1. Terminis įtempis aušinimo metu (pagrindinė priežastis)
Išlydytas kvarcas sukuria įtempį esant netolygioms temperatūros sąlygoms. Esant bet kuriai temperatūrai, išlydyto kvarco atominė struktūra pasiekia santykinai „optimalią“ erdvinę konfigūraciją. Keičiantis temperatūrai, atitinkamai keičiasi ir atomų išsidėstymas – šis reiškinys paprastai vadinamas terminiu plėtimusi. Kai išlydytas kvarcas yra netolygiai kaitinamas arba aušinamas, vyksta netolygus plėtimasis.
Terminis įtempis paprastai atsiranda, kai karštesnės sritys bando plėstis, bet yra suvaržytos aplinkinių šaltesnių zonų. Tai sukuria gniuždymo įtempį, kuris paprastai nesukelia žalos. Jei temperatūra yra pakankamai aukšta, kad stiklas suminkštėtų, įtempį galima sumažinti. Tačiau jei aušinimo greitis yra per didelis, klampumas greitai didėja, o vidinė atominė struktūra negali laiku prisitaikyti prie mažėjančios temperatūros. Dėl to atsiranda tempimo įtempis, kuris daug labiau linkęs sukelti lūžius ar gedimus.
Toks įtempis sustiprėja krintant temperatūrai ir aušinimo proceso pabaigoje pasiekia aukštą lygį. Temperatūra, kurioje kvarcinio stiklo klampumas pasiekia daugiau nei 10^4,6 puazų, vadinamadeformacijos taškasŠiuo metu medžiagos klampumas yra toks didelis, kad vidinis įtempis faktiškai užfiksuojamas ir nebegali išsisklaidyti.
2. Įtempis dėl fazinio virsmo ir struktūrinės relaksacijos
Metastabilus struktūrinis atsipalaidavimas:
Išlydytas kvarcas pasižymi labai netvarkinga atomų struktūra. Atvėsę atomai linkę relaksuotis link stabilesnės konfigūracijos. Tačiau didelis stiklinės būsenos klampumas trukdo atomų judėjimui, todėl susidaro metastabili vidinė struktūra ir atsiranda relaksacijos įtempis. Laikui bėgant šis įtempis gali lėtai išnykti – šis reiškinys žinomas kaipstiklo senėjimas.
Kristalizacijos tendencija:
Jei išlydytas kvarcas ilgą laiką laikomas tam tikrose temperatūrose (pavyzdžiui, artimoje kristalizacijos temperatūrai), gali vykti mikrokristalizacija, pavyzdžiui, iškristi kristobalito mikrokristalai. Dėl kristalinės ir amorfinės fazių tūrinio neatitikimo susidarofazinio virsmo įtempis.
3. Mechaninė apkrova ir išorinė jėga
1. Stresas dėl apdorojimo:
Mechaninės jėgos, veikiančios pjovimo, šlifavimo ar poliravimo metu, gali sukelti paviršiaus gardelės deformaciją ir apdirbimo įtempius. Pavyzdžiui, pjaunant šlifavimo disku, lokalizuota šiluma ir mechaninis slėgis krašte sukelia įtempių koncentraciją. Netinkami gręžimo ar griovelių gręžimo metodai gali sukelti įtempių koncentraciją įpjovose, kurios tampa įtrūkimų atsiradimo taškais.
2. Stresas dėl aptarnavimo sąlygų:
Kai naudojamas kaip konstrukcinė medžiaga, lydytas kvarcas gali patirti makrolygio įtempius dėl mechaninių apkrovų, tokių kaip slėgis ar lenkimas. Pavyzdžiui, kvarco stiklo indai gali patirti lenkimo įtempį, kai juose laikomas sunkus turinys.
4. Terminis šokas ir staigūs temperatūros svyravimai
1. Momentinis įtempis dėl greito kaitinimo / aušinimo:
Nors lydyto kvarco šiluminio plėtimosi koeficientas yra labai mažas (~0,5 × 10⁻⁶/°C), staigūs temperatūros pokyčiai (pvz., kaitinimas iš kambario temperatūros į aukštą temperatūrą arba panardinimas į ledinį vandenį) vis tiek gali sukelti staigius vietinius temperatūros gradientus. Šie gradientai sukelia staigų šiluminį plėtimąsi arba susitraukimą, dėl kurio atsiranda momentinis šiluminis įtempis. Dažnas pavyzdys yra laboratorinių kvarcinių indų įtrūkimai dėl šiluminio šoko.
2. Ciklinis terminis nuovargis:
Kai lydytas kvarcas yra veikiamas ilgalaikių, pasikartojančių temperatūros svyravimų, pavyzdžiui, krosnių pamušaluose ar aukštos temperatūros stebėjimo langeliuose, jis cikliškai plečiasi ir susitraukia. Dėl to kaupiasi nuovargio įtempiai, spartėja senėjimas ir atsiranda įtrūkimų rizika.
5. Chemiškai sukeltas stresas
1. Korozijos ir tirpimo įtempis:
Kai išlydytas kvarcas liečiasi su stipriais šarminiais tirpalais (pvz., NaOH) arba aukštos temperatūros rūgštinėmis dujomis (pvz., HF), atsiranda paviršiaus korozija ir tirpimas. Tai sutrikdo struktūros vienodumą ir sukelia cheminį įtempį. Pavyzdžiui, šarminė korozija gali sukelti paviršiaus tūrio pokyčius arba mikroįtrūkimų susidarymą.
2. ŠKL sukeltas stresas:
Cheminio garinimo nusodinimo (CVD) procesai, kurių metu dangos (pvz., SiC) nusodinamos ant lydyto kvarco, gali sukelti tarpsluoksninius įtempius dėl dviejų medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientų arba tamprumo modulių skirtumų. Aušinimo metu šie įtempiai gali sukelti dangos ar pagrindo delaminaciją arba įtrūkimus.
6. Vidiniai defektai ir priemaišos
1. Burbulai ir intarpai:
Lydymosi metu susidarę likę dujų burbuliukai arba priemaišos (pvz., metalo jonai arba neišlydytos dalelės) gali veikti kaip įtempių koncentratoriai. Šių intarpų ir stiklo matricos šiluminio plėtimosi arba elastingumo skirtumai sukuria lokalizuotą vidinį įtempį. Įtrūkimai dažnai prasideda šių defektų kraštuose.
2. Mikroįtrūkimai ir struktūriniai trūkumai:
Žaliavos priemaišos ar defektai arba lydymo proceso metu atsiradę defektai gali sukelti vidinius mikroįtrūkimus. Mechaninių apkrovų arba terminio ciklavimo metu įtempių koncentracija įtrūkimų viršūnėse gali skatinti įtrūkimų plitimą ir mažinti medžiagos vientisumą.
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 4 d.