Έρευνα για τις Τεχνικές Επεξεργασίας και Ανοπτήσεως Γυαλιού Χαλαζία

Αυτή η έρευνα σχετικά με τις τεχνικές επεξεργασίας και ανόπτησης γυαλιού χαλαζία στοχεύει στην παραγωγή οπτικών ινών και σε συναφή έργα. Επιδιώκει να βελτιώσει τη σταθερότητα των προϊόντων χαλαζία σε υψηλές και κανονικές θερμοκρασίες μέσω της πρακτικής, διασφαλίζοντας την ομαλή εφαρμογή των προϊόντων σε διάφορα σενάρια.

Το γυαλί χαλαζία ταξινομείται με μεθόδους επεξεργασίας, χρήσεις και εμφάνιση, όπως λιωμένο διαφανές γυαλί χαλαζία, λιωμένο γυαλί χαλαζία, διαφανές γυαλί χαλαζία επεξεργασμένο με αέριο, συνθετικό γυαλί χαλαζία, αδιαφανές γυαλί χαλαζία, γυαλί οπτικού χαλαζία, γυαλί χαλαζία για ημιαγωγούς και χαλαζία γυαλί για ηλεκτρικές πηγές φωτός. Αυτά χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες: διαφανή και αδιαφανή. Με βάση την καθαρότητα, χωρίζεται σε τρεις κατηγορίες: υψηλής καθαρότητας, συνηθισμένο και ντοπαρισμένο.

Η απουαλοποίηση γυαλιού χαλαζία ανθεκτικό σε υψηλή θερμοκρασία είναι εγγενές ελάττωμα. Το γυαλί χαλαζία έχει υψηλότερη εσωτερική ενέργεια από τον κρυσταλλικό χαλαζία, καθιστώντας το μια θερμοδυναμικά ασταθή μετασταθή κατάσταση. Τα μόρια SiO2 επιταχύνουν τη δόνηση και σχηματίζουν κρυστάλλους μετά από μακροχρόνια αναδιάταξη και προσανατολισμό. Η κρυστάλλωση εμφανίζεται κυρίως στην επιφάνεια, ακολουθούμενη από εσωτερικά ελαττώματα, καθώς αυτές οι περιοχές είναι επιρρεπείς σε μόλυνση, οδηγώντας σε τοπική συσσώρευση ιόντων ακαθαρσίας. Ειδικότερα, τα ιόντα αλκαλίων (όπως K, Na, Li, Ca, Mg) μειώνουν το ιξώδες όταν εισέρχονται στο δίκτυο, επιταχύνοντας την απουαλοποίηση.

Αυτό το άρθρο εξετάζει τα επεξεργασμένα εξαρτήματα χαλαζία, που καλύπτουν μόνο διαφανές συνθετικό γυαλί χαλαζία πυκνωτή.

Κατά την επεξεργασία του γυαλιού χαλαζία, συνήθως χρησιμοποιείται φλόγα υδρογόνου-οξυγόνου, με θερμοκρασία επεξεργασίας περίπου 1500-1600°C.

Το γυαλί είναι κακός αγωγός της θερμότητας. Όταν ένα κομμάτι γυαλιού χαλαζία (χωρίς πίεση) θερμαίνεται ή ψύχεται, το εξωτερικό στρώμα του γυαλιού χαλαζία θερμαίνεται απευθείας ή αρχίζει να ψύχεται πρώτα και το εσωτερικό γυαλί θερμαίνεται (η αγωγιμότητα θερμότητας μεταφέρει εξωτερική θερμότητα στο εσωτερικό) ή ψύχεται μετά . Αυτό δημιουργεί μια διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας και του εσωτερικού του γυαλιού χαλαζία. Όταν θερμαίνεται, η θερμοκρασία επιφάνειας του άμεσα θερμαινόμενου γυαλιού χαλαζία είναι υψηλή και η εσωτερική θερμοκρασία του γυαλιού χαλαζία που δέχεται θερμότητα είναι χαμηλή, προκαλώντας διαστολή του εξωτερικού στρώματος του θερμαινόμενου γυαλιού χαλαζία. Το εσωτερικό χαμηλότερης θερμοκρασίας προσπαθεί να διατηρήσει την αρχική του κατάσταση, εμποδίζοντας τη διαστολή του εξωτερικού στρώματος. Έτσι, η διαστολή και η αντιδιαστολή εμφανίζονται μέσα στο γυαλί χαλαζία, δημιουργώντας δύο τύπους τάσης λόγω αλληλεπίδρασης: θλιπτική τάση και τάση εφελκυσμού. Η δύναμη που προσπαθεί να εμποδίσει το εξωτερικό στρώμα του γυαλιού χαλαζία να διαστέλλεται προς τα μέσα και να ενεργεί στο εξωτερικό στρώμα ονομάζεται θλιπτική τάση, ενώ η δύναμη που ασκείται από το εξωτερικό στρώμα του γυαλιού χαλαζία που διαστέλλεται προς τα μέσα είναι γνωστή ως τάση εφελκυσμού.

Δεδομένου ότι η αντοχή σε θλίψη του γυαλιού χαλαζία είναι πολύ μεγαλύτερη από την αντοχή του στον εφελκυσμό, τα εσωτερικά και εξωτερικά στρώματα του γυαλιού χαλαζία μπορούν να αντέξουν σημαντικές διαφορές θερμοκρασίας κατά τη θέρμανση. Κατά την επεξεργασία με λάμπα, το γυαλί χαλαζία μπορεί να θερμανθεί απευθείας σε φλόγα υδρογόνου-οξυγόνου χωρίς να σπάσει. Αντίθετα, όταν το γυαλί χαλαζία που θερμαίνεται στους 500°C ή υψηλότερο τοποθετείται σε νερό ψύξης, ραγίζει εύκολα.

Η κατανομή της τάσης που δημιουργείται από την επεξεργασία του λαμπτήρα είναι περίπου η εξής:

1. Καταπόνηση σε περιστροφική τήξη Τα χέρια του χειριστή περιστρέφονται και λιώνουν τον γυάλινο σωλήνα στη φλόγα του φακού. Δεδομένου ότι ο γυάλινος σωλήνας θερμαίνεται με περιστροφή και όχι στο λιωμένο μέρος, η τάση εκδηλώνεται ως κυκλικές γραμμές.
2. Στρες στο Side Melting Για ανοίγματα, πλευρικές συνδέσεις και εγκάρσια συγκόλληση εσωτερικού πυρήνα σωλήνων χαλαζία, ο σωλήνας χαλαζία δεν περιστρέφεται, με αποτέλεσμα διαφορετική κατανομή τάσης από αυτή που αναφέρθηκε παραπάνω. Αυτή τη στιγμή, η τάση κατανέμεται γύρω από το λιωμένο μέρος.
3. Στρες στις αρθρώσεις των δακτυλίων Οι σύνδεσμοι δακτυλίου αναφέρονται στη συγκόλληση του εσωτερικού πυρήνα.
4. Άγχος στα σφραγισμένα άκρα των προϊόντων μπουφάν Τα προϊόντα τζάκετ οργάνων χαλαζία διατίθενται σε διάφορες μορφές αλλά είναι όλα σφραγισμένα. Για παράδειγμα, σε έναν τυπικό ευθύ σωλήνα συμπυκνωτή, όταν και τα δύο άκρα είναι σφραγισμένα, υπάρχει τάση όχι μόνο στο εξωτερικό περίβλημα αλλά και στον εσωτερικό πυρήνα, οδηγώντας σε σημαντική τάση.

Το μέγεθος της τάσης ποικίλλει ανάλογα με τη διαφορά θερμοκρασίας και το πάχος του γυαλιού χαλαζία. Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά θερμοκρασίας και όσο πιο παχύ είναι το γυαλί, τόσο μεγαλύτερη είναι η πίεση. Ως εκ τούτου, η απομάκρυνση του στρες είναι ιδιαίτερα σημαντική.

Η θερμική καταπόνηση στα προϊόντα από γυαλί χαλαζία μπορεί να χωριστεί σε προσωρινή και μόνιμη καταπόνηση.

Η προσωρινή καταπόνηση εμφανίζεται όταν η αλλαγή θερμοκρασίας του γυαλιού είναι κάτω από τη θερμοκρασία του σημείου παραμόρφωσης, με αποτέλεσμα την ανομοιόμορφη συνολική θερμότητα λόγω κακής θερμικής αγωγιμότητας, δημιουργώντας κάποια θερμική τάση. Αυτή η θερμική καταπόνηση υπάρχει λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας και είναι γνωστή ως προσωρινή καταπόνηση.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι επειδή οι ράβδοι πυρήνα χαλαζία που συνήθως επεξεργάζονται περιέχουν διαφορετικές χημικές ουσίες, είναι επιρρεπείς σε ανομοιόμορφη θέρμανση. Επομένως, μετά το μάτισμα, η φλόγα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για να θερμάνει ομοιόμορφα το σώμα της ράβδου, καθιστώντας τη συνολική κλίση θερμοκρασίας όσο το δυνατόν πιο ομαλή, μειώνοντας σημαντικά την προσωρινή τάση της ράβδου πυρήνα χαλαζία.

Όταν το γυαλί ψύχεται από πάνω από τη θερμοκρασία του σημείου παραμόρφωσης, η θερμική καταπόνηση που δημιουργείται από τη διαφορά θερμοκρασίας δεν εξαφανίζεται εντελώς μετά την ψύξη σε θερμοκρασία δωματίου, αφήνοντας κάποια τάση στο γυαλί. Το μέγεθος της μόνιμης τάσης εξαρτάται από τον ρυθμό ψύξης πάνω από τη θερμοκρασία του σημείου παραμόρφωσης, το ιξώδες του γυαλιού χαλαζία, τον συντελεστή θερμικής διαστολής και το πάχος του προϊόντος.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η μόνιμη τάση που δημιουργείται μετά την επεξεργασία της ράβδου χαλαζία επηρεάζει την επακόλουθη επεξεργασία και παραγωγή. Επομένως, το μόνιμο στρες μπορεί να εξαλειφθεί μόνο μέσω της ανόπτησης.

Γενικά, τα γυάλινα προϊόντα ανόπτονται μετά την επεξεργασία. Η ανόπτηση αναφέρεται σε μια διαδικασία θερμικής επεξεργασίας μεταξύ της θερμοκρασίας μετάβασης και της θερμοκρασίας του σημείου παραμόρφωσης για την εξάλειψη της θερμικής καταπόνησης που δημιουργείται κατά τη διαδικασία κατασκευής. Συνήθως, όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής διαστολής του γυαλιού, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος και όσο πιο σύνθετη είναι η κατάσταση του προϊόντος, τόσο πιο έντονη είναι η τάση. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η ράβδος χαλαζία που έρχεται σε επαφή έχει μεγάλη διάμετρο και περιέχει μικτές ράβδους πυρήνα, επομένως απαιτείται αυστηρή θερμική επεξεργασία για την απομάκρυνση της πίεσης.

Στην πραγματική παραγωγή, είναι αδύνατο να εξαλειφθεί εντελώς η πίεση μέσα στο σώμα της ράβδου κατά τη διάρκεια της ανόπτησης της ράβδου χαλαζία. Ωστόσο, η υπολειπόμενη ποσότητα είναι τόσο μικρή που δεν ανιχνεύεται εύκολα ακόμη και κάτω από ένα πολωροσκόπιο.

Θεωρητικά, η υψηλότερη θερμοκρασία ανόπτησης σημαίνει ότι 95% της τάσης μπορεί να εξαλειφθεί μετά από 3 λεπτά. η χαμηλότερη θερμοκρασία ανόπτησης οδηγεί σε απελευθέρωση τάσης 5% μετά από 3 λεπτά. Στην παραγωγική πρακτική, η συνήθως χρησιμοποιούμενη θερμοκρασία είναι 50°C χαμηλότερη από την υψηλότερη θερμοκρασία ανόπτησης και 100°C υψηλότερη από τη χαμηλότερη θερμοκρασία ανόπτησης. Υπάρχουν πολλοί τρόποι ανόπτησης, αλλά η κύρια μέθοδος είναι η ανόπτηση σε φούρνο, που είναι το επίκεντρο αυτής της συζήτησης.

Σύμφωνα με την αρχή της ανόπτησης που αναφέρθηκε παραπάνω, η ανόπτηση του γυαλιού χαλαζία χωρίζεται σε τέσσερα στάδια: στάδιο θέρμανσης, στάδιο σταθερής θερμοκρασίας, στάδιο ψύξης και στάδιο φυσικής ψύξης.

1. Στάδιο Θέρμανσης Για το γυαλί χαλαζία, αυτή η εργασία βασίζεται στις απαιτήσεις ανόπτησης των οπτικών προϊόντων. Η όλη διαδικασία θέρμανσης περιλαμβάνει αργή θέρμανση στους 1100°C. Σύμφωνα με την εμπειρία, η αύξηση της θερμοκρασίας είναι 4,5/R²°C/min, όπου R είναι η ακτίνα του προϊόντος από γυαλί χαλαζία.
2. Στάδιο σταθερής θερμοκρασίας Όταν η ράβδος χαλαζία φτάσει στην πραγματική υψηλότερη θερμοκρασία ανόπτησης, το σώμα του κλιβάνου διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία για να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη θέρμανση του προϊόντος, προετοιμάζοντάς το για το επόμενο βήμα ψύξης.
3. Στάδιο ψύξης Για την εξάλειψη ή την παραγωγή πολύ μικρής μόνιμης καταπόνησης κατά τη διαδικασία ψύξης της ράβδου χαλαζία, η θερμοκρασία θα πρέπει να μειωθεί αργά για να αποφευχθεί μια μεγάλη διαβάθμιση θερμοκρασίας. Οι ρυθμοί ψύξης είναι οι εξής:
   • 1100°C έως 950°C: 15°C/ώρα
   • 950°C έως 750°C: 30°C/ώρα
   • 750°C έως 450°C: 60°C/ώρα
4. Στάδιο Φυσικής Ψύξης Κάτω από τους 450°C, η τροφοδοσία του κλίβανου ανόπτησης απενεργοποιείται και το περιβάλλον διατηρείται χωρίς αλλαγή του περιβάλλοντος μόνωσης έως ότου κρυώσει φυσικά κάτω από τους 100°C. Κάτω από τους 100°C, το περιβάλλον μόνωσης ανοίγει και ψύχεται σε θερμοκρασία δωματίου.

Ο χρόνος και η θερμοκρασία που εμπλέκονται στα παραπάνω βήματα βασίζονται στα θεωρητικά αποτελέσματα και στα αποτελέσματα της πρακτικής παραγωγής. Το Σχήμα 1 δείχνει αποτυχημένα πειραματικά προϊόντα λόγω ανομοιόμορφης θέρμανσης που προκαλείται από πολύ σύντομη θέρμανση ή σταθερό χρόνο θερμοκρασίας.

Κατά τη διαδικασία παραγωγής και επεξεργασίας γυαλιού χαλαζία, υπάρχει πίεση στα προϊόντα σε οποιοδήποτε στάδιο, είτε προσωρινό είτε μόνιμο. Μέθοδοι όπως «φλόγα», «οξύ HF» και «φούρνος ανόπτησης» μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αφαίρεση της προσωρινής καταπόνησης ή τη μείωση της μόνιμης καταπόνησης. Η αφαίρεση της πίεσης είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της μηχανικής σταθερότητας και της οπτικής ομοιομορφίας των προϊόντων χαλαζία.

At GlobalQT (Global Quartz Tube), we specialize in high-quality quartz glass products with customizable solutions to meet your specific needs. For more information, visit our δικτυακός τόπος ή επικοινωνήστε μαζί μας μέσω email στο contact@globalquartztube.com.