1. Thermesch Belaaschtung beim Ofkillen (Haaptursaach)
Schmelzte Quarz generéiert Spannungen ënner net-uniformen Temperaturbedingungen. Bei all Temperatur erreecht d'Atomstruktur vum geschmolzte Quarz eng relativ "optimal" raimlech Konfiguratioun. Wann d'Temperatur ännert, ännert sech den Atomofstand deementspriechend - e Phänomen, dat allgemeng als thermesch Expansioun bezeechent gëtt. Wann geschmolzte Quarz ongläichméisseg erhëtzt oder ofgekillt gëtt, geschitt eng net-uniform Expansioun.
Thermesch Belaaschtung entsteet typescherweis wann méi waarm Regiounen probéieren auszedehnen, awer vun den ëmleiende méi kale Zonen ageschränkt sinn. Dëst erstellt Kompressiounsspannung, déi normalerweis kee Schued verursaacht. Wann d'Temperatur héich genuch ass fir d'Glas mëll ze maachen, kann d'Spannung ofgebaut ginn. Wann d'Ofkillungsgeschwindegkeet awer ze séier ass, klëmmt d'Viskositéit séier, an déi intern Atomstruktur kann sech net rechtzäiteg un déi ofhuelend Temperatur upassen. Dëst féiert zu Zuchspannung, déi vill méi wahrscheinlech Frakturen oder Versoen verursaacht.
Sou eng Spannung verstäerkt sech wann d'Temperatur fällt, an erreecht um Enn vum Ofkillprozess héich Niveauen. D'Temperatur, bei där Quarzglas eng Viskositéit iwwer 10^4,6 poise erreecht, gëtt als ... bezeechent.SpannungspunktZu dësem Zäitpunkt ass d'Viskositéit vum Material sou héich, datt d'intern Spannung effektiv agespaart gëtt a sech net méi opléise kann.
2. Stress duerch Phaseniwwergang a strukturell Relaxatioun
Metastabil Strukturell Relaxatioun:
Am geschmoltenen Zoustand weist geschmolten Quarz eng staark ongeuerdnet atomar Uerdnung op. Beim Ofkille tendéieren d'Atomer sech a Richtung vun enger méi stabiler Konfiguratioun ze relaxéieren. Wéi och ëmmer, déi héich Viskositéit vum glasartigen Zoustand behënnert d'Atombewegung, wat zu enger metastabiler interner Struktur féiert a Relaxatiounsstress generéiert. Mat der Zäit kann dës Spannung lues a lues fräigesat ginn, e Phänomen dat als ... bekannt ass.Glasalterung.
Kristallisatiounstendenz:
Wann geschmolzene Quarz fir eng länger Zäit an engem bestëmmten Temperaturberäich (z. B. no bei der Kristallisatiounstemperatur) gehale gëtt, kann et zu enger Mikrokristallisatioun kommen - zum Beispill d'Nidderschlag vu Cristobalit-Mikrokristaller. Déi volumetresch Diskrepanz tëscht kristalliner an amorpher Phasen erstellt ...Phaseniwwergangsstress.
3. Mechanesch Belaaschtung an extern Kraaft
1. Stress duerch d'Veraarbechtung:
Mechanesch Kräften, déi beim Schneiden, Schleifen oder Poléieren ugewannt ginn, kënnen d'Uewerflächengitterverzerrung an d'Veraarbechtungsspannung verursaachen. Zum Beispill, beim Schneiden mat enger Schleifscheif verursaachen lokaliséiert Hëtzt an mechaneschen Drock um Rand Spannungskonzentratiounen. Falsch Technike beim Bueren oder Schnëttfräsen kënnen zu Spannungskonzentratiounen an den Kerben féieren, déi als Rëssinitiatiounspunkte déngen.
2. Stress duerch Déngschtbedingungen:
Wann geschmolzene Quarz als Strukturmaterial benotzt gëtt, kann et duerch mechanesch Belaaschtungen wéi Drock oder Biegen makroskala Belaaschtungen ausstoen. Zum Beispill kënne Quarzglasgeschir Biegestress entwéckelen, wann et schwéier Inhalter enthält.
4. Thermeschock a séier Temperaturschwankungen
1. Momentan Spannung duerch séier Erhëtzen/Ofkillen:
Obwuel geschmolzene Quarz e ganz niddrege Wärmeausdehnungskoeffizient huet (~0,5×10⁻⁶/°C), kënne séier Temperaturännerungen (z.B. Erhëtzen vu Raumtemperatur op héich Temperaturen oder Ënnerdauchen an Äiswaasser) ëmmer nach steil lokal Temperaturgradienten verursaachen. Dës Gradienten féieren zu enger plötzlecher thermescher Ausdehnung oder Kontraktioun, wat zu enger direkter Wärmestress féiert. E gemeinsamt Beispill ass d'Broch vu Laborquarzware wéinst engem Wärmeschock.
2. Zyklesch thermesch Middegkeet:
Wann geschmolzene Quarz laangfristeg, widderholl Temperaturschwankungen ausgesat ass - wéi zum Beispill an Uewenausbekleidungen oder Héichtemperatur-Kuckfënsteren - ënnergeet eng zyklisch Expansioun a Kontraktioun. Dëst féiert zu enger Akkumulatioun vun Middegkeetsspannungen, enger beschleunegter Alterung an dem Risiko vu Rëssbildung.
5. Chemesch induzéierte Stress
1. Korrosiouns- a Léisungsstress:
Wann geschmolzene Quarz a Kontakt mat staarken alkalesche Léisungen (z.B. NaOH) oder héichtemperaturegen sauren Gasen (z.B. HF) kënnt, geschitt Uewerflächenkorrosioun an Opléisung. Dëst stéiert d'strukturell Uniformitéit a verursaacht chemesch Belaaschtung. Zum Beispill kann Alkalikorrosioun zu Ännerungen am Uewerflächenvolumen oder der Bildung vu Mikrorëss féieren.
2. CVD-induzéierte Stress:
Chemesch Dampfoflagerungsprozesser (CVD), bei deenen Beschichtungen (z.B. SiC) op geschmolzene Quarz ofgesat ginn, kënnen Grenzflächenspannungen duerch Ënnerscheeder an den thermeschen Ausdehnungskoeffizienten oder Elastizitéitsmoduler tëscht den zwou Materialien verursaachen. Beim Ofkille kann dës Spannung Delaminatioun oder Rëssbildung vun der Beschichtung oder dem Substrat verursaachen.
6. Intern Mängel an Onreinheeten
1. Blosen an Inklusiounen:
Reschtgasblosen oder Ongereinheeten (z. B. Metallionen oder ongeschmolz Partikelen), déi beim Schmelzen agefouert ginn, kënnen als Spannungskonzentratoren déngen. Ënnerscheeder an der thermescher Ausdehnung oder Elastizitéit tëscht dësen Aschlëss an der Glasmatrix schafen eng lokaliséiert intern Spannung. Rëss entstinn dacks un de Ränner vun dësen Onvollkommenheeten.
2. Mikrorëss a Strukturfehler:
Ongereinheeten oder Mängel am Rohmaterial oder vum Schmelzprozess kënnen zu internen Mikrorëss féieren. Ënner mechanesche Belaaschtungen oder thermesche Zyklen kann d'Spannungskonzentratioun un de Rëssspëtzen d'Rëssausbreedung förderen an d'Materialintegritéit reduzéieren.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 04. Juli 2025