Il vetro di quarzo sviluppa stress interno se esposto a temperature non uniformi. A una data temperatura, il vetro di quarzo mostra una specifica struttura atomica che è più "adatta" o stabile in quelle condizioni termiche. La distanza tra gli atomi cambia con la temperatura, questo è noto come espansione termica. Quando il vetro di quarzo subisce un riscaldamento o un raffreddamento non uniforme, si verifica un'espansione differenziale.
Lo stress tipicamente sorge quando le regioni più calde tentano di espandersi ma sono vincolate dalle aree circostanti più fredde. Ciò si traduce in stress di compressione, che di solito non danneggia il prodotto. Se la temperatura è abbastanza alta da ammorbidire il vetro di quarzo, lo stress può essere alleviato. Tuttavia, se il processo di raffreddamento è troppo rapido, la viscosità del materiale aumenta troppo velocemente e la struttura atomica non può adattarsi in tempo per accogliere l'abbassamento della temperatura. Ciò porta alla formazione di stress di trazione, che ha maggiori probabilità di causare danni strutturali.
Lo stress aumenta progressivamente man mano che la temperatura scende e può raggiungere livelli elevati dopo la fine del raffreddamento. Infatti, quando la viscosità del vetro di quarzo supera 10^4.6 poise, la temperatura è definita come il punto di deformazione—in questa fase, la viscosità è troppo alta perché avvenga il rilassamento dello stress.
Normale>Deformato>
La lavorazione meccanica come il taglio, la molatura e la lucidatura può introdurre distorsione del reticolo superficiale, con conseguente stress di lavorazione. Ad esempio, il taglio con una mola genera calore localizzato e pressione meccanica sul bordo, portando alla concentrazione dello stress. Tecniche improprie durante la foratura o la scanalatura possono creare intagli che agiscono come siti di innesco delle crepe.
Quando utilizzato come materiale strutturale, il quarzo fuso può sopportare carichi meccanici come pressione o flessione, generando stress macroscopico. Ad esempio, i contenitori di quarzo che contengono sostanze pesanti sviluppano stress di flessione.
Sebbene il quarzo fuso abbia un coefficiente di espansione termica estremamente basso (~0,5×10⁻⁶/°C), rapidi cambiamenti di temperatura (ad esempio, riscaldamento dalla temperatura ambiente ad alte temperature o immersione in acqua ghiacciata) possono causare espansione o contrazione termica localizzata, causando stress termico istantaneo. La vetreria da laboratorio in quarzo può fratturarsi sotto tali shock termici.
In ambienti termici ciclici a lungo termine (ad esempio, rivestimenti di forni o finestre ottiche ad alta temperatura), l'espansione e la contrazione termica ripetute possono accumulare stress da fatica, accelerando l'invecchiamento e la fessurazione del materiale.
Quando il quarzo fuso entra in contatto con soluzioni alcaline forti (ad esempio, NaOH) o gas acidi ad alta temperatura (ad esempio, HF), la sua superficie può subire corrosione chimica o dissoluzione, interrompendo l'uniformità strutturale e causando stress chimico. L'attacco alcalino può causare cambiamenti di volume superficiali o formare microfessure.
Nei processi di deposizione chimica da vapore (CVD), il rivestimento del quarzo con materiali come SiC può introdurre stress interfacciale a causa di discrepanze nei coefficienti di espansione termica o nei moduli elastici tra il film e il substrato. Durante il raffreddamento, tale stress può causare delaminazione del film o fessurazione del substrato.
Durante la fusione, le bolle di gas residue o le impurità (ad esempio, ioni metallici o particelle non fuse) possono rimanere intrappolate nel quarzo fuso. La differenza nelle proprietà fisiche (ad esempio, coefficiente di espansione termica o modulo) tra queste inclusioni e il vetro circostante può portare a concentrazione dello stress localizzato, aumentando il rischio di formazione di crepe attorno alle bolle sotto carico.
Le impurità nelle materie prime o i difetti di fusione possono portare a microfessure nel quarzo. Quando sottoposto a carichi esterni o fluttuazioni di temperatura, la concentrazione dello stress alle punte delle crepe può intensificarsi, accelerando la propagazione delle crepe e, in definitiva, compromettendo l'integrità del materiale.
I nostri prodotti