Thuis · Nieuws · Industrie nieuws · Borosilicate Glass Properties Explained: Thermal, Chemical and Optical Performance
Borosilicate Glass Properties Explained: Thermal, Chemical and Optical Performance
Auteur: BeheerderDate: Sep 02,2026
Wanneer een laboratoriumtechnicus naar een bekerglas reikt om een geconcentreerde zuuroplossing te verwarmen, of wanneer een optisch ingenieur een substraat voor een precisielens selecteert, komt de keuze vaak neer op één materiaal: borosilicaatglas. De reputatie is gebaseerd op een combinatie van lage thermische uitzetting, hoge chemische bestendigheid en uitstekende optische transmissie. Deze eigenschappen zijn niet theoretisch; ze bepalen of het glas een thermische schok overleeft, bestand is tegen corrosie door agressieve chemicaliën of een helder beeld levert in veeleisende optische systemen.
Wat is borosilicaatglas?
Borosilicaatglas is een silicaatglas dat naast silica (SiO₂) ook boortrioxide (B₂O₃) als hoofdnetwerkvormer bevat. Een typische samenstelling bestaat uit ongeveer 70–80% SiO₂, 10–15% B₂O₃ en kleine hoeveelheden alkalimetaaloxiden zoals natriumoxide (Na₂O) en kaliumoxide (K₂O). De booratomen integreren in het silicanetwerk, waardoor de structuur wordt gewijzigd om een meer open opstelling te creëren die de thermische uitzetting vermindert terwijl de chemische stabiliteit behouden blijft.
De meest gebruikte industriële kwaliteit is borosilicaatglas 3.3, waarbij "3.3" de gemiddelde lineaire thermische uitzettingscoëfficiënt aangeeft: 3,3 × 10⁻⁶ K⁻¹. Deze kwaliteit is gedefinieerd in normen zoals DIN 52328 en ISO 3585 en wordt vaak gebruikt in laboratoriumglaswerk, farmaceutische verpakkingen, kookgerei en optische componenten. Voor een dieper inzicht in het productieproces, zie onze gids voor de productie van borosilicaatglas .
Kerneigenschappen van borosilicaatglas
De prestaties van borosilicaatglas in praktijktoepassingen komen voort uit verschillende belangrijke eigenschappen die samenwerken. Door deze kenmerken te begrijpen, kunnen ingenieurs en inkoopspecialisten het juiste materiaal voor elke toepassing selecteren.
Thermische eigenschappen
De bepalende eigenschap van borosilicaatglas is de lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Met een waarde van ongeveer 3,3 × 10⁻⁶ K⁻¹ is dit ongeveer een derde van die van natronkalkglas. Deze lage uitzetting betekent dat wanneer het glas snel wordt verwarmd of afgekoeld, het spanningsverschil tussen het oppervlak en de binnenkant laag blijft, waardoor het thermische schokken kan weerstaan zonder te barsten.
Volgens DIN ISO 718 is de thermische schokbestendigheid het temperatuurverschil tussen een verwarmd monster en een koudwaterbad waarbij 50% van de testmonsters bij snelle onderdompeling begint te barsten. Voor dunwandige borosilicaatbuizen zijn waarden rond de 220°C typisch, waarbij de wanddikte het resultaat aanzienlijk beïnvloedt. Als praktische regel raden fabrikanten aan om voor de meeste componenten een temperatuurverschil van 120°C niet te overschrijden.
Chemische duurzaamheid
Borosilicaatglas vertoont een uitstekende weerstand tegen water, neutrale en zure oplossingen, geconcentreerde zuren en zuurmengsels. In hydrolytische klassetests gedefinieerd door ISO 719 en ISO 695 behaalt borosilicaatglas 3.3 klasse 1, de hoogste beoordeling voor waterbestendigheid. Deze stabiliteit maakt het tot het voorkeursmateriaal voor farmaceutische ampullen, laboratoriumapparatuur en industriële apparatuur die met corrosieve stoffen moet omgaan.
Mechanische sterkte
Met een Young-modulus van ongeveer 64 GPa en een Poisson-verhouding van 0,20 biedt borosilicaatglas een goede mechanische stijfheid. Maar net als alle andere soorten glas is het bros en hangt de praktische sterkte sterk af van de oppervlaktekwaliteit, restspanning en de aanwezigheid van microdefecten. Voor optische precisiecomponenten zijn goed gloeien, slijpen en polijsten van cruciaal belang om de gespecificeerde sterkte en oppervlaktekwaliteit te bereiken.
Optische eigenschappen
Borosilicaatglas heeft een brekingsindex van ongeveer 1,473 bij 587,6 nm, lager dan typisch natronkalkglas bij 1,52. Deze lagere index vermindert oppervlaktereflecties en vereenvoudigt het optische ontwerp. In het ultraviolette, zichtbare en nabij-infrarode bereik biedt borosilicaatglas een uitstekende transmissie, waardoor het geschikt is voor ramen, lenzen, prisma's en substraten.
De lage dispersie van borosilicaatglas maakt het ook bruikbaar in achromatische lensassemblages, waar het kan worden gecombineerd met flintglas om chromatische aberratie te verminderen. Voor toepassingen die een hogere optische homogeniteit vereisen, zijn precisiekwaliteiten verkrijgbaar met strikte specificaties voor striae en brekingsindexuniformiteit.
Elektrische eigenschappen
De elektrische volumeweerstand van borosilicaatglas is ongeveer 10⁸ Ω·cm bij 250°C, en de diëlektrische constante bij 1 MHz is ongeveer 4,6. Deze eigenschappen maken het bruikbaar als isolatiemateriaal in hoogspanningsapparatuur en als substraat in elektronische componenten.
Borosilicaatglas versus natronkalkglas
Om de waarde van borosilicaatglas te kunnen waarderen, helpt het om het rechtstreeks te vergelijken met gewoon natronkalkglas, dat wordt gebruikt voor ramen, flessen en de meeste alledaagse glazen voorwerpen.
Vergelijkende eigenschappen van borosilicaatglas 3.3 en natronkalkglas
Eigendom
Borosilicaat 3.3
Natronkalk Glass
Thermische uitzettingscoëfficiënt (20–300°C)
3,3 × 10⁻⁶ K⁻¹
9,0 × 10⁻⁶ K⁻¹
Maximale kortstondige werktemperatuur
500°C
150°C
Thermische schokbestendigheid (dunwandig)
Tot 220°C
Ongeveer 40°C
Brekingsindex bij 587,6 nm
1.473
1.52
Chemische duurzaamheid (hydrolytische klasse)
Klasse 1 (ISO 719)
Klasse 3
Young's modulus
64 GPa
70 GPa
Uit de vergelijking blijkt dat borosilicaatglas de superieure keuze is voor toepassingen die thermische stabiliteit en chemische bestendigheid vereisen. Voor dagelijks gebruik waarbij de kosten de belangrijkste overweging zijn, kan natronkalkglas voldoende zijn. Maar voor laboratorium-, optische en industriële toepassingen is borosilicaatglas de standaard.
Families en kwaliteiten borosilicaatglas
Borosilicaatglazen zijn niet één enkel materiaal, maar een familie van composities. De belangrijkste families zijn:
Borosilicaatglas zonder aardalkalische aard: Deze hebben een laag aardalkalioxidegehalte en hoge B₂O₃-niveaus, waardoor ze minimale thermische uitzetting en een hoge elektrische weerstand bieden.
Aardalkalische borosilicaatglazen: Deze bevatten calcium- of magnesiumoxide, wat zorgt voor een hogere chemische weerstand en verbeterde mechanische sterkte.
Borosilicaatglazen met een hoog boraatgehalte: Met een verhoogd B₂O₃-gehalte vertonen deze glazen een bijzonder lage thermische uitzetting en worden ze gebruikt in precisie-optica en laboratoriumtoepassingen.
Bij de vervaardiging van optische componenten wordt borosilicaatglas in gegloeide vorm geleverd en kan het worden gepolijst tot optische kwaliteit. Kroonglasformuleringen zoals K9 en BK7 behoren tot de borosilicaatfamilie en worden veel gebruikt in optische systemen.
Wanneer u een kwaliteit voor optisch gebruik selecteert, controleer dan of de gespecificeerde transmissie, brekingsindextolerantie en thermische uitzetting overeenkomen met aangrenzende materialen in het samenstel.
Toepassingen van borosilicaatglas
De unieke combinatie van eigenschappen heeft van borosilicaatglas een voorkeursmateriaal gemaakt in meerdere industrieën:
Laboratoriumglaswerk: Bekers, kolven, reageerbuizen en pipetten, waarbij chemische en thermische bestendigheid essentieel zijn.
Farmaceutische verpakkingen: Ampullen en injectieflacons, waarbij hydrolytische resistentie besmetting van medicijnen voorkomt.
Elektronica: Isolerende substraten en afdichtingsmiddelen in halfgeleiders en hoogspanningsapparatuur.
Kookgerei: Ovenveilige schalen en maatbekers die thermische cycli overleven.
Optiek: Lenselementen, prisma's, vensters en filters in beeldvormingssystemen, wetenschappelijke instrumenten en verlichting.
In de optische industrie wordt borosilicaatglas vaak gebruikt voor componenten die een breed spectrum moeten doorlaten en tegelijkertijd thermische cycli moeten kunnen weerstaan.
Het materiaal komt ook voor in glasvezel, omgevingssensoren en verlichtingstoepassingen waar betrouwbaarheid onder extreme omstandigheden vereist is.
Hoe u het juiste borosilicaatglas selecteert
Houd bij het kiezen van borosilicaatglas voor uw toepassing rekening met deze praktische factoren:
Controleer de thermische uitzettingscoëfficiënt en stem deze af op aangrenzende materialen voor afdichtingen en verbindingen.
Beoordeel de blootstelling aan chemicaliën en kies de juiste hydrolytische klasse voor de beoogde omgeving.
Beoordeel de optische vereisten, specificeer de transmissie, de homogeniteit van de brekingsindex en de oppervlaktekwaliteit.
Houd rekening met het risico op thermische schokken en bepaal het maximale temperatuurverschil waarmee het onderdeel te maken krijgt.
Evalueer de kosten versus de prestaties, waarbij u de materiaalkwaliteit afweegt tegen de eisen van de toepassing.
Voor optische toepassingen heeft de keuze van het substraatmateriaal rechtstreeks invloed op de systeemprestaties. Borosilicaatglas wordt vaak geselecteerd vanwege de uitgebalanceerde combinatie van thermische en optische eigenschappen. Als u hulp nodig heeft bij de materiaalkeuze, kan ons team van Nantong Xiangyang Optical Element Co., Ltd. u helpen bij het evalueren van uw vereisten. Neem contact met ons op voor een gedetailleerd advies.
Veelgestelde vragen over de eigenschappen van borosilicaatglas
Wat is het verschil tussen borosilicaatglas en gewoon glas?
Borosilicaatglas bevat booroxide, waardoor het een thermische uitzetting heeft van 3,3 × 10⁻⁶ K⁻¹ vergeleken met 9,0 × 10⁻⁶ K⁻¹ voor gewoon natronkalkglas. Dit maakt het ongeveer drie keer beter bestand tegen thermische schokken dan gewoon glas.
Kan borosilicaatglas bestand zijn tegen hoge temperaturen?
Ja, borosilicaatglas 3.3 heeft een maximale korte werktemperatuur van 500°C. Dit maakt het geschikt voor laboratoriumverwarmings- en kooktoepassingen waarbij herhaalde thermische cycli optreden.
Waarom heeft borosilicaatglas een lage thermische uitzetting?
De booratomen in het glasnetwerk creëren een meer open Si-O-B-structuur vergeleken met puur silica. Dit vermindert de mobiliteit van het netwerk en onderdrukt de thermische uitzetting. Daarom is borosilicaatglas bestand tegen scheuren bij snelle temperatuurveranderingen.
Is borosilicaatglas bestand tegen chemische corrosie?
Ja, het heeft een hydrolytische klasse 1-classificatie volgens ISO 719, waardoor het bestand is tegen water, zuren en veel agressieve chemicaliën. Het wordt veel gebruikt in farmaceutische verpakkingen en chemische verwerkingsapparatuur.
Hoe wordt borosilicaatglas gebruikt in optische toepassingen?
Borosilicaatglas wordt gebruikt als substraat voor lenzen, prisma's en optische filters. Met een transmissie van ongeveer 90% in het zichtbare bereik en een lage thermische uitzetting, blijven de optische prestaties behouden bij temperatuurschommelingen.
Kan borosilicaatglas worden gepolijst voor precisie-optiek?
Ja, borosilicaatglas kan worden gepolijst tot optische kwaliteit. Met het juiste uitgloeien en nauwkeurig polijsten kan het een oppervlaktenauwkeurigheid bereiken tot Lambda/10 met een lage oppervlakteruwheid, waardoor het geschikt is voor optische componenten met hoge precisie.
