1. Termički stres tokom hlađenja (primarni uzrok)
Taljeni kvarc stvara napon pod neujednačenim temperaturnim uslovima. Na bilo kojoj datoj temperaturi, atomska struktura taljenog kvarca dostiže relativno "optimalnu" prostornu konfiguraciju. Kako se temperatura mijenja, atomski razmak se shodno tome mijenja - fenomen koji se obično naziva termičko širenje. Kada se taljeni kvarc neravnomjerno zagrijava ili hladi, dolazi do neujednačenog širenja.
Termički stres obično nastaje kada se toplija područja pokušavaju proširiti, ali su ograničena okolnim hladnijim zonama. To stvara tlačni stres, koji obično ne uzrokuje oštećenja. Ako je temperatura dovoljno visoka da omekša staklo, stres se može ublažiti. Međutim, ako je brzina hlađenja prebrza, viskoznost se brzo povećava i unutrašnja atomska struktura se ne može na vrijeme prilagoditi smanjenju temperature. To rezultira zateznim stresom, koji mnogo vjerovatnije uzrokuje lomove ili kvar.
Takav stres se pojačava kako temperatura pada, dostižući visoke nivoe na kraju procesa hlađenja. Temperatura na kojoj kvarcno staklo dostiže viskoznost iznad 10^4,6 poise naziva setačka naprezanjaU ovom trenutku, viskoznost materijala je toliko visoka da se unutrašnji napon efektivno zaključava i više ne može raspršiti.
2. Napon od faznog prelaza i strukturne relaksacije
Metastabilna strukturna relaksacija:
U rastopljenom stanju, taljeni kvarc pokazuje visoko neuređen atomski raspored. Nakon hlađenja, atomi se teže relaksirati prema stabilnijoj konfiguraciji. Međutim, visoka viskoznost staklastog stanja ometa kretanje atoma, što rezultira metastabilnom unutrašnjom strukturom i generiranjem relaksacionog napona. Vremenom, ovaj napon se može polako oslobađati, fenomen poznat kaostarenje stakla.
Tendencija kristalizacije:
Ako se taljeni kvarc drži u određenim temperaturnim rasponima (kao što je blizu temperature kristalizacije) duži period, može doći do mikrokristalizacije - na primjer, taloženja mikrokristala kristobalita. Volumetrijska neusklađenost između kristalne i amorfne faze stvaranapon faznog prijelaza.
3. Mehaničko opterećenje i vanjska sila
1. Stres od obrade:
Mehaničke sile primijenjene tokom rezanja, brušenja ili poliranja mogu uzrokovati deformaciju površinske rešetke i naprezanje pri obradi. Na primjer, tokom rezanja brusnim točkom, lokalizirana toplina i mehanički pritisak na rubu uzrokuju koncentraciju naprezanja. Nepravilne tehnike bušenja ili utora mogu dovesti do koncentracije naprezanja u zarezima, što služi kao tačke nastanka pukotina.
2. Stres uzrokovan uslovima rada:
Kada se koristi kao konstrukcijski materijal, taljeni kvarc može iskusiti makro-razmjerno naprezanje zbog mehaničkih opterećenja poput pritiska ili savijanja. Na primjer, kvarcno stakleno posuđe može razviti naprezanje savijanja kada drži teški sadržaj.
4. Termički šok i brze fluktuacije temperature
1. Trenutni stres usljed brzog zagrijavanja/hlađenja:
Iako taljeni kvarc ima vrlo nizak koeficijent termičkog širenja (~0,5×10⁻⁶/°C), brze promjene temperature (npr. zagrijavanje sa sobne temperature na visoke temperature ili uranjanje u ledenu vodu) i dalje mogu uzrokovati strme lokalne temperaturne gradijente. Ovi gradijenti rezultiraju naglim termičkim širenjem ili skupljanjem, što proizvodi trenutni termički stres. Uobičajen primjer je lomljenje laboratorijskog kvarca uslijed termičkog šoka.
2. Ciklični termički zamor:
Kada je izložen dugotrajnim, ponovljenim temperaturnim fluktuacijama - kao što je slučaj kod obloga peći ili prozora za gledanje na visokim temperaturama - taljeni kvarc se ciklično širi i skuplja. To dovodi do akumulacije zamornog napona, ubrzava starenje i povećava rizik od pucanja.
5. Hemijski izazvan stres
1. Korozijski i disolucioni stres:
Kada rastopljeni kvarc dođe u kontakt s jakim alkalnim rastvorima (npr. NaOH) ili kiselim plinovima visoke temperature (npr. HF), dolazi do površinske korozije i rastvaranja. To narušava strukturnu ujednačenost i izaziva hemijsko naprezanje. Na primjer, alkalna korozija može dovesti do promjena volumena površine ili stvaranja mikropukotina.
2. Stres izazvan KVB-om:
Procesi hemijskog taloženja iz parne faze (CVD) koji nanose premaze (npr. SiC) na rastopljeni kvarc mogu uvesti međufazno naprezanje zbog razlika u koeficijentima termičkog širenja ili modulima elastičnosti između dva materijala. Tokom hlađenja, ovo naprezanje može uzrokovati delaminaciju ili pucanje premaza ili podloge.
6. Unutrašnji nedostaci i nečistoće
1. Mjehurići i inkluzije:
Zaostali mjehurići plina ili nečistoće (npr. metalni ioni ili nerastopljene čestice) uvedeni tokom topljenja mogu poslužiti kao koncentratori napona. Razlike u termičkom širenju ili elastičnosti između ovih inkluzija i staklene matrice stvaraju lokalizirani unutrašnji napon. Pukotine često nastaju na rubovima ovih nesavršenosti.
2. Mikropukotine i strukturni nedostaci:
Nečistoće ili nedostaci u sirovini ili iz procesa topljenja mogu rezultirati unutrašnjim mikropukotinama. Pod utjecajem mehaničkih opterećenja ili termičkih ciklusa, koncentracija napona na vrhovima pukotina može potaknuti širenje pukotina, smanjujući integritet materijala.
Vrijeme objave: 04.07.2025.