Hoe ontstaat stress in kwartsmaterialen?

Hoe ontwikkelt stress zich in kwartsmaterialen?

1.Thermische spanning tijdens het koelen (primaire oorzaak)

Quartz-glas ontwikkelt interne stress bij blootstelling aan niet-uniforme temperaturen. Bij elke gegeven temperatuur vertoont kwartsglas een specifieke atoomstructuur die het meest "geschikt" of stabiel is onder die thermische omstandigheden. De afstand tussen atomen verandert met temperatuur - dit staat bekend als thermische expansie. Wanneer kwartsglas ongelijke verwarming of koeling ervaart, treedt differentiële expansie op.

Stress ontstaat meestal wanneer heter gebieden proberen uit te breiden, maar worden beperkt door omringende koelere gebieden. Dit resulteert inCompressieve stress, die het product meestal niet beschadigt. Als de temperatuur hoog genoeg is om het kwartsglas te verzachten, kan de spanning worden opgelucht. Echter,Als het koelproces te snel is, de viscositeit van het materiaal neemt te snel toe en de atoomstructuur kan zich niet in de tijd aanpassen om de temperatuurdaling op te vangen. Dit leidt tot de vorming vantrekspanning, die eerder structurele schade veroorzaakt.

Stress neemt geleidelijk toe naarmate de temperatuur daalt en kan hoge niveaus bereiken na het koelen van de uiteinden. In feite, wanneer de viscositeit van kwartsglas overschrijdt10^4.6 POISE, de temperatuur wordt despanningspunt- In deze fase is de viscositeit te hoog om ontspanning van stress op te treden.

Normaal>Vervormd>

2.Stress door faseovergang en structurele ontspanning

• Metastabiele structurele ontspanning: In de gesmolten toestand vertoont Quartz een zeer ongeordende atomaire opstelling. Tijdens het koelen proberen atomen over te schakelen naar een stabielere configuratie. Vanwege de hoge viscositeit van de glasachtige toestand is atomaire beweging echter beperkt, waardoor de structuur in eenmetastabiele toestand. Dit genereertOntspanningstress, die in de loop van de tijd langzaam kan worden vrijgegeven (zoals waargenomen in deverouderingfenomeen in bril).

• Microscopische kristallisatie neiging: Als gesmolten kwarts wordt gehouden op specifieke temperatuurbereiken (bijv.Devitrificatietemperatuur), microscopische kristallisatie kan optreden (bijv. neerslag vancristobalite microkristallen). De volume -mismatch tussen kristallijne en amorfe fasen kan inducerenFaseovergangsstress.

3.Externe belastingen en mechanische acties

1) Stress geïnduceerd tijdens het bewerken

Mechanische verwerking zoals snijden, slijpen en polijsten kunnen introducerenoppervlakte rooster vervorming, resulterend inBewerkingsstress. Snijden met een slijpwiel genereert bijvoorbeeld gelokaliseerde warmte en mechanische druk aan de rand, wat leidt tot spanningsconcentratie. Onjuiste technieken tijdens het boren of sleuven kunnen inkepingen creëren die handelen alsCrack -inwijdingsplaatsen.

2) Laad stress in serviceomgevingen

Bij gebruik als een structureel materiaal kan fused kwarts verdragenmechanische belastingenzoals druk of buigen, genererenmacroscopische stress. Quartz -containers met zware stoffen ontwikkelen bijvoorbeeld buigstress.

4.Thermische schok en plotselinge temperatuurveranderingen

1) Onmiddellijke spanning door snelle verwarming of koeling

Hoewel versmolten kwarts een extreem lage coëfficiënt van thermische expansie heeft (~ 0,5 x 10⁻⁶/° C),Snelle temperatuur verandert(bijv. Verwarming van kamertemperatuur tot hoge temperaturen of onderdompeling in ijswater) kan leiden tot gelokaliseerde thermische expansie of contractie, waardoorOnmiddellijke thermische spanning. Laboratoriumglaswerk gemaakt van kwarts kan breken onder dergelijke thermische schokken.

2) Cyclische temperatuurschommelingen

OnderCyclische thermische omgevingen op lange termijn(bijv. ovenbekledingen of optische ramen op hoge temperatuur), herhaalde thermische expansie en contractie kunnen zich ophopenVermoeidheidsstress, versnellende materiaalveroudering en kraken.

5.Chemische effecten en stresskoppeling

1) Corrosie- en ontbindingsstress

Wanneer gefuseerd kwarts in contact komenSterke alkalische oplossingen(bijv. NaOH) ofZure gassen op hoge temperatuur(bijv. HF), het oppervlak kan ondergaanchemische corrosie of oplossing, het verstoren van structurele uniformiteit en veroorzakenchemische stress. Alkalische aanval kan oppervlaktegevoerkleedwisselingen of vorm veroorzakenmicrocracks.

2) door CVD geïnduceerde stress

InChemische dampafzetting (CVD)processen, coatingkwarts met materialen zoalsSickan introducerengrensspanningvanwege mismatches in thermische expansiecoëfficiënten of elastische moduli tussen de film en het substraat. Bij koeling kan dergelijke stress veroorzakenFilm delaminatie of substraat kraken.

6.Interne defecten en onzuiverheden

1) Bubbels en ingebedde onzuiverheden

Tijdens het smelten, restgasbellenofonzuiverheden(bijv. Metaalionen of niet -geelde deeltjes) kunnen vast komen te zitten in gefuseerde kwarts. Het verschil in fysische eigenschappen (bijv. Thermische expansiecoëfficiënt of modulus) tussen deze insluitsels en het omliggende glas kan leiden totgelokaliseerde stressconcentratie, het verhogen van het risico opCrack -vorming rond bubbelsonder lading.

2) Microcracks en structurele defecten

Onzuiverheden in grondstoffen of smeltendefecten kunnen leiden totmicrocracksin de kwarts. Wanneer onderworpen aan externe belastingen of temperatuurschommelingen,Stressconcentratie bij scheurtipskan intensiveren, versnellenCrack propagatieen uiteindelijk de integriteit van het materiaal in gevaar brengen.

Onze producten

​