1. Termiese spanning tydens afkoeling (primêre oorsaak)
Gesmelte kwarts genereer spanning onder nie-uniforme temperatuurtoestande. By enige gegewe temperatuur bereik die atoomstruktuur van gesmelte kwarts 'n relatief "optimale" ruimtelike konfigurasie. Soos temperatuur verander, verskuif atoomspasiëring dienooreenkomstig - 'n verskynsel wat algemeen na verwys word as termiese uitbreiding. Wanneer gesmelte kwarts oneweredig verhit of afgekoel word, vind nie-uniforme uitbreiding plaas.
Termiese spanning ontstaan tipies wanneer warmer streke probeer uitsit, maar deur omliggende koeler sones beperk word. Dit skep drukspanning, wat gewoonlik nie skade veroorsaak nie. As die temperatuur hoog genoeg is om die glas te versag, kan die spanning verlig word. As die afkoeltempo egter te vinnig is, neem die viskositeit vinnig toe, en die interne atoomstruktuur kan nie betyds by die dalende temperatuur aanpas nie. Dit lei tot trekspanning, wat baie meer geneig is om breuke of mislukking te veroorsaak.
Sulke spanning vererger soos die temperatuur daal en bereik hoë vlakke aan die einde van die afkoelproses. Die temperatuur waarby kwartsglas 'n viskositeit bo 10^4.6 poise bereik, word die ... genoem.spanningspuntOp hierdie punt is die materiaal se viskositeit so hoog dat interne spanning effektief vasgevang word en nie meer kan verdwyn nie.
2. Stres van Fase-oorgang en Strukturele Ontspanning
Metastabiele Strukturele Ontspanning:
In die gesmelte toestand vertoon gesmelte kwarts 'n hoogs wanordelike atoomrangskikking. By afkoeling is atome geneig om te ontspan na 'n meer stabiele konfigurasie. Die hoë viskositeit van die glasagtige toestand belemmer egter atoombeweging, wat lei tot 'n metastabiele interne struktuur en die generering van ontspanningspanning. Met verloop van tyd kan hierdie spanning stadig vrygestel word, 'n verskynsel wat bekend staan asglasveroudering.
Kristallisasieneiging:
Indien gesmelte kwarts vir lang tydperke binne sekere temperatuurreekse (soos naby die kristallisasietemperatuur) gehou word, kan mikrokristallisasie plaasvind—byvoorbeeld die neerslag van kristobaliet-mikrokristalle. Die volumetriese wanverhouding tussen kristallyne en amorfe fases skepfase-oorgangsspanning.
3. Meganiese las en eksterne krag
1. Stres van verwerking:
Meganiese kragte wat tydens sny, slyp of poleer toegepas word, kan oppervlakroostervervorming en verwerkingsspanning veroorsaak. Byvoorbeeld, tydens sny met 'n slypwiel veroorsaak gelokaliseerde hitte en meganiese druk by die rand spanningskonsentrasie. Onbehoorlike tegnieke in boor of gleufmaak kan lei tot spanningskonsentrasies by kerwe, wat as kraakinisiasiepunte dien.
2. Stres as gevolg van diensvoorwaardes:
Wanneer dit as 'n strukturele materiaal gebruik word, kan gesmelte kwarts makroskaalspanning ervaar as gevolg van meganiese belastings soos druk of buiging. Kwartsglasware kan byvoorbeeld buigspanning ontwikkel wanneer dit swaar inhoud hou.
4. Termiese Skok en Vinnige Temperatuurskommeling
1. Oombliklike spanning van vinnige verhitting/afkoeling:
Alhoewel gesmelte kwarts 'n baie lae termiese uitsettingskoëffisiënt het (~0.5×10⁻⁶/°C), kan vinnige temperatuurveranderinge (bv. verhitting van kamertemperatuur na hoë temperature, of onderdompeling in yswater) steeds steil plaaslike temperatuurgradiënte veroorsaak. Hierdie gradiënte lei tot skielike termiese uitsetting of sametrekking, wat onmiddellike termiese spanning veroorsaak. 'n Algemene voorbeeld is die breuk van laboratoriumkwartsware as gevolg van termiese skok.
2. Sikliese Termiese Moegheid:
Wanneer gesmelte kwarts blootgestel word aan langtermyn, herhaalde temperatuurskommelings – soos in oondvoerings of hoëtemperatuur-kykvensters – ondergaan dit sikliese uitsetting en sametrekking. Dit lei tot moegheidspanning-ophoping, wat veroudering versnel en die risiko van krake veroorsaak.
5. Chemies geïnduseerde stres
1. Korrosie- en Oplossingsspanning:
Wanneer gesmelte kwarts in aanraking kom met sterk alkaliese oplossings (bv. NaOH) of hoëtemperatuur-suurgasse (bv. HF), vind oppervlakkorrosie en -oplossing plaas. Dit ontwrig strukturele eenvormigheid en veroorsaak chemiese spanning. Alkalikorrosie kan byvoorbeeld lei tot veranderinge in oppervlakvolume of mikrokraakvorming.
2. KVS-geïnduseerde stres:
Chemiese dampafsettingsprosesse (CVD) wat bedekkings (bv. SiC) op gesmelte kwarts afsit, kan tussenvlakspanning veroorsaak as gevolg van verskille in termiese uitbreidingskoëffisiënte of elastiese modules tussen die twee materiale. Tydens afkoeling kan hierdie spanning delaminasie of krake van die bedekking of substraat veroorsaak.
6. Interne defekte en onsuiwerhede
1. Borrels en Insluitsels:
Oorblywende gasborrels of onsuiwerhede (bv. metaalione of ongesmelte deeltjies) wat tydens smelting ingebring word, kan as spanningskonsentrators dien. Verskille in termiese uitsetting of elastisiteit tussen hierdie insluitsels en die glasmatriks skep gelokaliseerde interne spanning. Krake begin dikwels aan die rande van hierdie onvolmaakthede.
2. Mikroskeure en Strukturele Foute:
Onsuiwerhede of foute in die rou materiaal of as gevolg van die smeltproses kan interne mikroskeure veroorsaak. Onder meganiese belastings of termiese siklusse kan spanningskonsentrasie by kraakpunte kraakverspreiding bevorder, wat die materiaalintegriteit verminder.
Plasingstyd: 04 Julie 2025