1. Термички стрес за време на ладење (примарна причина)
Фузираниот кварц генерира стрес под нерамномерни температурни услови. На која било дадена температура, атомската структура на фузиран кварц достигнува релативно „оптимална“ просторна конфигурација. Како што се менува температурата, атомското растојание се менува соодветно - феномен што најчесто се нарекува термичка експанзија. Кога фузираниот кварц се загрева или лади нерамномерно, се јавува нерамномерна експанзија.
Термичкиот стрес обично се јавува кога потоплите региони се обидуваат да се прошират, но се ограничени од околните постудени зони. Ова создава компресивен стрес, кој обично не предизвикува штета. Ако температурата е доволно висока за да го омекне стаклото, стресот може да се намали. Меѓутоа, ако брзината на ладење е пребрза, вискозитетот брзо се зголемува, а внатрешната атомска структура не може да се прилагоди навреме на намалувањето на температурата. Ова резултира со затегнувачки стрес, кој е многу поверојатно да предизвика фрактури или дефект.
Таквиот стрес се интензивира со опаѓањето на температурата, достигнувајќи високи нивоа на крајот од процесот на ладење. Температурата на која кварцното стакло достигнува вискозитет над 10^4,6 poise се нарекуваточка на напрегањеВо овој момент, вискозитетот на материјалот е толку висок што внатрешниот стрес ефикасно се заклучува и повеќе не може да се распрсне.
2. Стрес од фазна транзиција и структурна релаксација
Метастабилна структурна релаксација:
Во стопена состојба, стопениот кварц покажува многу неуреден атомски распоред. По ладењето, атомите имаат тенденција да се релаксираат кон постабилна конфигурација. Сепак, високиот вискозитет на стаклената состојба го попречува движењето на атомите, што резултира со метастабилна внатрешна структура и генерира стрес на релаксација. Со текот на времето, овој стрес може полека да се ослободи, феномен познат какостареење на стакло.
Тенденција за кристализација:
Ако стопениот кварц се држи во одредени температурни опсези (како што е близу до температурата на кристализација) подолги периоди, може да се појави микрокристализација - на пример, таложење на кристобалитни микрокристали. Волуметриската несовпаѓање помеѓу кристалните и аморфните фази создавастрес на фазен премин.
3. Механичко оптоварување и надворешна сила
1. Стрес од обработка:
Механичките сили што се применуваат за време на сечење, брусење или полирање можат да предизвикаат површинска дисторзија на решетката и стрес при обработка. На пример, за време на сечење со брусилно тркало, локализираната топлина и механичкиот притисок на работ предизвикуваат концентрација на стрес. Несоодветните техники при дупчење или пробивање може да доведат до концентрација на стрес на засеците, што служи како точки на иницијација на пукнатини.
2. Стрес од условите на работа:
Кога се користи како структурен материјал, стопениот кварц може да доживее макро-скален стрес поради механички оптоварувања како што се притисок или свиткување. На пример, кварцните стаклени садови може да развијат стрес на свиткување кога држат тешка содржина.
4. Термички шок и брзи флуктуации на температурата
1. Моментален стрес од брзо загревање/ладење:
Иако стопениот кварц има многу низок коефициент на термичка експанзија (~0,5×10⁻⁶/°C), брзите промени на температурата (на пр., загревање од собна температура на високи температури или потопување во ледена вода) сè уште можат да предизвикаат стрмни локални температурни градиенти. Овие градиенти резултираат со ненадејна термичка експанзија или контракција, создавајќи моментален термички стрес. Чест пример е фрактурирањето на лабораториски кварц поради термички шок.
2. Цикличен термички замор:
Кога е изложен на долготрајни, повторувачки температурни флуктуации - како на пример во облоги на печки или прозорци за гледање со висока температура - стопениот кварц претрпува циклична експанзија и контракција. Ова доведува до акумулација на стрес од замор, забрзување на стареењето и ризик од пукање.
5. Хемиски предизвикан стрес
1. Стрес од корозија и растворање:
Кога стопениот кварц ќе дојде во контакт со силни алкални раствори (на пр., NaOH) или кисели гасови на висока температура (на пр., HF), се јавува површинска корозија и растворање. Ова ја нарушува структурната униформност и предизвикува хемиски стрес. На пример, алкалната корозија може да доведе до промени во површинскиот волумен или формирање на микропукнатини.
2. Стрес предизвикан од кардиоваскуларни заболувања:
Процесите на хемиско таложење со пареа (CVD) при кои се таложат премази (на пр., SiC) врз стопен кварц можат да предизвикаат меѓуфазен стрес поради разлики во коефициентите на термичка експанзија или модулите на еластичност помеѓу двата материјали. За време на ладењето, овој стрес може да предизвика деламинација или пукање на премазот или подлогата.
6. Внатрешни дефекти и нечистотии
1. Меурчиња и инклузии:
Преостанатите гасни меурчиња или нечистотии (на пр., метални јони или нерастопени честички) внесени за време на топењето можат да послужат како концентратори на стрес. Разликите во термичката експанзија или еластичноста помеѓу овие инклузии и стаклената матрица создаваат локализиран внатрешен стрес. Пукнатините често се појавуваат на рабовите на овие несовршености.
2. Микропукнатини и структурни недостатоци:
Нечистотиите или недостатоците во суровината или од процесот на топење може да доведат до внатрешни микропукнатини. Под механички оптоварувања или термички циклуси, концентрацијата на стрес на врвовите на пукнатините може да го поттикне ширењето на пукнатините, намалувајќи го интегритетот на материјалот.
Време на објавување: 04.07.2025