1. Термички стрес током хлађења (примарни узрок)
Растопљени кварц ствара напон под неуједначеним температурним условима. На било којој датој температури, атомска структура растопљеног кварца достиже релативно „оптималну“ просторну конфигурацију. Како се температура мења, атомски растојање се сходно томе мења – феномен који се обично назива термичко ширење. Када се растопљени кварц неравномерно загрева или хлади, долази до неуједначеног ширења.
Термички напон обично настаје када топлији региони покушавају да се прошире, али су ограничени околним хладнијим зонама. Ово ствара компресивни напон, који обично не изазива оштећења. Ако је температура довољно висока да омекша стакло, напон се може ублажити. Међутим, ако је брзина хлађења пребрза, вискозност се брзо повећава и унутрашња атомска структура се не може на време прилагодити смањењу температуре. То резултира затезним напоном, који је много вероватнији да ће изазвати ломове или квар.
Такав напон се интензивира са падом температуре, достижући високе нивое на крају процеса хлађења. Температура на којој кварцно стакло достиже вискозност изнад 10^4,6 поаза назива сетачка напрезањаУ овом тренутку, вискозитет материјала је толико висок да се унутрашњи напон ефикасно закључава и више не може да се распрши.
2. Напрезање од фазног прелаза и структурне релаксације
Метастабилна структурна релаксација:
У растопљеном стању, растопљени кварц показује веома неуређен распоред атома. Након хлађења, атоми теже да се релаксирају ка стабилнијој конфигурацији. Међутим, висока вискозност стакластог стања омета кретање атома, што резултира метастабилном унутрашњом структуром и стварањем релаксационог напрезања. Временом, ово напрезање може полако да се ослобађа, феномен познат каостарење стакла.
Тенденција кристализације:
Ако се растопљени кварц држи у одређеним температурним опсезима (као што је близу температуре кристализације) током дужег периода, може доћи до микрокристализације - на пример, таложења микрокристала кристобалита. Волуметријска неусклађеност између кристалне и аморфне фазе стваранапон фазног прелаза.
3. Механичко оптерећење и спољашња сила
1. Стрес од обраде:
Механичке силе примењене током сечења, брушења или полирања могу изазвати деформацију површинске решетке и напрезање у процесу обраде. На пример, током сечења брусним точком, локализована топлота и механички притисак на ивици изазивају концентрацију напона. Неправилне технике бушења или обраде жлебова могу довести до концентрације напона у зарезима, што служи као тачке настанка пукотина.
2. Напрезање услед услова рада:
Када се користи као конструкциони материјал, фузиони кварц може да искусити макроскопско напрезање услед механичких оптерећења као што су притисак или савијање. На пример, кварцно стаклено посуђе може развити напрезање савијања када држи тежак садржај.
4. Термички шок и брзе температурне флуктуације
1. Тренутни напон услед брзог загревања/хлађења:
Иако стопљени кварц има веома низак коефицијент термичког ширења (~0,5×10⁻⁶/°C), брзе промене температуре (нпр. загревање са собне температуре на високе температуре или урањање у ледену воду) и даље могу изазвати стрме локалне температурне градијенте. Ови градијенти доводе до изненадног термичког ширења или скупљања, што ствара тренутни термички стрес. Уобичајени пример је ломљење лабораторијског кварцног посуђа услед термичког шока.
2. Циклични термички замор:
Када је изложен дуготрајним, поновљеним температурним флуктуацијама — као што је случај са облогама пећи или прозорима за посматрање на високим температурама — растопљени кварц се циклично шири и скупља. То доводи до акумулације заморног напона, убрзава старење и ризика од пуцања.
5. Хемијски изазван стрес
1. Корозија и напон растварања:
Када растопљени кварц дође у контакт са јаким алкалним растворима (нпр. NaOH) или киселим гасовима високе температуре (нпр. HF), долази до површинске корозије и растварања. Ово нарушава структурну униформност и изазива хемијско напрезање. На пример, алкална корозија може довести до промена запремине површине или стварања микропукотина.
2. Стрес изазван кардиоваскуларним болестима:
Процеси хемијског таложења из парне фазе (CVD) који наносе премазе (нпр. SiC) на растопљени кварц могу увести међуповршинско напрезање због разлика у коефицијентима термичког ширења или модулима еластичности између два материјала. Током хлађења, ово напрезање може изазвати раслојавање или пуцање премаза или подлоге.
6. Унутрашњи недостаци и нечистоће
1. Мехурићи и инклузије:
Преостали мехурићи гаса или нечистоће (нпр. метални јони или нерастопљене честице) унети током топљења могу послужити као концентратори напона. Разлике у термичком ширењу или еластичности између ових инклузија и стаклене матрице стварају локализовани унутрашњи напон. Пукотине често настају на ивицама ових несавршености.
2. Микропукотине и структурни недостаци:
Нечистоће или мане у сировини или из процеса топљења могу довести до унутрашњих микропукотина. Под механичким оптерећењима или термичким циклусима, концентрација напона на врховима пукотина може подстаћи ширење пукотина, смањујући интегритет материјала.
Време објаве: 04.07.2025.