.stouchlighting.com
- ↑ "مصباح الصوديوم - كيف يعمل وتاريخه" . edisontechcenter.org .
- ↑ سبينوزا، إي دي؛ هوي، دي تي؛ بينيت، آر بي (1979). تقرير موجز عن الانبعاثات من صناعة تصنيع الزجاج . وكالة حماية البيئة، مكتب البحث والتطوير، [مكتب الطاقة والمعادن والصناعة]، مختبر أبحاث البيئة الصناعية.
- ↑ "بوروسيليكاتو" . refmexgl.com . مؤرشف من الأصل في 30 يونيو 2012. تم الاطلاع عليه في 2 نوفمبر 2012 .
- ↑ "علبة زجاجية لحفظ الطعام EasyClip سعة 700 مل - مريمية نوردية" (بالألمانية). شركة ميبال . 2024. مؤرشفة من الأصل في 23 مارس 2025. تم الاطلاع عليها في 23 مارس 2025 .
- ↑ وايسلر، جي إل (1979). فيزياء وتكنولوجيا الفراغ ( الطبعة الثانية). دار النشر الأكاديمية. ص 315. ISBN 978-0-12-475914-5.
- ↑ "Borosilikatglas BOROFLOAT® – Thermische Produkteigenschaften" . www.schott.com . شوت ايه جي. أرشفة من الأصلي في 1 سبتمبر 2018 . تم الاسترجاع في 31 أغسطس 2018 .
- ↑ "كل شيء عن الزجاج | متحف كورنينج للزجاج" . www.cmog.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 فبراير 2024. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2026 .
- ↑ ألديرمان، OLG (14 أكتوبر 2025). "تتبع تغير تنسيق البورون مع درجة الحرارة في مصهور زجاج بوروسيليكات الباريوم باستخدام حيود النيوترونات" . مجلة Physical Review Materials . 9 (10). doi : 10.1103/slv2-dtwz . ISSN 2475-9953 .
- 1 2 "النظارات التقنية" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 24 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أغسطس 2017 .
- ↑ بيريس، ريكاردو أ.؛ أبراهامز، إسحاق؛ نونيس، تيريزا ج.؛ هوكس، جيفري إي. (2009). "دور الألومينا في زجاج الألومينوبوروسيليكات لاستخدامه في أسمنت الأيونومر الزجاجي". مجلة كيمياء المواد . 19 (22): 3652. doi : 10.1039/B822285A .
- ^ ليما، MMRA؛ مونتيرو، RCC؛ غراسا، MPF. فيريرا دا سيلفا، إم جي (أكتوبر 2012). "الخصائص الهيكلية والكهربائية والحرارية لمركبات البورسليكات الزجاجية والألومينا". مجلة السبائك والمركبات . 538 : 66– 72. دوى : 10.1016/j.jallcom.2012.05.024 .
- ↑ وانانوروكساوونغ، ر.؛ جيناوات، س.؛ باديباتفوتيكول، ب.؛ واسانابيارنبونغ، ت. (2011). "تصنيع سيراميك لب الأسنان من نتريد السيليكون مع مادة قشرة من البوروسيليكات". سلسلة مؤتمرات IOP: علوم وهندسة المواد . 18 (19). Bibcode : 2011MS & E...18s2010W . doi : 10.1088/1757-899X/18/19/192010 .
- ↑ "StackPath" .
- ↑ https://www.microsoft.com/en-us/research/blog/project-silicas-advances-in-glass-storage-technology/
- ↑ إستس، آدم كلارك (16 مارس 2019). "الجدل الدائر حول زجاج بايركس الذي لا ينتهي" . جيزمودو . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 مارس 2019 .
- ↑ أنجيل، جيه آر بي (1988). "مرايا قرص العسل المصنوعة من زجاج البوروسيليكات بقطر 8 أمتار" . في: أولريش، ماري هيلين (محررة). وقائع مؤتمر المرصد الأوروبي الجنوبي حول التلسكوبات الكبيرة جدًا وأجهزتها، الذي عُقد في غارشينغ، 21-24 مارس 1988. المجلد 30. غارشينغ: المرصد الأوروبي الجنوبي. ص 281. رمز Bibcode : 1988ESOC...30..281A . تاريخ الاسترجاع: 14 فبراير 2021 .
- ↑ "زجاج بور-كراون من شركة شوت" . مؤرشف من الأصل في 5 يوليو 2017.
- ↑ رينولدز، شيلا (15 فبراير 2018). "مادة الشهر: زجاج البوروسيليكات" . سويفت جلاس . تم الاطلاع عليه في 5 أغسطس 2022 .
- ↑ "توزيع معدات تدخين الكوكايين بشكل أكثر أمانًا: إرشادات شاملة لأفضل الممارسات" . www.catie.ca . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 مايو 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 مايو 2018 .
- ↑ "نظام الحماية الحرارية لأنظمة مكوك الفضاء المداري" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 يوليو 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 يوليو 2009 .
- ↑ إم آي أوجوفان و دبليو إي لي. مقدمة في تثبيت النفايات النووية، إلسيفير، أمستردام، 315 صفحة. (2005)
- ↑ أخبار الكيمياء والهندسة ، المجلد 86، العدد 37، 15 سبتمبر 2008، "أصبح تصنيع جسيمات نانوية من البوروسيليكات ممكنًا الآن"، ص 35
- ↑ روبرت ميكلسن، "تاريخ صناعة الزجاج الفني بتقنية النفخ"، متحف الزجاج الإلكتروني، http://www.theglassmuseum.com/lampwork.html
روابط خارجية
تعريف زجاج البوروسيليكات في قاموس ويكشنري
الوسائط المتعلقة بزجاج البوروسيليكات على ويكيميديا كومنز
- تركيبات زجاجية
- مركبات البورون
- مواد شفافة
- تصنيع الخيوط المنصهرة
- مواد ذات تمدد حراري منخفض