熔融石英玻璃作為一種材料具有許多優點,但由于需要高溫,制造商經常避免使用它。然而,德國的研究人員現在已經使用注塑成型在低得多的溫度下生產出高質量的玻璃器皿。他們的技術可能具有顯著的技術、經濟和環境效益。
石英玻璃是已知最古老的材料之一,只需將二氧化硅顆粒加熱至熔化即可生產。它具有卓越的化學穩定性、光學透明度和耐用性。然而,在 20 世紀和 21 世紀,制造商越來越多地使用基于聚合物的產品,這些產品通常性能較差,已成為臭名昭著的環境污染物。一個原因是,許多聚合物可以通過注塑成型輕松成型——加熱材料直至其軟化,然后再將其注入預成型模具。這通常發生在 200–250?C。相比之下,石英玻璃在 2000?C 左右熔化。德國弗萊堡大學的 Frederik Kotz 解釋說,除了巨大的能源需求之外,“沒有太多的模具材料可以承受這些溫度”。
日常玻璃器皿通常含有額外的化學物質。 “我們添加蘇打水、鈣——很多類似的東西——來降低熔化溫度,”科茨說。 “但它也會影響熱穩定性、化學穩定性等特性。”在精密玻璃制造技術中,純石英玻璃通常在超高溫下生產,然后用氫氟酸等危險化學品進行蝕刻和火焰拋光以產生所需的形狀——盡管超高溫- 例如,用于光纖的純石英玻璃通常通過化學氣相沉積法生產。
一種潛在的替代方法是粉末注射成型:這種技術最初是在 1950 年代開發的,如今用于生產價值數十億英鎊的日常用品,從金屬扳手到陶瓷水槽,應有盡有。懸浮在液體粘合劑中的固體顆粒被注塑成所需的形狀并使其凝固。然后將所得物體放入烤箱中,使粘合劑蒸發,顆粒融合在一起——這一過程稱為燒結。幾個研究小組以前曾嘗試以這種方式生產玻璃器皿,但收效甚微。 “你通常會得到一塊白色的玻璃——它更像是一種陶瓷,”科茨說。
