Kutatás a kvarcüveg feldolgozási és izzítási technikáiról

Ez a kvarcüveg feldolgozási és izzítási technikáival foglalkozó kutatás az optikai szálak gyártására és a kapcsolódó projektekre irányul. A kvarctermékek stabilitásának javítására törekszik magas és normál hőmérsékleten a gyakorlat révén, biztosítva a termékek zökkenőmentes alkalmazását különböző forgatókönyvekben.

A kvarcüveget feldolgozási módszerek, felhasználások és megjelenés szerint osztályozzák, például olvasztott átlátszó kvarcüveg, olvasztott kvarcüveg, gázfinomított átlátszó kvarcüveg, szintetikus kvarcüveg, átlátszatlan kvarcüveg, optikai kvarcüveg, kvarcüveg félvezetőkhöz és kvarc üveg elektromos fényforrásokhoz. Ezek két fő kategóriába sorolhatók: átlátszó és átlátszatlan. A tisztaság alapján három kategóriába sorolható: nagy tisztaságú, közönséges és adalékolt.

A magas hőmérsékletnek ellenálló kvarcüveg devitrifikációja eredendő hiba. A kvarcüvegnek nagyobb a belső energiája, mint a kristályos kvarcnak, így termodinamikailag instabil metastabil állapot. A SiO2 molekulák felgyorsítják a vibrációt és hosszú távú átrendeződés és orientáció után kristályokat képeznek. A kristályosodás elsősorban a felületen történik, majd belső hibák következnek be, mivel ezek a területek hajlamosak a szennyeződésre, ami a szennyező ionok lokális felhalmozódásához vezet. Különösen az alkáli ionok (például K, Na, Li, Ca, Mg) csökkentik a viszkozitást, amikor belépnek a hálózatba, felgyorsítva a devitrifikációt.

Ez a cikk a feldolgozott kvarc alkatrészeket tárgyalja, és csak az átlátszó szintetikus kondenzátoros kvarcüvegre terjed ki.

A kvarcüveg feldolgozásakor jellemzően hidrogén-oxigén lángot használnak, amelynek feldolgozási hőmérséklete körülbelül 1500-1600 °C.

Az üveg rossz hővezető. Amikor egy darab kvarcüveget (nyomás nélkül) felmelegítünk vagy lehűtünk, a kvarcüveg külső rétege közvetlenül felmelegszik vagy először hűlni kezd, majd a belső üveg felmelegszik (a hővezetés átadja a külső hőt a belsejébe) vagy lehűl utána. . Ez hőmérséklet-különbséget hoz létre a kvarcüveg felülete és belseje között. Melegítéskor a közvetlenül fűtött kvarcüveg felületi hőmérséklete magas, a hőt fogadó kvarcüveg belső hőmérséklete alacsony, ami a fűtött kvarcüveg külső rétegének kitágulását okozza. Az alacsonyabb hőmérsékletű belső tér igyekszik megőrizni eredeti állapotát, akadályozva a külső réteg tágulását. Így a tágulás és az anti-tágulás a kvarcüvegen belül történik, ami kétféle feszültséget hoz létre a kölcsönhatás következtében: nyomófeszültség és húzófeszültség. Azt az erőt, amely megakadályozza, hogy a kvarcüveg külső rétege befelé táguljon, és a külső rétegre hat, nyomófeszültségnek, míg a kvarcüveg külső rétegének befelé táguló rétege által kifejtett erőt húzófeszültségnek nevezzük.

Mivel a kvarcüveg nyomószilárdsága jóval nagyobb, mint a szakítószilárdsága, a kvarcüveg belső és külső rétege jelentős hőmérséklet-különbségeket képes ellenállni a hevítés során. Lámpával történő feldolgozáskor a kvarcüveg közvetlenül felmelegíthető hidrogén-oxigén lángban, törés nélkül. Ezzel szemben, ha az 500 °C-ra vagy magasabb hőmérsékletre melegített kvarcüveget hűtővízbe helyezik, könnyen megreped.

A lámpafeldolgozás által generált feszültségeloszlás nagyjából a következő:

1. Stressz a rotációs olvadásban A kezelő keze forgatja és megolvasztja az üvegcsövet a fáklya lángjában. Mivel az üvegcsövet nem az olvadt alkatrészben, hanem a forgásban melegítik, a feszültség körkörös vonalakban nyilvánul meg.
2. Stressz az oldalsó olvadásban Kvarccsövek nyílásainál, oldalsó csatlakozásainál és keresztirányú belső maghegesztésénél a kvarccső nem forog, ami a fent említetttől eltérő feszültségeloszlást eredményez. Ekkor a feszültség eloszlik az olvadt rész körül.
3. Stressz a gyűrűs ízületekben A gyűrűs csatlakozások a belső mag hegesztésére utalnak.
4. Stressz a kabáttermékek lezárt végeiben A kvarc hangszerköpeny-termékek különféle formákban kaphatók, de mindegyik lepecsételt. Például egy szabványos egyenes kondenzátorcsőben, ha mindkét vége le van zárva, nem csak a külső köpenyen van feszültség, hanem a belső magon is, ami jelentős feszültséghez vezet.

A feszültség nagysága a hőmérséklet-különbségtől és a kvarcüveg vastagságától függően változik. Minél nagyobb a hőmérsékletkülönbség és minél vastagabb az üveg, annál nagyobb a feszültség. Ezért a stressz eltávolítása különösen fontos.

A kvarcüveg termékekben fellépő hőfeszültség átmeneti feszültségre és tartós feszültségre osztható.

Átmeneti feszültség akkor lép fel, ha az üveg hőmérsékletváltozása a deformációs pont hőmérséklete alatt van, ami a rossz hővezető képesség miatt egyenetlen összhőt eredményez, ami bizonyos hőfeszültséget hoz létre. Ez a hőfeszültség a hőmérséklet-különbség miatt jön létre, és átmeneti feszültségnek nevezik.

Meg kell jegyezni, hogy mivel az általában feldolgozott kvarc magrudak különböző vegyi anyagokat tartalmaznak, hajlamosak az egyenetlen melegítésre. Ezért az összeillesztés után a lángot a rúdtest egyenletes felmelegítésére kell használni, hogy az általános hőmérsékleti gradienst a lehető legsimább legyen, jelentősen csökkentve a kvarcmag rúd átmeneti feszültségét.

Amikor az üveg a deformációs pont feletti hőmérsékletről lehűl, a hőmérséklet-különbség által keltett hőfeszültség szobahőmérsékletre hűlés után nem tűnik el teljesen, így némi feszültség marad az üvegben. Az állandó feszültség nagysága függ a nyúlási pont hőmérséklete feletti hűtési sebességtől, a kvarcüveg viszkozitásától, a hőtágulási együtthatótól és a termék vastagságától.

Mint fentebb említettük, a kvarcrúd feldolgozása után keletkező állandó feszültség befolyásolja a későbbi feldolgozást és gyártást. Ezért a tartós feszültséget csak izzítással lehet megszüntetni.

Általában az üvegtermékeket a feldolgozás után lágyítják. A lágyítás az átmeneti hőmérséklet és a nyúlási pont hőmérséklete közötti hőkezelési folyamatra utal, a gyártási folyamat során keletkező hőfeszültség kiküszöbölésére. Jellemzően minél nagyobb az üveg tágulási együtthatója, minél nagyobb az átmérője és minél összetettebb a termék állapota, annál nagyobb a feszültség. Mint korábban említettük, az érintkezésbe kerülő kvarc rúd nagy átmérőjű és vegyes magrudakat tartalmaz, ezért szigorú hőkezelés szükséges a feszültség eltávolításához.

A tényleges gyártás során lehetetlen teljesen kiküszöbölni a rúdtesten belüli feszültséget a kvarcrúd izzítása során. A maradék mennyiség azonban olyan kicsi, hogy még polariszkóp alatt sem könnyen észlelhető.

Elméletileg a legmagasabb lágyítási hőmérséklet azt jelenti, hogy a feszültség 95%-a 3 perc után kiküszöbölhető; a legalacsonyabb hőkezelési hőmérséklet 5% feszültségoldást eredményez 3 perc után. A gyártási gyakorlatban az általánosan használt hőmérséklet 50 °C-kal alacsonyabb, mint a legmagasabb lágyítási hőmérséklet, és 100 °C-kal magasabb, mint a legalacsonyabb lágyítási hőmérséklet. Számos módja van az izzításnak, de a fő módszer a kemencében történő izzítás, amely ennek a vitának a középpontjában áll.

A fent említett lágyítási elv szerint a kvarcüveg izzítása négy szakaszra oszlik: fűtési szakasz, állandó hőmérsékletű szakasz, hűtési szakasz és természetes hűtési szakasz.

1. Fűtési szakasz A kvarcüveg esetében ez a munka az optikai termékek izzítási követelményein alapul. A teljes melegítési folyamat lassú, 1100 °C-ra történő melegítést foglal magában. A tapasztalatok szerint a hőmérséklet-emelkedés 4,5/R²°C/perc, ahol R a kvarcüveg termék sugara.
2. Állandó hőmérsékleti szakasz Amikor a kvarcrúd eléri a tényleges legmagasabb izzítási hőmérsékletet, a kemence testét állandó hőmérsékleten tartják, hogy biztosítsák a termék egyenletes melegítését, előkészítve azt a következő hűtési lépésre.
3. Hűtési szakasz A kvarcrúd hűtési folyamata során fellépő állandó feszültség kiküszöbölése vagy nagyon csekély előidézése érdekében a hőmérsékletet lassan kell csökkenteni, hogy elkerüljük a nagy hőmérsékleti gradienst. A hűtési sebességek a következők:
   • 1100°C és 950°C között: 15°C/óra
   • 950°C és 750°C között: 30°C/óra
   • 750°C-tól 450°C-ig: 60°C/óra
4. Természetes hűtési szakasz 450 °C alatt az izzító kemence áramellátása le van kapcsolva, és a környezet a szigetelési környezet megváltoztatása nélkül megmarad, amíg az természetes módon 100 °C alá nem hűl. 100°C alatt a szigetelési környezet megnyílik, és szobahőmérsékletre hűl.

A fenti lépésekben alkalmazott idő és hőmérséklet elméleti és gyártási gyakorlati eredményeken alapul. Az 1. ábra a túl rövid melegítési idő vagy az állandó hőmérsékleti idő miatti egyenetlen melegítés miatt sikertelen kísérleti termékeket mutat be.

A kvarcüveg gyártási és feldolgozási folyamata során a termékek bármely szakaszában, akár ideiglenesen, akár tartósan, feszültség lép fel. Az olyan módszerek, mint a „láng”, „HF sav” és „égetőkemence”, használhatók az átmeneti feszültség eltávolítására vagy az állandó feszültség csökkentésére. A feszültség eltávolítása kulcsfontosságú a kvarctermékek mechanikai stabilitásának és optikai egyenletességének javításához.

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 weboldal vagy vegye fel velünk a kapcsolatot e-mailben a címen contact@globalquartztube.com.