Kuvars malzemelerde stres nasıl gelişir?

1. Soğuma Sırasında Termal Gerilme (Birincil Neden)

Kuvars cam, düzensiz sıcaklıklara maruz kaldığında iç gerilme geliştirir. Herhangi bir sıcaklıkta, kuvars cam, o termal koşullar altında en "uygun" veya kararlı olan belirli bir atomik yapı sergiler. Atomlar arasındaki mesafe sıcaklıkla değişir—bu, termal genleşme olarak bilinir. Kuvars cam düzensiz ısıtma veya soğutma yaşadığında, farklı genleşme meydana gelir.

Gerilme tipik olarak, daha sıcak bölgeler genişlemeye çalışırken, çevredeki daha soğuk alanlar tarafından kısıtlandığında ortaya çıkar. Bu, basınç gerilimi ile sonuçlanır ve genellikle ürüne zarar vermez. Sıcaklık, kuvars camı yumuşatacak kadar yüksekse, gerilme giderilebilir. Ancak, soğuma süreci çok hızlıysa malzemenin viskozitesi çok hızlı artar ve atomik yapı, sıcaklık düşüşünü karşılamak için zamanında ayarlanamaz. Bu, çekme gerilimi oluşumuna yol açar ve bu, yapısal hasara neden olma olasılığı daha yüksektir.

Gerilme, sıcaklık düştükçe artar ve soğuma sona erdikten sonra yüksek seviyelere ulaşabilir. Aslında, kuvars camın viskozitesi 10^4.6 poise'ı aştığında, sıcaklığa gerilme noktası denir—bu aşamada, viskozite, gerilimin gevşemesi için çok yüksektir.

Normal>Deforme>

2. Faz Geçişinden ve Yapısal Gevşemeden Kaynaklanan Gerilme

• Metastabil Yapısal Gevşeme: Erimiş halde, kuvars oldukça düzensiz bir atomik düzen sergiler. Soğuma sırasında, atomlar daha kararlı bir konfigürasyona geçmeye çalışır. Ancak, camsı halin yüksek viskozitesi nedeniyle, atomik hareket sınırlıdır ve yapıyı metastabil durumda bırakır. Bu, zamanla yavaşça serbest bırakılabilen gevşeme gerilimi oluşturur (camlardaki yaşlanma olgusunda gözlemlendiği gibi).

• Mikroskobik Kristalleşme Eğilimi: Erimiş kuvars belirli sıcaklık aralıklarında (örneğin, devitrifikasyon sıcaklığına yakın) tutulursa, mikroskobik kristalleşme meydana gelebilir (örneğin, kristobalit mikrokristallerinin çökmesi). Kristal ve amorf fazlar arasındaki hacim uyuşmazlığı, faz geçiş gerilimiİçsel Kusurlar ve Safsızlıklar

3. Harici Yükler ve Mekanik Etkiler

1) İşleme Sırasında Oluşan Gerilme

Kesme, taşlama ve parlatma gibi mekanik işlemler, yüzey kafes bozulması oluşturabilir ve bu da işleme gerilimi ile sonuçlanır. Örneğin, bir taşlama taşı ile kesme, kenarda lokalize ısı ve mekanik basınç üretir ve bu da gerilme yoğunlaşmasına yol açar. Delme veya yuva açma sırasında uygunsuz teknikler, çatlak başlangıç noktalarıİçsel Kusurlar ve Safsızlıklar

2) Hizmet Ortamlarında Yük Gerilimi

Yapısal bir malzeme olarak kullanıldığında, erimiş kuvars, basınç veya bükülme gibi mekanik yükler taşıyabilir ve makroskopik gerilme oluşturabilir. Örneğin, ağır maddeleri tutan kuvars kaplar, bükülme gerilimi geliştirir.

4. Termal Şok ve Ani Sıcaklık Değişiklikleri

1) Hızlı Isıtma veya Soğutmadan Kaynaklanan Anlık Gerilme

Erimiş kuvars, son derece düşük bir termal genleşme katsayısına (~0,5×10⁻⁶/°C) sahip olmasına rağmen, hızlı sıcaklık değişiklikleri (örneğin, oda sıcaklığından yüksek sıcaklıklara ısıtma veya buzlu suya daldırma), lokalize termal genleşme veya büzülme ile sonuçlanabilir ve bu da anlık termal gerilme oluşturur. Kuvarsdan yapılmış laboratuvar cam eşyaları, bu tür termal şoklar altında kırılabilir.

2) Döngüsel Sıcaklık Dalgalanmaları

Uzun vadeli döngüsel termal ortamlarda (örneğin, fırın astarları veya yüksek sıcaklıklı optik pencereler), tekrarlanan termal genleşme ve büzülme, yorgunluk gerilimi biriktirebilir, malzeme yaşlanmasını ve çatlamayı hızlandırır.5.

Kimyasal Etkiler ve Gerilme Birleşimi1) Korozyon ve Çözünme Gerilimi

Erimiş kuvars,

güçlü alkali çözeltilerle (örneğin, NaOH) veya yüksek sıcaklıklı asidik gazlarla (örneğin, HF) temas ettiğinde, yüzeyi kimyasal korozyona veya çözünmeye uğrayabilir, yapısal bütünlüğü bozabilir ve kimyasal gerilme oluşturabilir. Alkali saldırısı, yüzey hacmi değişikliklerine neden olabilir veya mikro çatlaklarçatlak uçlarında gerilme yoğunlaşmasıİçsel Kusurlar ve Safsızlıklar

Kimyasal buhar biriktirme (CVD)

işlemlerinde, kuvarsın SiC gibi malzemelerle kaplanması, film ve substrat arasındaki termal genleşme katsayıları veya elastik modüllerindeki uyuşmazlıklar nedeniyle arayüzey gerilimi oluşturabilir. Soğuma üzerine, bu tür gerilme, film delaminasyonuna veya substrat çatlamasına neden olabilir.6. İçsel Kusurlar ve Safsızlıklar

1) Kabarcıklar ve Gömülü SafsızlıklarEritme sırasında, artık

gaz kabarcıkları

veya safsızlıklar (örneğin, metal iyonları veya erimemiş parçacıklar) erimiş kuvars içinde hapsolabilir. Bu inklüzyonlar ve çevredeki cam arasındaki fiziksel özelliklerdeki (örneğin, termal genleşme katsayısı veya modül) farklılık, lokalize gerilme yoğunlaşmasına yol açabilir ve yük altında kabarcıkların etrafında çatlak oluşumu riskini artırır.2) Mikro Çatlaklar ve Yapısal KusurlarHam maddelerdeki safsızlıklar veya eritme kusurları, kuvarsda

mikro çatlaklara

yol açabilir. Harici yüklere veya sıcaklık dalgalanmalarına maruz kaldığında, çatlak uçlarında gerilme yoğunlaşması yoğunlaşabilir, çatlak yayılımını hızlandırır ve sonuçta malzemenin bütünlüğünü tehlikeye atar.Ürünlerimiz​