1. Thermal Stress Habang Paglamig (Pangunahing Sanhi)
Ang fused quartz ay bumubuo ng stress sa ilalim ng hindi pare-parehong kondisyon ng temperatura. Sa anumang ibinigay na temperatura, ang atomic na istraktura ng fused quartz ay umabot sa isang relatibong "pinakamainam" na spatial na pagsasaayos. Habang nagbabago ang temperatura, nagbabago ang atomic spacing nang naaayon—isang phenomenon na karaniwang tinutukoy bilang thermal expansion. Kapag ang fused quartz ay hindi pantay na pinainit o pinalamig, nangyayari ang hindi pantay na pagpapalawak.
Karaniwang lumalabas ang thermal stress kapag ang mga mas maiinit na rehiyon ay nagtatangkang lumawak ngunit napipigilan ng mga nakapaligid na mas malamig na zone. Lumilikha ito ng compressive stress, na karaniwang hindi nagiging sanhi ng pinsala. Kung ang temperatura ay sapat na mataas upang mapahina ang salamin, ang stress ay maaaring mapawi. Gayunpaman, kung ang rate ng paglamig ay masyadong mabilis, ang lagkit ay mabilis na tumataas, at ang panloob na istraktura ng atom ay hindi maaaring mag-adjust sa oras sa pagbaba ng temperatura. Nagreresulta ito sa tensile stress, na mas malamang na magdulot ng mga bali o pagkabigo.
Ang ganitong stress ay tumitindi habang bumababa ang temperatura, na umaabot sa mataas na antas sa pagtatapos ng proseso ng paglamig. Ang temperatura kung saan ang quartz glass ay umabot sa lagkit sa itaas ng 10^4.6 poise ay tinutukoy bilang angpunto ng pilay. Sa puntong ito, ang lagkit ng materyal ay napakataas na ang panloob na stress ay nagiging epektibong nakakandado at hindi na maaaring mawala.
2. Stress mula sa Phase Transition at Structural Relaxation
Metastable Structural Relaxation:
Sa molten state, ang fused quartz ay nagpapakita ng isang napakagulong atomic arrangement. Sa paglamig, ang mga atom ay may posibilidad na mag-relax patungo sa isang mas matatag na pagsasaayos. Gayunpaman, ang mataas na lagkit ng malasalamin na estado ay humahadlang sa paggalaw ng atom, na nagreresulta sa isang metastable na panloob na istraktura at pagbuo ng relaxation stress. Sa paglipas ng panahon, ang stress na ito ay maaaring dahan-dahang mailabas, isang phenomenon na kilala bilangpagtanda ng salamin.
Tendency ng Crystallization:
Kung ang fused quartz ay pinananatili sa loob ng ilang partikular na hanay ng temperatura (tulad ng malapit sa temperatura ng crystallization) nang matagal, maaaring mangyari ang microcrystallization—halimbawa, ang pag-ulan ng cristobalite microcrystals. Lumilikha ang volumetric mismatch sa pagitan ng crystalline at amorphous phasephase transition stress.
3. Mechanical Load at External Force
1. Stress mula sa Pagproseso:
Ang mga puwersang mekanikal na inilapat sa panahon ng paggupit, paggiling, o pag-polish ay maaaring magpasok ng pagbaluktot ng sala-sala sa ibabaw at pagpoproseso ng stress. Halimbawa, sa panahon ng pagputol gamit ang isang nakakagiling na gulong, ang naisalokal na init at mekanikal na presyon sa gilid ay nagdudulot ng konsentrasyon ng stress. Ang mga maling diskarte sa pagbabarena o slotting ay maaaring humantong sa mga konsentrasyon ng stress sa mga notch, na nagsisilbing mga crack initiation point.
2. Stress mula sa Mga Kundisyon ng Serbisyo:
Kapag ginamit bilang structural material, ang fused quartz ay maaaring makaranas ng macro-scale stress dahil sa mga mekanikal na karga gaya ng pressure o baluktot. Halimbawa, ang quartz glassware ay maaaring magkaroon ng bending stress kapag may hawak na mabibigat na nilalaman.
4. Thermal Shock at Rapid Temperature Fluctuation
1. Instantaneous Stress mula sa Rapid Heating/Cooling:
Bagama't ang fused quartz ay may napakababang thermal expansion coefficient (~0.5×10⁻⁶/°C), ang mabilis na pagbabago ng temperatura (hal., pag-init mula sa temperatura ng kwarto hanggang sa mataas na temperatura, o paglulubog sa tubig na yelo) ay maaari pa ring magdulot ng matatarik na lokal na gradient ng temperatura. Ang mga gradient na ito ay nagreresulta sa biglaang pagpapalawak o pag-urong ng thermal, na nagbubunga ng agarang thermal stress. Ang isang karaniwang halimbawa ay ang laboratory quartzware fracturing dahil sa thermal shock.
2. Cyclic Thermal Fatigue:
Kapag nalantad sa pangmatagalan, paulit-ulit na pagbabagu-bago ng temperatura—gaya ng sa mga furnace lining o high-temperature viewing window—ang fused quartz ay sumasailalim sa cyclic expansion at contraction. Ito ay humahantong sa pagkapagod na akumulasyon ng stress, pagpapabilis ng pagtanda at ang panganib ng pag-crack.
5. Stress na Dahil sa Kemikal
1. Corrosion at Dissolution Stress:
Kapag ang fused quartz ay nakipag-ugnayan sa malakas na alkaline na solusyon (hal., NaOH) o mataas na temperatura na mga acidic na gas (hal., HF), nangyayari ang surface corrosion at dissolution. Nakakaabala ito sa pagkakapareho ng istruktura at nagdudulot ng stress ng kemikal. Halimbawa, ang alkali corrosion ay maaaring humantong sa mga pagbabago sa dami ng ibabaw o pagbuo ng microcrack.
2. Stress na Dahil sa CVD:
Ang mga proseso ng Chemical Vapor Deposition (CVD) na nagdedeposito ng mga coatings (hal., SiC) sa fused quartz ay maaaring magpasok ng interfacial stress dahil sa mga pagkakaiba sa thermal expansion coefficient o elastic moduli sa pagitan ng dalawang materyales. Sa panahon ng paglamig, ang stress na ito ay maaaring magdulot ng delamination o pag-crack ng coating o substrate.
6. Panloob na mga Depekto at Dumi
1. Mga Bubble at Inklusyon:
Ang mga natitirang bula ng gas o mga dumi (hal., mga metal na ion o hindi natutunaw na mga particle) na ipinakilala sa panahon ng pagkatunaw ay maaaring magsilbing mga stress concentrator. Ang mga pagkakaiba sa thermal expansion o elasticity sa pagitan ng mga inklusyong ito at ng glass matrix ay lumilikha ng localized internal stress. Ang mga bitak ay madalas na nagsisimula sa mga gilid ng mga kakulangang ito.
2. Mga Microcrack at Structural Flaws:
Ang mga dumi o mga depekto sa hilaw na materyal o mula sa proseso ng pagkatunaw ay maaaring magresulta sa mga panloob na microcrack. Sa ilalim ng mekanikal na pagkarga o thermal cycling, ang konsentrasyon ng stress sa mga tip ng crack ay maaaring magsulong ng pagpapalaganap ng crack, na binabawasan ang integridad ng materyal.
Oras ng post: Hul-04-2025