كيف يتطور الإجهاد في مواد الكوارتز؟

1.الإجهاد الحراري أثناء التبريد (السبب الأساسي)

يطور زجاج الكوارتز إجهادًا داخليًا عند تعرضه لدرجات حرارة غير موحدة. في أي درجة حرارة معينة ، يعرض زجاج الكوارتز بنية ذرية محددة هي الأكثر "مناسبة" أو مستقرة في ظل تلك الظروف الحرارية. يتغير التباعد بين الذرات مع درجة الحرارة - ويعرف هذا بالتمدد الحراري. عندما يعاني زجاج الكوارتز من التدفئة أو التبريد غير المتكافئ ، يحدث التوسع التفاضلي.

عادة ما ينشأ الإجهاد عندما تحاول المناطق الأكثر سخونة التوسع ولكنها مقيدة بالمناطق الأكثر برودة. هذا ينتج عنهإجهاد الضغط، والتي عادة لا تلحق الضرر بالمنتج. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة بما يكفي لتليين زجاج الكوارتز ، فقد يتم تخفيف الإجهاد. لكن،إذا كانت عملية التبريد سريعة جدًا، تزداد لزوجة المادة بسرعة كبيرة ، ولا يمكن للهيكل الذري ضبط في الوقت المناسب لاستيعاب انخفاض درجة الحرارة. هذا يؤدي إلى تشكيلإجهاد الشد، والتي من المرجح أن تسبب أضرارًا هيكلية.

يزداد الإجهاد تدريجياً مع انخفاض درجة الحرارة ويمكن أن تصل إلى مستويات عالية بعد نهايات التبريد. في الواقع ، عندما تتجاوز لزوجة زجاج الكوارتز10^4.6 POISEيشار إلى درجة الحرارة باسمنقطة السلالة- في هذه المرحلة ، فإن اللزوجة مرتفعة للغاية بحيث لا يمكن أن يحدث استرخاء الإجهاد.

عادي>مشوه>

2.الإجهاد من انتقال الطور والاسترخاء الهيكلي

• الاسترخاء الهيكلي المنتشر: في الحالة المنصهرة ، يعرض الكوارتز ترتيبًا ذريًا مضطربًا للغاية. أثناء التبريد ، تحاول الذرات الانتقال نحو تكوين أكثر استقرارًا. ومع ذلك ، بسبب اللزوجة العالية للحالة الزجاجية ، فإن الحركة الذرية محدودة ، تاركة الهيكل في أحالة نادلة. هذا يولدإجهاد الاسترخاء، والتي يمكن إطلاقها ببطء مع مرور الوقت (كما لوحظ فيشيخوخةظاهرة في النظارات).

• ميل التبلور المجهري: إذا تم عقد الكوارتز المنصهر في نطاقات درجة حرارة محددة (على سبيل المثال ، بالقرب مندرجة حرارة الانحراف) ، قد يحدث التبلور المجهري (على سبيل المثال ، هطول الأمطار منالكريستوباليت المصغرة). يمكن أن يؤدي عدم تطابق الحجم بين المراحل البلورية والمتبلورةمرحلة الانتقال الإجهاد.

3.الأحمال الخارجية والإجراءات الميكانيكية

1) الإجهاد الناجم عن الآلات

يمكن أن تقدم المعالجة الميكانيكية مثل القطع والطحن والتلميعتشويه شعرية السطح، مما أدى إلىإجهاد الآلات. على سبيل المثال ، يولد القطع بعجلة الطحن الحرارة الموضعية والضغط الميكانيكي على الحافة ، مما يؤدي إلى تركيز الإجهاد. يمكن أن تخلق التقنيات غير السليمة أثناء الحفر أو الشريحة الشقوق التي تعملمواقع بدء الكراك.

2) تحميل الإجهاد في بيئات الخدمة

عند استخدامها كمواد هيكلية ، قد تتحمل الكوارتز تنصهرالأحمال الميكانيكيةمثل الضغط أو الانحناء ، وتوليدالإجهاد العياني. على سبيل المثال ، تتطور حاويات الكوارتز التي تحمل مواد ثقيلة.

4.الصدمة الحرارية وتغيرات درجة الحرارة المفاجئة

1) الإجهاد الفوري من التسخين السريع أو التبريد

على الرغم من أن الكوارتز ينصهر لديه معامل منخفض للغاية من التمدد الحراري (~ 0.5 × 10⁻⁶/درجة مئوية) ،تغيرات درجات الحرارة السريعة(على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي التدفئة من درجة حرارة الغرفة إلى درجات حرارة عالية أو غمر في الماء الجليدي)الإجهاد الحراري الفوري. الأواني الزجاجية المختبرية المصنوعة من الكوارتز قد تكسر تحت هذه الصدمات الحرارية.

2) تقلبات درجة الحرارة الدورية

تحتالبيئات الحرارية الدورية طويلة الأجل(على سبيل المثال ، بطانات الفرن أو النوافذ الضوئية ذات درجة الحرارة العالية) ، يمكن أن يتراكم التمدد الحراري المتكرر والانكماشالإجهاد التعب، تسريع شيخوخة المواد والتكسير.

5.التأثيرات الكيميائية واقتران الإجهاد

1) التآكل والتوضيح الإجهاد

عندما تتواصل الكوارتز المنصهرحلول قلوية قوية(على سبيل المثال ، هيدروكسيد الصوديوم) أوغازات حمضية عالية درجة الحرارة(على سبيل المثال ، HF) ، قد يخضع سطحهالتآكل الكيميائي أو الحل، تعطل التوحيد الهيكلي والتسببالإجهاد الكيميائي. يمكن أن يسبب هجوم القلوية تغييرات في حجم السطح أو شكلهاmicrocracks.

2) الإجهاد الناجم عن الأمراض القلبية الوعائية

فيترسيب البخار الكيميائي (CVD)العمليات ، طلاء الكوارتز مع مواد مثلكذاقد يقدمالإجهاد البينيبسبب عدم التطابق في معاملات التمدد الحراري أو المعامل المرن بين الفيلم والركيزة. عند التبريد ، قد يسبب هذا التوترفيلم delamination أو تكسير الركيزة.

6.العيوب والشوائب الداخلية

1) الفقاعات والشوائب المضمنة

أثناء الانصهار ، المتبقيةفقاعات الغازأوالشوائب(على سبيل المثال ، قد تصبح أيونات المعادن أو الجزيئات غير المليئة) محاصرة في الكوارتز تنصهر. يمكن أن يؤدي الاختلاف في الخواص الفيزيائية (على سبيل المثال ، معامل التمدد الحراري أو المعامل) بين هذه الادراج والزجاج المحيط بهتركيز الإجهاد الموضعيوزيادة خطرتشكيل الكراك حول الفقاعاتتحت الحمل.

2) microcracks والعيوب الهيكلية

يمكن أن تؤدي الشوائب في المواد الخام أو عيوب الذوبانmicrocracksفي الكوارتز. عندما تتعرض للأحمال الخارجية أو تقلبات درجة الحرارة ،تركيز الإجهاد في نصائح الكراكيمكن أن تكثف ، تسارعانتشار الكراكوفي نهاية المطاف المساومة على سلامة المواد.

منتجاتنا

​