1. Tensión térmica durante o arrefriamento (causa principal)
O cuarzo fundido xera tensión en condicións de temperatura non uniformes. A calquera temperatura dada, a estrutura atómica do cuarzo fundido alcanza unha configuración espacial relativamente "óptima". A medida que cambia a temperatura, o espazado atómico cambia en consecuencia, un fenómeno que se coñece comunmente como expansión térmica. Cando o cuarzo fundido se quenta ou se arrefría de forma desigual, prodúcese unha expansión non uniforme.
A tensión térmica xorde normalmente cando as rexións máis quentes intentan expandirse, pero están constreñidas polas zonas máis frías circundantes. Isto crea unha tensión de compresión, que normalmente non causa danos. Se a temperatura é o suficientemente alta como para abrandar o vidro, pódese aliviar a tensión. Non obstante, se a velocidade de arrefriamento é demasiado rápida, a viscosidade aumenta rapidamente e a estrutura atómica interna non pode axustarse a tempo á diminución da temperatura. Isto resulta nunha tensión de tracción, que é moito máis probable que cause fracturas ou fallas.
Esta tensión intensifícase a medida que a temperatura baixa, alcanzando niveis elevados ao final do proceso de arrefriamento. A temperatura á que o vidro de cuarzo alcanza unha viscosidade superior a 10^4,6 poise denomínasepunto de tensiónNeste punto, a viscosidade do material é tan alta que a tensión interna queda bloqueada e xa non se pode disipar.
2. Tensión da transición de fase e relaxación estrutural
Relaxación estrutural metaestable:
No estado fundido, o cuarzo fundido presenta unha disposición atómica moi desordenada. Ao arrefriar, os átomos tenden a relaxarse cara a unha configuración máis estable. Non obstante, a alta viscosidade do estado vítreo dificulta o movemento atómico, o que resulta nunha estrutura interna metaestable e xera unha tensión de relaxación. Co tempo, esta tensión pode liberarse lentamente, un fenómeno coñecido comoenvellecemento do vidro.
Tendencia á cristalización:
Se o cuarzo fundido se mantén dentro de certos rangos de temperatura (como preto da temperatura de cristalización) durante períodos prolongados, pode producirse microcristalización, por exemplo, a precipitación de microcristais de cristobalita. A discrepancia volumétrica entre as fases cristalina e amorfa creatensión de transición de fase.
3. Carga mecánica e forza externa
1. Estrés do procesamento:
As forzas mecánicas aplicadas durante o corte, a rectificación ou o pulido poden introducir distorsión da rede superficial e tensión de procesamento. Por exemplo, durante o corte cunha rebarbadora, a calor localizada e a presión mecánica no bordo inducen a concentración de tensión. As técnicas inadecuadas de perforación ou ranurado poden levar a concentracións de tensión nas entalladuras, que serven como puntos de inicio de gretas.
2. Estrés derivado das condicións de servizo:
Cando se usa como material estrutural, o cuarzo fundido pode experimentar tensións a macroescala debido a cargas mecánicas como a presión ou a flexión. Por exemplo, o vidro de cuarzo pode desenvolver tensións de flexión ao soster contidos pesados.
4. Choque térmico e flutuación rápida da temperatura
1. Tensión instantánea por quecemento/arrefriamento rápido:
Aínda que o cuarzo fundido ten un coeficiente de expansión térmica moi baixo (~0,5 × 10⁻⁶/°C), os cambios rápidos de temperatura (por exemplo, o quecemento da temperatura ambiente a altas temperaturas ou a inmersión en auga con xeo) poden causar gradientes de temperatura locais pronunciados. Estes gradientes provocan unha expansión ou contracción térmica repentina, producindo unha tensión térmica instantánea. Un exemplo común é a fractura dos materiais de cuarzo de laboratorio debido ao choque térmico.
2. Fatiga térmica cíclica:
Cando se expón a flutuacións de temperatura repetidas e a longo prazo (como nos revestimentos dos fornos ou nas fiestras de visualización de alta temperatura), o cuarzo fundido sofre unha expansión e contracción cíclicas. Isto leva á acumulación de tensión de fatiga, acelerando o envellecemento e o risco de formación de gretas.
5. Estrés inducido quimicamente
1. Tensión de corrosión e disolución:
Cando o cuarzo fundido entra en contacto con solucións alcalinas fortes (por exemplo, NaOH) ou gases ácidos a alta temperatura (por exemplo, HF), prodúcese corrosión e disolución superficial. Isto altera a uniformidade estrutural e induce tensión química. Por exemplo, a corrosión alcalina pode levar a cambios de volume superficial ou á formación de microfissuras.
2. Estrés inducido por enfermidades cardiovasculares:
Os procesos de deposición química de vapor (CVD) que depositan revestimentos (por exemplo, SiC) sobre cuarzo fundido poden introducir tensión interfacial debido ás diferenzas nos coeficientes de expansión térmica ou nos módulos elásticos entre os dous materiais. Durante o arrefriamento, esta tensión pode causar delaminación ou rachaduras do revestimento ou do substrato.
6. Defectos internos e impurezas
1. Burbullas e inclusións:
As burbullas de gas residual ou as impurezas (por exemplo, ións metálicos ou partículas non fundidas) introducidas durante a fusión poden servir como concentradores de tensión. As diferenzas na expansión térmica ou na elasticidade entre estas inclusións e a matriz de vidro crean tensións internas localizadas. As gretas adoitan iniciarse nos bordos destas imperfeccións.
2. Microfendas e defectos estruturais:
As impurezas ou os defectos na materia prima ou do proceso de fusión poden provocar microfendas internas. Baixo cargas mecánicas ou ciclos térmicos, a concentración de tensión nas puntas das fendas pode promover a propagación das fendas, o que reduce a integridade do material.
Data de publicación: 04-07-2025