溶けない耐熱ガラスがどんな仕組みで作られているのか理解しましょう。

耐熱ガラスの仕組み

 

ガラスは熱に溶ける性質があり、製造工程では熱を加えることで材料を溶かして目的の形に形成しています。

 

電子レンジ

完成されたガラスも熱を加えれば再度溶ける構造ですが、電子レンジや焼却炉など覗き穴などに使われる耐熱ガラスは、なぜ熱を加えても溶けないのでしょうか?

 

耐熱ガラスの仕組みについて解説します。

 

 

必要なのは溶けない能力ではなく膨張・縮小しない能力

一般的な板ガラスは軟化温度が約730℃前後、融点を全成分を完全に溶融させる温度は約1200℃~1400℃前後です。

 

住宅の火事(全焼レベル)の場合は炎の温度は1000℃以上になりますが、板ガラスよりも熱に強い素材や厚みを持たせることでクリアできます。

 

一般的なガラス製造では1600℃の熱で溶かして混合させていますが、あくまでも材料を溶かすのに必要な温度で、溶けた状態で熱に強い物質を入れて固めれば、1000度になっても軟化させない耐熱性を確保できます。

 

耐熱ガラスに求められるのは溶けない性能だけではなく割れない性能です。

 

ガラスの割れる仕組み強い衝撃を加えた時急激な温度変化の2種類があります。

 

熱湯を注げるガラスもありますが、事前に冷凍庫で冷やしたグラスに熱湯を入れると高い可能性で割れてしまいます。

 

この現象を熱衝撃と呼び、ガラスの熱伝導度が小さいことで起こる現象です。

 

物質のほとんどは温度によって膨張や伸縮をします。
ガラスは一度形成されると、形状の変化に弱い特性があります。

 

特に片側だけ急激な温度変化が加わった場合は、片側は膨張しようとして、反対側は直接温度変化を受ける面に加えて熱伝導が少ないので、異なる変化をして耐え切れなくなって割れてしまいます。

 

耐熱ガラスは最低限の溶けにくくなる性能を確保しつつ、熱膨張の変化を小さくすることで耐熱性を確保しています。

 

具体的にはガラスにホウ素を混ぜることで温度変化しても膨張しにくい効果を得ています

 

耐熱ガラスは強度を求められる

 

熱衝撃に耐えられるガラスだけなら、ホウ素を混ぜるなど簡単に対処できて製造コストも安いです。しかし、耐熱性能を求められる場面では強い対衝撃性能も求められます

 

熱によって膨張を起こすのはガラスに限らず、ほぼ全てのもので起こります。

 

電子レンジで温め過ぎて食材が爆発を起こした経験は多くの方が持っているハズです。

 

高熱が発生する場面では、膨張による爆発や飛散などの衝撃が加わることが多く、ある程度の衝撃に耐えられるものにしないといけません。

 

そこで、ワイヤーを入れたり厚みのあるガラスにすることで耐熱ガラスは対衝撃性能を合わせもっています。

 

電子レンジ、焼却炉、ストーブなど耐熱ガラスの使われるものは、中の様子を確認できるためにガラス窓を用意しています。

 

ヒビが入って視界が遮られると意味がないので、割れないだけではなくヒビも入りにくい強化ガラスを使っています。

 

なお、通常の厚みや素材だけで衝撃強度を高めた強化ガラス膨張に弱くて通常のガラスよりも熱衝撃で割れやすいものが多いです。

 

耐熱ガラスは対衝撃性能を併せ持っていますが、衝撃への強さだけをアピールした強化ガラスは耐熱性能がありません。