硼矽玻璃(borosilicate glass)
硼矽玻璃是你可以注入沸水、從烤箱端到檯面也不會裂的那種玻璃。鈉鈣玻璃隨溫度大幅脹縮,硼矽玻璃卻幾乎不動,因此驟然的溫度變化不會建立起震碎一般玻璃的應力。單憑這一項優點——低熱膨脹係數——就使它成為實驗室玻璃器皿、廚房烤皿,以及任何必須撐過熱震的玻璃的標準材料。它以 Pyrex、Duran 等商標販售。
名稱洩漏了訣竅:它在矽石中加入氧化硼 B2O3。硼本身就是網狀形成者,所以它不像蘇打那樣打斷網路,而是成為網路的一部分,以自己的氧三角形加入矽石骨架,讓玻璃維持高度相連。典型組成約為 80% SiO2、13% B2O3、4% Na2O 與 2% Al2O3,破壞網路的蘇打遠少於鈉鈣玻璃。由於網路大致保持完整,熱膨脹係數降到約 3.3 x 10^-6 每攝氏度,約為鈉鈣玻璃的三分之一。膨脹越少,不匹配應力越小,熱震阻抗就越好。
沒有東西是白得的。保持網路完整也讓玻璃保持高黏度,因此硼矽玻璃在更高的溫度才熔化與軟化,需要更熱的爐與更快的加工手法,製造成本因而更高。這筆成本對實驗器皿、藥用小瓶、高功率照明,以及望遠鏡鏡面所用的巨大澆鑄鏡坯而言值得付出,在那些用途裡,抵抗溫度起伏的尺寸穩定性就是一切。若要追求極致的低膨脹,就一路走到熔融矽石;硼矽玻璃是實用、負擔得起的中間地帶。
200 英寸的海爾望遠鏡鏡面正是為此以硼矽玻璃澆鑄:一面會隨夜間空氣變冷而變形的鏡子,會把每一顆星都模糊掉。低膨脹的硼矽玻璃在溫度飄移時仍保持曲面。同樣的性質放到廚房尺度,就是為什麼一只 Pyrex 烤皿能從熱烤箱端到涼檯面,而不會像鈉鈣皿那樣「叮」一聲裂開。
加入硼作為第二種網狀形成者,賦予硼矽玻璃低膨脹與抗熱震的能力。
並非所有標示 Pyrex 的現代廚房烤皿都是硼矽玻璃;有些是回火的鈉鈣玻璃,靠預應力而非低膨脹來抗熱震,在驟然的溫度變化下表現可能不同。