新的注射成型技术使玻璃可以铸造成任何形状

熔融二氧化硅玻璃作为一种材料有很多好处，但由于所需的高温，制造商通常会避免使用它。然而，德国的研究人员现在已经用注射成型技术在低得多的温度下生产出了高质量的玻璃器皿。他们的技术可能具有重大的技术、经济和环境效益。

硅玻璃是已知的最古老的材料之一，它是通过加热二氧化硅颗粒直到它们融化而制成的。它具有显著的化学稳定性，光学清晰度和耐久性。然而，在20世纪和21世纪，制造商越来越多地使用基于聚合物的产品，这些产品通常性能较差，已经成为臭名昭著的环境污染物。原因之一是许多聚合物可以很容易地通过注射成型成型-加热材料直到其软化，然后注入预先成型的模具。这通常发生在200-250˚C。相比之下，二氧化硅玻璃在2000˚C左右熔化。除了巨大的能源需求，“没有太多的模具材料可以维持这样的温度”，解释道科孜弗雷德里克德国弗莱堡大学教授。

日常使用的玻璃器皿通常含有额外的化学物质。Kotz说:“我们加入苏打、钙等很多类似的东西来降低融化温度。”“但它也会影响热稳定性、化学稳定性等性能。“在精密玻璃制造技术中，纯硅玻璃通常是在超高温下生产的，然后用氢氟酸等危险化学物质蚀刻和火焰抛光，以产生所需的形状，尽管用于光纤的超纯硅玻璃通常是通过化学气相沉积生产的。”

一种潜在的替代方法是粉末注射成型技术:这项技术首次在20世纪50年代开发出来，今天用于生产价值数十亿英镑的日常用品，从金属扳手到陶瓷水槽。悬浮在液体粘合剂中的固体颗粒被注射成所需的形状，并允许凝固。然后将得到的物体放入烤箱，使粘合剂蒸发，颗粒融合在一起——这个过程称为烧结。几个研究小组此前曾尝试用这种方法生产玻璃器皿，但收效甚微。Kotz说:“你通常会得到一块白色的玻璃，而这更像是一块陶瓷。”

Kotz和他的同事决定尝试使用一种浓度极高的陶瓷纳米颗粒。这带来了一个挑战:“你可以在任何地方找到[陶瓷纳米颗粒]:在面霜中，在牙膏中——它们的作用是增稠剂，”Kotz解释道。当然，如果你想要一个非常高的分配量，这是没有帮助的。研究人员设计了一种方法，使这些颗粒在聚合粘合剂中溶剂化，产生一种可以注射成任何形状的液体。然后，在研究人员将材料加热到1300˚C之前，一些粘结剂被冲洗出来并回收。这就把剩余的粘结剂赶走了，导致纳米颗粒软化并融合。“这是一种热力学效应，”Kotz解释道，“它们距离足够近，表面积非常大，当你稍微降低它们的粘度时，它们就会通过一起移动来减少表面积。研究人员称，测量结果表明，无需进一步加工，就可以生产出科学质量的玻璃部件。

研究人员已经利用他们的技术生产出了数百公斤的材料，并正在努力实现数吨规模的生产。确切的节能效果尚不清楚，但研究人员确信超过40%。此外，Kotz说，玻璃的处理很容易。“眼镜是用沙子做的，你可以把它们磨回沙子。”

“注射成型为制造各种不同形状的玻璃制品提供了机会。约翰·毛罗。宾夕法尼亚州立大学教授。“然而，我们还需要更多的细节来了解这种新方法的真正潜力，并将所得玻璃制品的质量与行业标准的高纯度熔融二氧化硅产品进行比较。”此外，与传统的气相沉积和熔融-淬火技术相比，还需要做更多的工作来评估新方法的节能效果。”