Siz belə bir vəziyyətlə qarşılaşmışmısanız: görünüşdə mükəmməl olan, düşməmiş və aşkar xarici qüvvələrə məruz qalmamış kvartş şüşə parçası aniden öz-özünə çatlamışdır? Bu hadisənin əsas səbəbi görünməz və toxunulmaz bir qüvvədir — daxili gərginlik.
Kvartş şüşənin "daxili gərginliyi" nədir?
Daxili gərginlik, kvarts şüşəsindəki atomlar və ya molekullar tarazsız vəziyyətdə olduqda yaranan elastik deformasiya enerjisini ifadə edir. Bunu başa düşmək üçün əvvəlcə kvarts şüşəsinin təbiətini başa düşmək lazımdır. O, silisium dioksidindən (SiO₂) ibarətdir, lakin təbiətdə müntəzəm düzülüşlü kvarts kristallarından fərqli olaraq, onun atom şəbəkəsi qeyri-müntəzəm vəziyyətdədir — silisium və oksigen atomları dördbucaqlılar əmələ gətirdikdən sonra bir-birlərinə birləşmə üsulları uzunmüddətli periodikliyə malik deyil. Bu qeyri-müntəzəm quruluş yüksək şəffaflıq, aşağı istilik genişlənmə əmsalı və çox güclü kimyəvi sabitlik xüsusiyyətlərini verir, lakin eyni zamanda gərginliyin materialın daxilinə daha asan gizlənməsinə səbəb olur. Mikroskopik hissəciklər bir-birlərini çəkdiyi və itələdiyi zaman tarazlıq vəziyyətində, lakin gərgin olan daxili qüvvə yaranır. Bu qüvvə adətən görünmür, lakin müəyyən şəraitdə azad olunduqda şüşəni anında parçalaya bilər. Bu gərginliklər materialın daxilində kiçik və bərabərsiz deformasiyalar yaradır ki, bu da bütün şüşə parçasının möhkəmliyini, optik bircinsliyini və istilik sabitliyini təsir edir.
Stress haradan gəlir? Beş əsas mənbə
1. Termal stress
Bu, ən yayılmış növdür. Qvars şüşə qızdırıldıqda və ya soyudulduqda səthi ilə daxili hissəsi arasında temperatur fərqi yaranarsa, genişlənmə və ya daralma sürətləri fərqli olar. Məsələn, yüksək temperaturda emaldan sonra sürətli soyuma zamanı səth sürətlə sərtləşir və daralır, buna görə də daxili hissə hələ də yüksək temperaturda genişlənmə vəziyyətində qalır – beləliklə, daxili sıxılma gərginliyi yaranır və səthdə uzanma gərginliyi meydana gəlir. Bu hadisə müxtəlif məhsul formalarda müxtəlif şəkildə özünü göstərir: nazik qvars şüşə lövhəsi kiçik qalınlığı və böyük sahəsi səbəbindən termik gərginliyə xüsusi həssasdır və yüngül temperatur fərqi optik distorsiya yarada bilər; daha qalın qvars şüşə çubuğu isə radial istiqamətdə qalıq termik gərginliyə meyllidir və mərkəz ilə səth təbəqəsi arasındakı gərginlik fərqi tam anneylləşmə yolu ilə aradan qaldırılmalıdır; qvars şüşə borular üçün isə boru divarının daxili və xarici səthləri arasındakı temperatur fərqi gərginliyi əhəmiyyətli olur və borunun uzunluq istiqamətində bərabərsiz oxial gərginlik borunun əyilməsinə və ya uzununa çatlamasına səbəb ola bilər.
2.Mexaniki gərginlik
Emal gərginliyi: Kəsmə, cilalama və parlatma kimi mexaniki emal zamanı alətlərin tətbiq etdiyi təzyiq şüşə səthinin kristal qəfəsinə yüngül deformasiya verir və lokal plastik deformasiyaya səbəb olur. Məsələn, kvarts şüşə lövhələrini emal edərkən soyutma bərabərsiz olduqda, kənarlarda mikroçatlamalar yaranma ehtimalı yüksəkdir.
Montaj gərginliyi: Məsələn, sabitləmə üçün vidalardan istifadə edilərkən sıxma qüvvəsi çox güclü olarsa və ya dizaynda iti bucaqlar, qalın-qalın dəyişiklikləri və ya başqa oxşar xüsusiyyətlər varsa, gərginlik cəmləşə bilər və zəif nöqtəyə çevrilə bilər.
3.Faza çevrilməsi gərginliyi
Kvarz şüşəsi uzun müddət 1100℃-dən yuxarı temperaturda qızdırıldıqda bəzi sahələr kristallaşmağa başlaya bilər. Kristallar və şüşənin istilik genişlənmə əmsalları fərqli olduğu üçün təkrarlanan qızdırma və soyuma prosesləri bu fərqi postepen olaraq gərginlik kimi yığıb səthdə soyulma və ya çatlar əmələ gətirə bilər. Ağ kvarz şüşəsi (ağ kvarz çubuqları və ağ kvarz lövhələri daxil olmaqla) içindəki kiçik püskürmələr və ya silisium dioksid kristal sərhədlərinin işıq saçması nəticəsində ağ rəngdə görünür. O, özü üzərində yaxşı infraqırmızı əks etdirici xüsusiyyətlərə malikdir, lakin püskürmələrin mövcudluğu onu gərginlik konsentrasiyası üçün həssas bir material edir. Buna görə də onun emalı zamanı daha yumşaq emal üsullarından istifadə edilməlidir. Əksinə, mat kvarz şüşəsinin porozluq dərəcəsi daha yüksəkdir və əsasən yüksək temperaturda işləyən peçlərin döşəmə və ya izolyasiya komponentləri kimi istifadə olunur; lakin qalıq istilik gərginliyi porsuz sahələrin kənarlarında toplanmağa meyllidir və yerli soyulmaya səbəb olur.
4.Kimyəvi gərginlik
Səth turşular və qələvilər tərəfindən korroziyaya məruz qaldıqda və ya ion mübadiləsi keçirdikdə həcmin dəyişmələri bərabər olmur, nəticədə səthdə gərginlik yaranır. Məsələn, istilik emalından sonra kvarts şüşə borunun səthində qalan ağ oksidlər tamamilə silinmədikdə, qalıq kimyəvi maddələr gizli kimyəvi gərginliyə səbəb ola bilər və bu da gələcəkdə çatlamalara gətirib çıxara bilər.
5.Daxili nasazlıqlar və qatışqılar
Ərimə prosesi zamanı qalıq püskürmələr, metal ionları və ya mikroçatlamaqlar mövcud ola bilər. Onların termiki genişlənmə əmsalı və elastiklik modulu kimi fiziki xüsusiyyətləri ətrafdakı şüşə ilə fərqləndiyi üçün onlar gərginlik konsentrasiyasının başlanğıcı rolunu oynaya bilər və çatların yayılmasını sürətləndirə bilər.
Daxili gərginliyi necə aradan qaldırmaq və ya nəzarət etmək olar?
Sənayedə daxili gərginliklə mübarizə aparmaq üçün əsas üsul temperləmədir: kvarts şüşəni müəyyən bir temperaturda (adətən 1000°C-dən yuxarı) qızdırın, sonra atomların aşağı gərginlikli vəziyyətə yerləşməsi üçün kifayət qədər vaxt verərək yavaş-yavaş soyudun. Temperləmə sobası demək olar ki, hər bir kvarts şüşə istehsalat müəssisəsi üçün zəruri avadanlıqdır. Fərqli formalı məhsullar üçün temperləmə prosesini xüsusi olaraq tənzimləmək lazımdır: kvarts şüşə çubuğunun diametri nə qədər böyük olarsa, temperləmə müddəti bir o qədər uzun olmalıdır; kvarts şüşə lövhələri üçün isə bükülməni qarşısını almaq üçün xüsusilə bərabər temperatur sahəsi tələb olunur.
Bununla yanaşı, düzgün dizayn da gərginliyi azalda bilər: sürətli soyuma və qızma hadisələrindən çəkinmək, emal zamanı bərabər soyuma rejimini saxlamaq, montaj zamanı genişlənmə boşluqları buraxmaq və istifadəyə verilməzdən əvvəl səthi korroziya və xətlərdən diqqətlə yoxlamaq.
Nəticə
Kvarz şüşənin spontan çatlaması aydın elmi izahı var — müəyyən şəraitdə daxili gərginliyin azalması. Kvarz şüşə vərəqlərinin müstəvilikdən ağ kvarz çubuqlarının isti şok dayanıqlılığına, kvarz şüşə borularının şaquliyyətindən mat kvarz lövhələrin soyulmaya qarşı davamlılığına qədər gərginlik anlayışı materialların sabitliyini başa düşmək üçün birinci addımdır.
EN
