Даследаванні ў галіне тэхналогій апрацоўкі і адпалу кварцавага шкла

Гэта даследаванне метадаў апрацоўкі і адпалу кварцавага шкла накіравана на вытворчасць оптавалакна і звязаныя з гэтым праекты. Ён імкнецца палепшыць стабільнасць кварцавых вырабаў пры высокіх і нармальных тэмпературах праз практыку, забяспечваючы плаўнае прымяненне прадуктаў у розных сцэнарыях.

Кварцавае шкло класіфікуецца па метадах апрацоўкі, выкарыстанні і знешнім выглядзе, напрыклад, плаўленае празрыстае кварцавае шкло, плаўленае кварцавае шкло, ачышчанае газам празрыстае кварцавае шкло, сінтэтычнае кварцавае шкло, непразрыстае кварцавае шкло, аптычнае кварцавае шкло, кварцавае шкло для паўправаднікоў і кварцавае шкло. шкло для электрычных крыніц святла. Яны дзеляцца на дзве асноўныя катэгорыі: празрыстыя і непразрыстыя. У залежнасці ад чысціні ён дзеліцца на тры катэгорыі: высокай чысціні, звычайны і легаваны.

Расшклоўленне кварцавага шкла, устойлівага да высокіх тэмператур, з'яўляецца неад'емным дэфектам. Кварцавае шкло мае больш высокую ўнутраную энергію, чым крышталічны кварц, што робіць яго тэрмадынамічна няўстойлівым метастабільным станам. Малекулы SiO2 паскараюць вібрацыю і ўтвараюць крышталі пасля працяглай перабудовы і арыентацыі. Крышталізацыя ў асноўным адбываецца на паверхні, за якой з'яўляюцца ўнутраныя дэфекты, паколькі гэтыя вобласці схільныя да забруджвання, што прыводзіць да лакальнага назапашвання іёнаў прымешак. У прыватнасці, шчолачныя іёны (такія як K, Na, Li, Ca, Mg) зніжаюць глейкасць пры ўваходзе ў сетку, паскараючы расстекловывание.

У гэтым артыкуле разглядаюцца апрацаваныя кварцавыя кампаненты, ахопліваючы толькі празрыстае сінтэтычнае кварцавае шкло кандэнсатара.

Пры апрацоўцы кварцавага шкла звычайна выкарыстоўваецца вадародна-кіслароднае полымя з тэмпературай апрацоўкі каля 1500-1600°C.

Шкло - дрэнны праваднік цяпла. Калі кавалак кварцавага шкла (без ціску) награваецца або астуджаецца, вонкавы пласт кварцавага шкла непасрэдна награваецца або пачынае астываць першым, а ўнутранае шкло награваецца (цеплаправоднасць пераносіць знешняе цяпло ўнутр) або пасля астуджаецца . Гэта стварае розніцу тэмператур паміж паверхняй і ўнутранай часткай кварцавага шкла. Пры награванні тэмпература паверхні непасрэдна нагрэтага кварцавага шкла высокая, а ўнутраная тэмпература кварцавага шкла, якое прымае цяпло, нізкая, у выніку чаго знешні пласт нагрэтага кварцавага шкла пашыраецца. Унутраная частка з больш нізкай тэмпературай спрабуе захаваць свой першапачатковы стан, перашкаджаючы пашырэнню вонкавага пласта. Такім чынам, унутры кварцавага шкла адбываецца пашырэнне і супрацьпашырэнне, ствараючы два тыпы напружання з-за ўзаемадзеяння: напружанне сціску і напружанне расцяжэння. Сіла, якая спрабуе прадухіліць пашырэнне вонкавага пласта кварцавага шкла ўнутр і дзейнічае на знешні пласт, называецца напругай сціску, у той час як сіла, якую дзейнічае знешні пласт кварцавага шкла, які пашыраецца ўнутр, вядомая як напружанне расцяжэння.

Паколькі трываласць на сціск кварцавага шкла значна перавышае яго трываласць на разрыў, унутраны і вонкавы пласты кварцавага шкла вытрымліваюць значныя перапады тэмператур пры награванні. Пры апрацоўцы лямпай кварцавае шкло можна непасрэдна награваць у вадародна-кіслародным полымі, не разбіваючы. І наадварот, калі кварцавае шкло, нагрэтае да 500°C або вышэй, змяшчаецца ў астуджальную ваду, яно лёгка трэскаецца.

Размеркаванне напружання, якое ствараецца пры апрацоўцы лямпай, прыкладна наступнае:

1. Напружанне пры вярчальным плаўленні Рукі аператара круцяць і плавяць шкляную трубку ў полымі факела. Паколькі шкляная трубка награваецца кручэннем, а не расплаўленай часткай, напружанне выяўляецца ў выглядзе круглых ліній.
2. Напружанне ў бакавым плаўленні Для адтулін, бакавых злучэнняў і папярочнай унутранай зваркі стрыжня кварцавых труб кварцавая трубка не круціцца, што прыводзіць да іншага размеркавання напружання, чым было згадана вышэй. У гэты час напружанне размяркоўваецца вакол расплаўленай часткі.
3. Напружанне ў кальцавых суставах Кальцавыя злучэнні адносяцца да зваркі ўнутранага стрыжня.
4. Напружанне ў запячатаных канцах куртачных вырабаў Кварцавыя інструментальныя курткі бываюць розных формаў, але ўсе яны запячатаныя. Напрыклад, у стандартнай прамой кандэнсатарнай трубцы, калі абодва канцы запячатаныя, напружанне прысутнічае не толькі на вонкавай абалонцы, але і на ўнутраным стрыжні, што прыводзіць да значнага напружання.

Велічыня напружання змяняецца ў залежнасці ад розніцы тэмператур і таўшчыні кварцавага шкла. Чым большая розніца тэмператур і чым тоўшчы шкло, тым большае напружанне. Таму зняцце стрэсу асабліва важна.

Цеплавое напружанне ў вырабах з кварцавага шкла можна падзяліць на часовае і пастаяннае.

Часовая нагрузка ўзнікае, калі змяненне тэмпературы шкла ніжэй тэмпературы кропкі дэфармацыі, што прыводзіць да нераўнамернага агульнага нагрэву з-за дрэннай цеплаправоднасці, што стварае пэўны цеплавы стрэс. Гэты тэрмічны стрэс існуе з-за розніцы тэмператур і вядомы як часовы стрэс.

Варта адзначыць, што, паколькі звычайна апрацоўваныя стрыжні з кварцавым стрыжнем ўтрымліваюць розныя хімічныя рэчывы, яны схільныя нераўнамернаму нагрэву. Такім чынам, пасля зрошчвання трэба выкарыстоўваць полымя для раўнамернага нагрэву корпуса стрыжня, робячы агульны тэмпературны градыент максімальна плыўным, значна зніжаючы часовае напружанне стрыжня з кварцавым стрыжнем.

Калі шкло астывае ад тэмпературы, якая перавышае тэмпературу кропкі дэфармацыі, цеплавое напружанне, выкліканае розніцай тэмператур, не знікае цалкам пасля астуджэння да пакаёвай тэмпературы, пакідаючы некаторую нагрузку ў шкле. Велічыня пастаяннага напружання залежыць ад хуткасці астуджэння вышэй тэмпературы кропкі дэфармацыі, глейкасці кварцавага шкла, каэфіцыента цеплавога пашырэння і таўшчыні прадукту.

Як згадвалася вышэй, пастаяннае напружанне, якое ўзнікае пасля апрацоўкі кварцавага стрыжня, уплывае на наступную апрацоўку і вытворчасць. Такім чынам, пастаяннае напружанне можна ліквідаваць толькі шляхам адпалу.

Як правіла, вырабы са шкла пасля апрацоўкі адпальваюць. Адпал адносіцца да працэсу тэрмічнай апрацоўкі паміж тэмпературай пераходу і тэмпературай кропкі дэфармацыі для ліквідацыі тэрмічнага стрэсу, які ўзнікае ў працэсе вытворчасці. Як правіла, чым большы каэфіцыент пашырэння шкла, чым большы дыяметр і больш складаны стан прадукту, тым больш моцнае напружанне. Як згадвалася раней, кварцавы стрыжань, які кантактуе, мае вялікі дыяметр і змяшчае стрыжні са змешаным стрыжнем, таму для зняцця напружання патрабуецца строгая тэрмічная апрацоўка.

У рэальным вытворчасці немагчыма цалкам ліквідаваць напружанне ў корпусе стрыжня падчас адпалу кварцавага стрыжня. Аднак рэшткавая колькасць настолькі малая, што яе нялёгка выявіць нават пад палярыскопам.

Тэарэтычна самая высокая тэмпература адпалу азначае, што 95% напружанне можа быць ліквідавана праз 3 хвіліны; самая нізкая тэмпература адпалу прыводзіць да зняцця напружання 5% праз 3 хвіліны. У вытворчай практыцы звычайна выкарыстоўваецца тэмпература на 50°C ніжэй самай высокай тэмпературы адпалу і на 100°C вышэй самай нізкай тэмпературы адпалу. Ёсць шмат спосабаў адпалу, але асноўны метад - гэта адпал у печы, якому і прысвечана дадзенае абмеркаванне.

У адпаведнасці з прынцыпам адпалу, згаданым вышэй, адпал кварцавага шкла дзеліцца на чатыры этапы: этап нагрэву, этап пастаяннай тэмпературы, этап астуджэння і этап натуральнага астуджэння.

1. Этап нагрэву Для кварцавага шкла гэтая праца заснавана на патрабаваннях да адпалу аптычных вырабаў. Увесь працэс нагрэву ўключае павольны нагрэў да 1100°C. Згодна з вопытам, павышэнне тэмпературы складае 4,5/R²°C/мін, дзе R - радыус вырабу з кварцавага шкла.
2. Стадыя пастаяннай тэмпературы Калі кварцавы стрыжань дасягае самай высокай тэмпературы адпалу, корпус печы падтрымліваецца пры пастаяннай тэмпературы, каб забяспечыць раўнамерны нагрэў прадукту, рыхтуючы яго да наступнага этапу астуджэння.
3. Стадыя астуджэння Каб ліквідаваць або стварыць вельмі невялікую пастаянную нагрузку падчас працэсу астуджэння кварцавага стрыжня, тэмпературу трэба павольна зніжаць, каб прадухіліць вялікі тэмпературны градыент. Хуткасці астуджэння наступныя:
   • Ад 1100°C да 950°C: 15°C/гадзіна
   • 950°C да 750°C: 30°C/гадзіна
   • Ад 750°C да 450°C: 60°C/гадзіна
4. Стадыя натуральнага астуджэння Пры тэмпературы ніжэй за 450°C электрычнасць печы для адпалу адключаецца, а навакольнае асяроддзе падтрымліваецца без змены асяроддзя ізаляцыі, пакуль яно натуральным чынам не астыне ніжэй за 100°C. Пры тэмпературы ніжэй за 100°C ізаляцыйнае асяроддзе раскрываецца і астуджаецца да пакаёвай тэмпературы.

Час і тэмпература, якія ўдзельнічаюць у вышэйзгаданых этапах, заснаваны на выніках тэарэтычнай і вытворчай практыкі. На малюнку 1 паказаны няўдалыя эксперыментальныя прадукты з-за нераўнамернага нагрэву, выкліканага занадта кароткім часам нагрэву або пастаяннай тэмпературы.

У працэсе вытворчасці і апрацоўкі кварцавага шкла напружанне існуе ў прадуктах на любым этапе, няхай гэта будзе часовае або пастаяннае. Такія метады, як «полымя», «HF кіслата» і «печ для адпалу», могуць выкарыстоўвацца для зняцця часовага напружання або памяншэння пастаяннага напружання. Выдаленне стрэсу мае вырашальнае значэнне для паляпшэння механічнай стабільнасці і аптычнай аднастайнасці кварцавых вырабаў.

У GlobalQT (Global Quartz Tube) мы спецыялізуемся на высакаякаснай вырабы з кварцавага шкла з наладжвальнымі рашэннямі для задавальнення вашых канкрэтных патрэбаў. Для атрымання дадатковай інфармацыі наведайце наш Вэб-сайт або звяжыцеся з намі па электроннай пошце па адрасе contact@globalquartztube.com.