1. Estrès tèrmic durant el refredament (causa principal)
El quars fos genera tensions en condicions de temperatura no uniformes. A qualsevol temperatura determinada, l'estructura atòmica del quars fos assoleix una configuració espacial relativament "òptima". A mesura que canvia la temperatura, l'espaiat atòmic canvia en conseqüència, un fenomen que comunament es coneix com a expansió tèrmica. Quan el quars fos s'escalfa o es refreda de manera desigual, es produeix una expansió no uniforme.
L'estrès tèrmic sol sorgir quan les regions més calentes intenten expandir-se, però estan restringides per les zones més fredes circumdants. Això crea una tensió de compressió, que normalment no causa danys. Si la temperatura és prou alta per estovar el vidre, es pot alleujar la tensió. Tanmateix, si la velocitat de refredament és massa ràpida, la viscositat augmenta ràpidament i l'estructura atòmica interna no es pot ajustar a temps a la disminució de la temperatura. Això provoca una tensió de tracció, que és molt més probable que causi fractures o fallades.
Aquesta tensió s'intensifica a mesura que la temperatura baixa, arribant a nivells alts al final del procés de refredament. La temperatura a la qual el vidre de quars arriba a una viscositat superior a 10^4.6 poise es coneix com apunt de tensióEn aquest punt, la viscositat del material és tan alta que la tensió interna queda bloquejada i ja no es pot dissipar.
2. Estrès per transició de fase i relaxació estructural
Relaxació estructural metaestable:
En estat fos, el quars fusionat presenta una disposició atòmica molt desordenada. En refredar-se, els àtoms tendeixen a relaxar-se cap a una configuració més estable. Tanmateix, l'alta viscositat de l'estat vitri dificulta el moviment atòmic, donant lloc a una estructura interna metaestable i generant tensió de relaxació. Amb el temps, aquesta tensió es pot alliberar lentament, un fenomen conegut com aenvelliment del vidre.
Tendència a la cristal·lització:
Si el quars fos es manté dins de certs rangs de temperatura (com ara prop de la temperatura de cristal·lització) durant períodes prolongats, es pot produir microcristal·lització, per exemple, la precipitació de microcristalls de cristobalita. El desajust volumètric entre les fases cristal·lines i amorfes creatensió de transició de fase.
3. Càrrega mecànica i força externa
1. Estrès del processament:
Les forces mecàniques aplicades durant el tall, el rectificat o el polit poden introduir distorsió de la xarxa superficial i tensió de processament. Per exemple, durant el tall amb una mola, la calor localitzada i la pressió mecànica a la vora indueixen una concentració d'tensió. Les tècniques inadequades de perforació o ranurat poden conduir a concentracions d'tensió a les osques, que serveixen com a punts d'inici d'esquerdes.
2. Estrès derivat de les condicions de servei:
Quan s'utilitza com a material estructural, el quars fos pot experimentar tensions a macroescala a causa de càrregues mecàniques com ara pressió o flexió. Per exemple, el vidre de quars pot desenvolupar tensions de flexió quan suporta contingut pesat.
4. Xoc tèrmic i fluctuació ràpida de la temperatura
1. Estrès instantani per escalfament/refredament ràpid:
Tot i que el quars fos té un coeficient de dilatació tèrmica molt baix (~0,5 × 10⁻⁶/°C), els canvis ràpids de temperatura (per exemple, l'escalfament de la temperatura ambient a temperatures elevades o la immersió en aigua gelada) encara poden causar gradients de temperatura locals pronunciats. Aquests gradients provoquen una expansió o contracció tèrmica sobtada, produint una tensió tèrmica instantània. Un exemple comú és la fracturació dels estris de quars de laboratori a causa del xoc tèrmic.
2. Fatiga tèrmica cíclica:
Quan s'exposa a fluctuacions de temperatura repetides i a llarg termini, com ara en els revestiments dels forns o les finestres de visualització d'alta temperatura, el quars fos experimenta una expansió i contracció cícliques. Això condueix a l'acumulació d'estrès de fatiga, accelera l'envelliment i el risc d'esquerdament.
5. Estrès induït químicament
1. Tensió de corrosió i dissolució:
Quan el quars fos entra en contacte amb solucions alcalines fortes (per exemple, NaOH) o gasos àcids a alta temperatura (per exemple, HF), es produeix corrosió i dissolució superficial. Això altera la uniformitat estructural i indueix estrès químic. Per exemple, la corrosió alcalina pot provocar canvis de volum superficial o formació de microesquerdes.
2. Estrès induït per malalties cardiovasculars:
Els processos de deposició química de vapor (CVD) que dipositen recobriments (per exemple, SiC) sobre quars fos poden introduir tensions interfacials a causa de les diferències en els coeficients d'expansió tèrmica o mòduls elàstics entre els dos materials. Durant el refredament, aquesta tensió pot causar delaminació o esquerdes del recobriment o substrat.
6. Defectes interns i impureses
1. Bombolles i inclusions:
Les bombolles de gas residuals o les impureses (per exemple, ions metàl·lics o partícules no foses) introduïdes durant la fusió poden servir com a concentradors d'estrès. Les diferències en l'expansió tèrmica o l'elasticitat entre aquestes inclusions i la matriu de vidre creen una tensió interna localitzada. Les esquerdes sovint s'inicien a les vores d'aquestes imperfeccions.
2. Microfissures i defectes estructurals:
Les impureses o els defectes de la matèria primera o del procés de fusió poden provocar microesquerdes internes. Sota càrregues mecàniques o cicles tèrmics, la concentració d'estrès a les puntes de les esquerdes pot promoure la propagació d'aquestes, reduint la integritat del material.
Data de publicació: 04-07-2025