Comment le stress se développe-t-il dans les matériaux de quartz?

1.Stress thermique pendant le refroidissement (cause principale)

Le verre au quartz développe une contrainte interne lorsqu'il est exposé à des températures non uniformes.le verre au quartz présente une structure atomique spécifique qui est la plus "adaptable" ou stable dans ces conditions thermiquesL'espacement entre les atomes change avec la température, ce qui est connu sous le nom d'expansion thermique.

Le stress survient généralement lorsque les régions plus chaudes tentent de s'étendre mais sont limitées par les zones plus froides environnantes.les contraintes de compressionSi la température est suffisamment élevée pour ramollir le verre au quartz, la contrainte peut être atténuée.si le refroidissement est trop rapide, la viscosité du matériau augmente trop rapidement et la structure atomique ne peut pas s'adapter à temps à la chute de température.les contraintes de traction, ce qui est plus susceptible de causer des dommages structurels.

La tension augmente progressivement à mesure que la température baisse et peut atteindre des niveaux élevés après la fin du refroidissement.10^4,6 équilibre, la température est désignée par le termepoint de contrainteÀ ce stade, la viscosité est trop élevée pour que la relaxation du stress se produise.

NormalementDéformé

2.Stress dû à la transition de phase et au relâchement structurel

• Relaxation structurelle méta-stable: à l'état fondu, le quartz présente une disposition atomique très désordonnée.en raison de la viscosité élevée de l'état vitreux, le mouvement atomique est limité, laissant la structure dans un étatétat méta-stableCela génèrestress de relaxation, qui peut être libérée lentement au fil du temps (comme observé dans levieillissementle phénomène dans les lunettes).

• Tendance à la cristallisation microscopique: Si le quartz fondu est maintenu à des températures spécifiques (par exemple, près de latempérature de dévitrificationLa plupart des cas de décoloration sont observés dans les zones où les dépôts sont plus élevés que dans les autres zones.les microcrystals de cristobaliteLe déséquilibre de volume entre les phases cristallines et amorphes peut induire descontrainte de transition de phase.

3.Charges extérieures et actions mécaniques

1) Stress induit lors de l'usinage

Le traitement mécanique comme la découpe, le broyage et le polissage peut introduiredistorsion du réseau de surface, ce qui entraîne:contraintes d'usinagePar exemple, la coupe avec une meule génère une chaleur localisée et une pression mécanique au bord, ce qui conduit à une concentration de contraintes.Des techniques incorrectes lors du forage ou de la fente peuvent créer des encoches qui agissent comme desles sites d'initiation des fissures.

2) Stress de charge dans les environnements de service

Lorsqu'il est utilisé comme matériau de construction, le quartz fondu peut portercharges mécaniquescomme la pression ou la flexion, générantles contraintes macroscopiquesPar exemple, les récipients de quartz contenant des substances lourdes développent des contraintes de flexion.

4.Choc thermique et changements soudains de température

1) Stress instantané dû au chauffage ou au refroidissement rapides

Bien que le quartz fondu ait un coefficient de dilatation thermique extrêmement faible (~ 0,5 × 10−6 °C),changements de température rapides(par exemple, le chauffage à haute température ou l'immersion dans de l'eau glacée) peut entraîner une expansion ou une contraction thermique localisée, provoquant desune contrainte thermique instantanéeLes ustensiles de verre de laboratoire en quartz peuvent se fracturer sous de tels chocs thermiques.

2) Fluctuations cycliques de température

Sousenvironnements thermiques cycliques à long terme(par exemple, revêtements de fours ou fenêtres optiques à haute température), une expansion et une contraction thermiques répétées peuvent s'accumulerstress lié à la fatigue, accélérant le vieillissement et la fissuration des matériaux.

5.Effets chimiques et couplage de contraintes

1) Stress de corrosion et de dissolution

Lorsque le quartz fondu entre en contact avecsolutions alcalines fortes(par exemple, NaOH) ougaz acides à haute température(par exemple, HF), sa surface peut être exposée à descorrosion ou dissolution chimique, perturbant l'uniformité structurelle et provoquantstress chimiqueL' attaque alcaline peut provoquer des changements de volume de surface ou de formemicro-fissures.

2) Le stress provoqué par les maladies cardiovasculaires

Dansdépôt de vapeur chimique (CVD)procédés de revêtement du quartz avec des matériaux tels queSiCpeut introduireles contraintes interfacialesEn cas de refroidissement, ces contraintes peuvent provoquer des déformations de l'appareil, notamment en raison d'un décalage des coefficients de dilatation thermique ou du module élastique entre le film et le substrat.délamination de film ou fissuration de substrat.

6.Les défauts et les impuretés internes

1) Boules et impuretés incrustées

Au cours de la fusion, les résidusboules de gazoules impuretésLa différence entre les propriétés physiques (par exemple, les ions métalliques ou les particules non fondues) peut être piégée dans le quartz fondu.Le coefficient de dilatation thermique (ou module) entre ces inclusions et le verre environnant peut entraînerconcentration de contrainte localisée, augmentant le risque deformation de fissures autour des bullessous charge.

2) Micro-fissures et défauts structurels

Des impuretés dans les matières premières ou des défauts de fusion peuvent entraînermicro-fissureslorsqu'ils sont soumis à des charges externes ou à des fluctuations de température,concentration de contrainte à l'extrémité de la fissurepeut s'intensifier, accélérerpropagation des fissureset finalement compromettre l'intégrité du matériau.

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