石英ガラス
熱に強いガラスや、熱湯を注いでも割れにくいガラスといえば、一般的に耐熱ガラスが思い浮かぶと思います。では、なぜ熱湯を入れても割れにくいのか？そもそもなぜ熱が加わると割れてしまうのか不思議に思われる方も多いと思います。今回の記事では、そんな疑問点をわかりやすいようにまとめてみました。
耐熱ガラスの耐熱温度は？
耐熱ガラスの耐熱温度は、低いものでも約450℃、高いものだと1200℃くらいまで耐えられるものがあります。一般的なソーダガラスは常用使用温度で100℃、最高使用温度が380℃と言われているので、比較すると耐熱性が非常に高いことがわかります。詳しくは、記事の最後に代表的な耐熱ガラスを紹介しますのでそちらをご覧ください。
それでは、なぜガラスが割れてしますのか解説していきます。
ガラスが割れてしまう理由
ガラスが割れる原因は主に２つあります。
- 強い衝撃が加わった場合
- 急激な温度変化があった場合
上記の２つが基本的な原因です。今回は耐熱ガラスに関してなので、急激な温度変化があった場合についての例を挙げます。
急激な温度変化があった場合
ガラスに限らずどんな物質も、温度が上がると膨張し下がると収縮します。冷たいガラスコップに熱湯を注ぐと、内側のお湯が当たった面は膨張しますが、そと外側には熱が伝わりにくいので、すぐには膨張しません。そのため、ガラスの内側には膨張によって横に広がろうとする力が働き、外側はすぐには膨張しないので広がるのを押しとどめようとする力が働き、破損の原因となるのです。
耐熱ガラスが熱に強い理由
上記の原因から、熱による膨張が大きいもの=熱に弱く割れやすいガラスということになるので、熱による膨張が少ない=熱に強く割れにくいガラス=耐熱ガラスという結論になるのです。ではなぜ耐熱ガラスは強いのでしょうか？その理由は、ガラスにホウ素という物質を混ぜてあるからなんです。ホウ素は熱を加えると体積が小さくなる性質を持っています。そのため、ガラスの熱による膨張をホウ素が吸収し、膨張を抑えてくれているのです。
代表的な耐熱ガラス
ここからは代表的な耐熱ガラスを２つ紹介したいと思います。
テンパックス(低膨張ホウケイ酸塩ガラス)
- ホウ素が多く含まれるガラスでソーダガラス（一般的なガラス）の約1/3の膨張率
- 加工性、耐薬品性に優れており、石英ガラスと比べて安価に購入できる
- 風冷強化処理も可能で、耐圧、耐熱ともに要求される部分での使用が可能
- 耐熱温度は常用使用温度で約450℃、最高使用温度は約500℃、熱衝撃(急激な温度差)では約150℃
※板厚や条件により異なる
石英ガラス
- 純度の高い二酸化ケイ素からなるガラス
- ソーダガラス（一般的なガラス）の約1/16の膨張率で透明な素材の中で最も膨張率が低いものの一つ
- 耐熱温度は常用使用温度で約900℃、最高使用温度で約1000℃、熱衝撃(急激な温度差)では900℃
※板厚や条件により異なる
まとめ
いかがだったでしょうか。耐熱ガラスは、種類によって耐熱温度や特性がそれぞれ違いますので、用途に合わせて選ぶことが大切になってきます。今後もガラスの種類別で特長などを記事にしていく予定なので是非ご覧になってみて下さい。
