Да ли сте икада наишли на такву ситуацију: наизглед безупречан комад кварц стакла, који није ни пао ни подвргнут очигледним спољним силама, који се изненада сам пукоће? Основни узрок ове појаве је невидљива и недистабилна сила - унутрашњи стрес.
Шта је "унутрашњи стрес" кварц стакла?
Унутрашњи стрес се односи на енергију еластичног напета која се ствара када су атоми или молекули унутар кварц стакла у неуравнотеженом стању. Да би се то разумело, прво треба да се разуме природа кварцовог стакла. Састављен је од силицијум диоксида (SiO2), али за разлику од редовно распоређених кварцних кристала у природи, његова атомска мрежа је у неординарном стању - након што атоми силицијума и атоми кисеоника формирају тетраедре, начин на који се повезују један са другим нема дуготра Ова нередљива структура доводи до високог прозорствености, ниског коефицијента топлотног ширења и изузетно јаке хемијске стабилности, али такође чини да је вероватније да је стрес скривен унутар. Када се микроскопске честице у њему повуку и гурају једни друге, формира се нека врста уравнотежене али и напете унутрашње силе. Ова сила је обично невидљива, али када се ослободи под одређеним условима, може учинити да се стакло одмах разбија. Ови напори узрокују ситне и неравномерне деформације унутар материјала, што заузврат утиче на чврстоћу, оптичку једнородност и топлотну стабилност целог ковала стакла.
Одакле долази стрес? Пет главних извора
1.Термални напор
Ово је најчешћи тип. Када се кварцско стакло загреје или хлади, ако постоји разлика у температури између површине и унутрашњости, стопе ширења или контракције ће бити различите. На пример, након брзог хлађења након обраде на високој температури - површина се брзо тврди и сузива, док унутрашњост остаје у стању експанзије на високој температури - тако се формира унутрашњи притиснички стрес, а површина формира натежан стрес. Овај феномен варира у различитим облицима производа: танки кварц стаклени листови, због своје мале дебљине и велике површине, посебно су осетљиви на топлотне напоре, а мала разлика у температури може довести до оптичког искривљења; док је дебљи кварц стаклени штап склона остатку топлот
2.Механичко оптерећење
Напреза за обраду: Током механичке обраде као што су сечење, брушење и полирање, притисак који врши алат изазива да кристална решетка стаклене површине претрпи мало искривљење, што резултира локалном пластичном деформацијом. На пример, ако је хлађење неједнако при обради кварцних стакла, на ивицама се често појављују микро пукотине.
Напреза за монтажу: На пример, када се користе вијаци за фиксацију, ако је сила за запртљавање превише јака, или ако постоје оштри углови, дебљи-тене варијације или друге такве карактеристике у дизајну, напреза се вероватно концентрише и постане слаба тачка.
3.Фазни трансформациони стрес
Када је кварц стакло дуго изложено високој температури изнад 1100 °C, нека подручја могу кристализовати. Због различитих коефицијента топлотне експанзије између кристала и стакла, понављање грејања и хлађења постепено ће акумулирати ову разлику у стрес, што чак може довести до лупљења или пукотина површине. Бело кварц стакло (укључујући беле кварц прстице и беле кварц плоче) изгледа бело због присуства великог броја малих мехураца или границе силика зрна који расејавају светлост. Има добра инфрацрвена рефлекторска својства сама по себи, али присуство мехурака такође чини да је осетљив материјал за концентрацију стреса. Због тога би требало да се примене нежније методе обраде током обраде. За разлику од тога, непрозорно кварц стакло има већу порозност и углавном се користи као облога или изолационе компоненте у пећи са високом температуром, али остатак топлотне напетости је склона да се акумулира на ивицама поара, узрокујући локално лупање.
4.Химијски стрес
Када је површина кородирана киселинама и базама или подвргнута ионској размени, промене запремине нису равномерне, чиме се ствара стрес на површини. На пример, ако се бели оксиди који су остали на површини кварцне стаклене цеви након топлотне обраде не темељно уклоне, остатке хемикалија могу изазвати скривени хемијски стрес, што може довести до пуцања у будућности.
5.Унутрашњи дефекти и нечистоће
Током процеса топљења могу постојати остаци мехура, метални јони или микрокрке. Због њихових различитих физичких својстава као што су коефицијент топлотне експанзије и модул еластичности околног стакла, они такође могу служити као почетна тачка за концентрацију стреса, убрзавајући ширење пукотина.
Како елиминисати или контролисати унутрашњи стрес?
Основна метода за справљање са унутрашњим стресом у индустрији је одгајање: загревање кварц стакла до одређене температуре (обично изнад 1000 °C), а затим га полако хладити како би атоми имали довољно времена да се реорганизују у стање ниског стреса. Пећ за грејање је скоро неопходна опрема за сваква предузећа за производњу кварц стакла. За различите облике производа, процес гњечења треба посебно прилагодити: што је дебљи дијаметар кварцне стаклене шипке, то је дуже потребно време гњечења; за кварцне стаклене листове потребно је посебно равномерно температурно поље како би се спречило деформација.
Осим тога, прави дизајн такође може смањити стрес: избегавање брзог хлађења и грејања, одржавање равномерног хлађења током обраде, остављање празнина за проширење током монтажа и пажљиво прегледање површине за било какву корозију или гребљење пре употребе.
Zaključak
Спонтано пуцање кварц стакла има јасно научно објашњење - ослобађање унутрашњег стреса под одређеним условима. Од равнашта кварцних стаклених листова до отпорности на топлотне ударе белих кварцних шипкица, од вертикалности кварцних стаклених цеви до способности против лупљења непрозорних кварцних плоча, разумевање стреса је први корак у разумевању стабилности материјала.
EN
