1. Termiline pinge jahutamise ajal (peamine põhjus)
Sulanud kvarts tekitab pingeid ebaühtlaste temperatuuritingimuste korral. Igal temperatuuril saavutab sulanud kvartsi aatomistruktuur suhteliselt "optimaalse" ruumilise konfiguratsiooni. Temperatuuri muutudes nihkub vastavalt ka aatomite vahekaugus – nähtus, mida tavaliselt nimetatakse soojuspaisumiseks. Kui sulanud kvartsi kuumutatakse või jahutatakse ebaühtlaselt, toimub ebaühtlane paisumine.
Termiline pinge tekib tavaliselt siis, kui kuumemad piirkonnad püüavad paisuda, kuid on piiratud ümbritsevate jahedamate tsoonide poolt. See tekitab survepinget, mis tavaliselt kahjustusi ei põhjusta. Kui temperatuur on klaasi pehmendamiseks piisavalt kõrge, saab pinget leevendada. Kui aga jahutuskiirus on liiga kiire, suureneb viskoossus kiiresti ja sisemine aatomistruktuur ei suuda langeva temperatuuriga õigeaegselt kohaneda. Selle tulemuseks on tõmbepinge, mis põhjustab palju tõenäolisemalt pragusid või purunemist.
Selline pinge intensiivistub temperatuuri langedes, saavutades jahutusprotsessi lõpus kõrge taseme. Temperatuuri, mille juures kvartsklaas saavutab viskoossuse üle 10^4,6 poise, nimetataksepingepunktSel hetkel on materjali viskoossus nii kõrge, et sisemine pinge lukustub ja ei saa enam hajuda.
2. Faasiüleminekust ja struktuuri lõdvestumisest tulenev pinge
Metastabiilne struktuuriline lõdvestumine:
Sula olekus on sulanud kvartsil väga korrapäratu aatomite paigutus. Jahtumisel kipuvad aatomid lõdvestuma stabiilsema konfiguratsiooni suunas. Klaasja oleku kõrge viskoossus aga takistab aatomite liikumist, mille tulemuseks on metastabiilne sisemine struktuur ja relaksatsioonipinge. Aja jooksul võib see pinge aeglaselt vabaneda, seda nähtust nimetatakseklaasi vananemine.
Kristalliseerumise kalduvus:
Kui sulatatud kvartsi hoitakse pikemat aega teatud temperatuurivahemikus (näiteks kristallisatsioonitemperatuuri lähedal), võib toimuda mikrokristallisatsioon – näiteks kristobaliidi mikrokristallide sadestumine. Kristallilise ja amorfse faasi mahuline mittevastavus tekitabfaasisiirde stress.
3. Mehaaniline koormus ja väline jõud
1. Töötlemisest tulenev stress:
Lõikamise, lihvimise või poleerimise ajal rakendatavad mehaanilised jõud võivad põhjustada pinnavõre moonutusi ja töötlemispingeid. Näiteks lihvkettaga lõikamisel põhjustavad lokaalne kuumus ja mehaaniline surve serval pingekontsentratsiooni. Ebaõiged puurimis- või soonte freesimise tehnikad võivad põhjustada pingekontsentratsiooni sälkudes, mis toimivad pragude tekkimise punktidena.
2. Teenindustingimustest tulenev stress:
Konstruktsioonimaterjalina kasutamisel võib sulatatud kvarts mehaaniliste koormuste, näiteks rõhu või painutamise, tõttu kogeda makrotasandi pinget. Näiteks võivad kvartsist klaasnõud raske sisu hoidmisel tekkida paindepinget.
4. Termiline šokk ja kiire temperatuurikõikumine
1. Kiirest kuumenemisest/jahutusest tulenev hetkeline pinge:
Kuigi sulatatud kvartsil on väga madal soojuspaisumistegur (~0,5×10⁻⁶/°C), võivad kiired temperatuurimuutused (nt kuumutamine toatemperatuurist kõrgele temperatuurile või jäävette kastmine) siiski põhjustada järske lokaalseid temperatuurigradiente. Need gradiendid põhjustavad äkilist soojuspaisumist või -kokkutõmbumist, mis tekitab kohese termilise pinge. Levinud näide on laborikvartsnõude purunemine termilise löögi tõttu.
2. Tsükliline termiline väsimus:
Pikaajaliste ja korduvate temperatuurikõikumistega kokkupuutel – näiteks ahjude vooderdises või kõrge temperatuuriga vaateakendes – toimub sulatatud kvartsi tsükliline paisumine ja kokkutõmbumine. See põhjustab väsimuspingete akumuleerumist, kiirendab vananemist ja suurendab pragunemise ohtu.
5. Keemiliselt indutseeritud stress
1. Korrosioon ja lahustumisstress:
Kui sulanud kvarts puutub kokku tugevate aluseliste lahustega (nt NaOH) või kõrge temperatuuriga happeliste gaasidega (nt HF), toimub pinna korrosioon ja lahustumine. See rikub struktuuri ühtlust ja tekitab keemilist pinget. Näiteks võib leeliseline korrosioon põhjustada pinnamahu muutusi või mikropragude teket.
2. Südame-veresoonkonna haigustest tingitud stress:
Keemilise aurustamise (CVD) protsessid, mille käigus sadestatakse katteid (nt SiC) sulatatud kvartsile, võivad tekitada pindadevahelise pinge kahe materjali soojuspaisumistegurite või elastsusmoodulite erinevuste tõttu. Jahutamise ajal võib see pinge põhjustada katte või aluspinna kihistumist või pragunemist.
6. Sisemised defektid ja lisandid
1. Mullid ja kaasatud osakesed:
Sulamise ajal tekkinud jääkgaasimullid või lisandid (nt metalliioonid või sulamata osakesed) võivad toimida pingekontsentraatoritena. Nende inklusioonide ja klaasmaatriksi soojuspaisumise või elastsuse erinevused tekitavad lokaliseeritud sisepingeid. Praod tekivad sageli nende ebatäiuslikkuste servades.
2. Mikropraod ja konstruktsioonivead:
Tooraines või sulatamisprotsessis olevad lisandid või defektid võivad põhjustada sisemisi mikropragusid. Mehaaniliste koormuste või termiliste tsüklite korral võib pragude otstes koonduv pinge soodustada pragude levikut, vähendades materjali terviklikkust.
Postituse aeg: 04.07.2025