Քվարց ապակու մշակման և կռելու տեխնիկայի հետազոտություն

Քվարցային ապակու մշակման և կռելու տեխնիկայի վերաբերյալ այս հետազոտությունն ուղղված է օպտիկամանրաթելային արտադրության և հարակից նախագծերին: Այն ձգտում է բարելավել քվարցային արտադրանքի կայունությունը բարձր և նորմալ ջերմաստիճաններում պրակտիկայի միջոցով՝ ապահովելով արտադրանքի սահուն կիրառումը տարբեր սցենարներում:

Քվարցային ապակին դասակարգվում է ըստ մշակման մեթոդների, օգտագործման և արտաքին տեսքի, ինչպիսիք են՝ միաձուլված թափանցիկ քվարցային ապակի, միաձուլված քվարցային ապակի, գազով զտված թափանցիկ քվարց ապակի, սինթետիկ քվարց ապակի, անթափանց քվարց ապակի, օպտիկական քվարց ապակի, կիսահաղորդիչների քվարց ապակի և քվարց: ապակի էլեկտրական լույսի աղբյուրների համար: Դրանք բաժանվում են երկու հիմնական կատեգորիայի՝ թափանցիկ և անթափանց: Ըստ մաքրության՝ այն բաժանվում է երեք կատեգորիայի՝ բարձր մաքրություն, սովորական և դոպինգ։

Բարձր ջերմաստիճանի դիմացկուն քվարցային ապակու ապավիտրացումը բնորոշ թերություն է: Քվարց ապակին ավելի բարձր ներքին էներգիա ունի, քան բյուրեղային քվարցը, ինչը այն դարձնում է թերմոդինամիկորեն անկայուն մետաստաբիլ վիճակ: SiO2 մոլեկուլները երկարատև վերադասավորումից և կողմնորոշումից հետո արագացնում են թրթռումը և բյուրեղներ ձևավորում։ Բյուրեղացումը հիմնականում տեղի է ունենում մակերեսի վրա, որին հաջորդում են ներքին թերությունները, քանի որ այդ տարածքները հակված են աղտոտման, ինչը հանգեցնում է կեղտոտ իոնների տեղայնացված կուտակմանը: Մասնավորապես, ալկալիների իոնները (օրինակ՝ K, Na, Li, Ca, Mg) նվազեցնում են մածուցիկությունը ցանց մտնելիս՝ արագացնելով ապավիտրացումը։

Այս հոդվածը քննարկում է մշակված քվարցային բաղադրիչները, որոնք ծածկում են միայն թափանցիկ սինթետիկ կոնդենսատորային քվարց ապակի:

Քվարցային ապակի մշակելիս սովորաբար օգտագործվում է ջրածնային-թթվածնային բոց, որի մշակման ջերմաստիճանը կազմում է մոտ 1500-1600°C:

Ապակին ջերմության վատ հաղորդիչ է: Երբ քվարցային ապակու մի կտոր (առանց ճնշման) ջեռուցվում կամ սառչում է, քվարցային ապակու արտաքին շերտը ուղղակիորեն տաքացվում է կամ սկսում է նախ սառչել, իսկ ներքին ապակին տաքացվում է (ջերմային հաղորդունակությունը արտաքին ջերմությունը փոխանցում է դեպի ներս) կամ դրանից հետո սառչում է։ . Սա ջերմաստիճանի տարբերություն է ստեղծում քվարցային ապակու մակերեսի և ինտերիերի միջև: Երբ ջեռուցվում է, ուղղակիորեն ջեռուցվող քվարցային ապակու մակերեսի ջերմաստիճանը բարձր է, իսկ քվարցային ապակու ջերմություն ընդունող ներքին ջերմաստիճանը ցածր է, ինչը հանգեցնում է ջեռուցվող քվարցային ապակու արտաքին շերտի ընդլայնմանը: Ցածր ջերմաստիճանի ինտերիերը փորձում է պահպանել իր սկզբնական վիճակը՝ խոչընդոտելով արտաքին շերտի ընդլայնմանը։ Այսպիսով, ընդլայնումը և հակաընդլայնումը տեղի են ունենում քվարցային ապակու ներսում՝ փոխազդեցության արդյունքում ստեղծելով երկու տեսակի սթրես՝ սեղմման և առաձգական սթրեսի: Այն ուժը, որը փորձում է կանխել քվարցային ապակու արտաքին շերտի ընդլայնումը դեպի ներս և ազդել արտաքին շերտի վրա, կոչվում է սեղմման լարվածություն, մինչդեռ քվարցային ապակու արտաքին շերտի կողմից ներթափանցվող ուժը հայտնի է որպես առաձգական սթրես:

Քանի որ քվարցային ապակու սեղմման ուժը շատ ավելի մեծ է, քան նրա առաձգական ուժը, քվարցային ապակու ներքին և արտաքին շերտերը կարող են դիմակայել ջերմաստիճանի զգալի տարբերություններին ջեռուցման ընթացքում: Լամպով մշակելիս քվարցային ապակին կարող է ուղղակիորեն տաքացնել ջրածնային-թթվածնային բոցի մեջ՝ առանց կոտրվելու։ Եվ հակառակը, երբ մինչև 500°C կամ ավելի տաքացվող քվարցային ապակին տեղադրվում է սառեցնող ջրի մեջ, այն հեշտությամբ ճաքում է:

Լամպերի մշակման արդյունքում առաջացած լարվածության բաշխումը մոտավորապես հետևյալն է.

1. Սթրեսը ռոտացիոն հալման ժամանակ Օպերատորի ձեռքերը պտտվում և հալեցնում են ապակե խողովակը ջահի կրակի մեջ: Քանի որ ապակե խողովակը ջեռուցվում է պտտման միջոցով, այլ ոչ թե հալած մասում, լարվածությունը դրսևորվում է շրջանաձև գծերի տեսքով:
2. Սթրեսը կողային հալման ժամանակ Բացումների, կողային միացումների և քվարցային խողովակների լայնակի ներքին միջուկի եռակցման դեպքում քվարցային խողովակը չի պտտվում, ինչը հանգեցնում է լարվածության տարբեր բաշխման, քան վերը նշվածը: Այս պահին լարվածությունը բաշխվում է հալած մասի շուրջ։
3. Սթրես օղակաձև հոդերի մեջ Օղակաձեւ հոդերը վերաբերում են ներքին միջուկի եռակցմանը:
4. Սթրես բաճկոնների արտադրանքի փակ ծայրերում Քվարցային գործիքների բաճկոնների արտադրանքները գալիս են տարբեր ձևերով, բայց բոլորը կնքված են: Օրինակ, ստանդարտ ուղիղ կոնդենսատոր խողովակում, երբ երկու ծայրերը կնքված են, լարվածությունը առկա է ոչ միայն արտաքին բաճկոնի, այլև ներքին միջուկի վրա, ինչը հանգեցնում է զգալի սթրեսի:

Սթրեսի մեծությունը տատանվում է ջերմաստիճանի տարբերությամբ և քվարցային ապակու հաստությամբ: Որքան մեծ է ջերմաստիճանի տարբերությունը և որքան հաստ է ապակին, այնքան մեծ է սթրեսը: Հետեւաբար, սթրեսի հեռացումը հատկապես կարեւոր է:

Ջերմային սթրեսը քվարցային ապակե արտադրանքներում կարելի է բաժանել ժամանակավոր սթրեսի և մշտական սթրեսի:

Ժամանակավոր սթրեսը տեղի է ունենում, երբ ապակու ջերմաստիճանի փոփոխությունը լարման կետի ջերմաստիճանից ցածր է, ինչը հանգեցնում է անհամաչափ ընդհանուր ջերմության՝ վատ ջերմահաղորդականության պատճառով՝ ստեղծելով որոշակի ջերմային սթրես: Այս ջերմային սթրեսը գոյություն ունի ջերմաստիճանի տարբերության պատճառով և հայտնի է որպես ժամանակավոր սթրես:

Հարկ է նշել, որ քանի որ սովորաբար մշակվող քվարցի միջուկի ձողերը պարունակում են տարբեր քիմիական նյութեր, դրանք հակված են անհավասար տաքացման: Հետևաբար, միաձուլումից հետո բոցը պետք է օգտագործվի գավազանի մարմինը հավասարաչափ տաքացնելու համար՝ ընդհանուր ջերմաստիճանի գրադիենտը հնարավորինս հարթ դարձնելու համար՝ զգալիորեն նվազեցնելով քվարցային միջուկի գավազանի ժամանակավոր լարվածությունը:

Երբ ապակին սառչում է լարվածության կետի ջերմաստիճանից բարձրից, ջերմաստիճանի տարբերության արդյունքում առաջացած ջերմային սթրեսն ամբողջությամբ չի անհետանում սենյակային ջերմաստիճանում սառչելուց հետո՝ թողնելով որոշակի լարվածություն ապակու մեջ: Մշտական լարվածության մեծությունը կախված է լարվածության կետի ջերմաստիճանից բարձր սառեցման արագությունից, քվարցային ապակու մածուցիկությունից, ջերմային ընդլայնման գործակիցից և արտադրանքի հաստությունից:

Ինչպես նշվեց վերևում, քվարցի ձողը մշակելուց հետո առաջացող մշտական սթրեսը ազդում է հետագա վերամշակման և արտադրության վրա: Հետեւաբար, մշտական սթրեսը կարող է վերացվել միայն եռացման միջոցով:

Ընդհանրապես, ապակե արտադրանքները մշակվելուց հետո կռվում են: Եռացումը վերաբերում է ջերմային մշակման գործընթացին անցումային ջերմաստիճանի և լարվածության կետի ջերմաստիճանի միջև՝ արտադրության գործընթացում առաջացած ջերմային սթրեսը վերացնելու համար: Սովորաբար, որքան մեծ է ապակու ընդլայնման գործակիցը, այնքան մեծ է տրամագիծը և որքան բարդ է արտադրանքի վիճակը, այնքան ուժեղ է սթրեսը: Ինչպես արդեն նշվեց, որձաձողը, որի հետ շփվել է, ունի մեծ տրամագիծ և պարունակում է խառը միջուկային ձողեր, ուստի լարվածությունը հեռացնելու համար պահանջվում է խիստ ջերմային բուժում:

Իրական արտադրության մեջ անհնար է ամբողջությամբ վերացնել լարվածությունը ձողի մարմնի ներսում քվարցային ձողի եռացման ժամանակ: Այնուամենայնիվ, մնացորդային քանակությունը այնքան փոքր է, որ այն հեշտությամբ չի հայտնաբերվում նույնիսկ բևեռասկոպով:

Տեսականորեն, եռացման ամենաբարձր ջերմաստիճանը նշանակում է, որ 95% սթրեսը կարող է վերացվել 3 րոպե հետո; եռացման ամենացածր ջերմաստիճանը հանգեցնում է 5% սթրեսի ազատմանը 3 րոպե հետո: Արտադրական պրակտիկայում սովորաբար օգտագործվող ջերմաստիճանը 50°C-ով ցածր է եռացման ամենաբարձր ջերմաստիճանից և 100°C-ով բարձր, քան եռացման ամենացածր ջերմաստիճանը: Գոյություն ունեն եռացման բազմաթիվ եղանակներ, սակայն հիմնական մեթոդը հնոցում եռացումն է, որն այս քննարկման առանցքն է:

Համաձայն վերը նշված եռացման սկզբունքի՝ քվարցային ապակու եռացումը բաժանվում է չորս փուլի՝ տաքացման փուլ, մշտական ջերմաստիճանի փուլ, հովացման փուլ և բնական հովացման փուլ։

1. Ջեռուցման փուլ Քվարցային ապակու համար այս աշխատանքը հիմնված է օպտիկական արտադրանքի եռացման պահանջների վրա: Ամբողջ ջեռուցման գործընթացը ներառում է դանդաղ տաքացում մինչև 1100°C: Ըստ փորձի, ջերմաստիճանի բարձրացումը 4,5/R²°C/րոպե է, որտեղ R-ը քվարցային ապակու արտադրանքի շառավիղն է։
2. Մշտական ջերմաստիճանի փուլ Երբ քվարցային ձողը հասնում է եռացման իրական ամենաբարձր ջերմաստիճանին, վառարանի մարմինը պահվում է մշտական ջերմաստիճանում, որպեսզի ապահովվի արտադրանքի միատեսակ ջեռուցում՝ նախապատրաստելով այն հովացման հաջորդ քայլին:
3. Սառեցման փուլ Քվարցային ձողի հովացման գործընթացում շատ քիչ մշտական սթրեսը վերացնելու կամ առաջացնելու համար ջերմաստիճանը պետք է դանդաղ իջեցվի՝ կանխելու մեծ ջերմաստիճանի գրադիենտը: Սառեցման տեմպերը հետևյալն են.
   • 1100°C-ից մինչև 950°C՝ 15°C/ժամ
   • 950°C-ից մինչև 750°C՝ 30°C/ժամ
   • 750°C-ից մինչև 450°C՝ 60°C/ժամ
4. Բնական սառեցման փուլ 450°C-ից ցածր հոսանքալցման վառարանն անջատված է, և շրջակա միջավայրը պահպանվում է առանց մեկուսացման միջավայրը փոխելու, մինչև այն բնականաբար սառչի մինչև 100°C-ից ցածր: 100°C-ից ցածր ջերմամեկուսիչ միջավայրը բացվում է, և այն սառչում է մինչև սենյակային ջերմաստիճան:

Վերոնշյալ քայլերում ներգրավված ժամանակը և ջերմաստիճանը հիմնված են տեսական և արտադրական պրակտիկայի արդյունքների վրա: Գծապատկեր 1-ը ցույց է տալիս անհաջող փորձնական արտադրանքը անհավասար տաքացման պատճառով, որը առաջացել է չափազանց կարճ տաքացման կամ մշտական ջերմաստիճանի ժամանակի պատճառով:

Քվարցային ապակու արտադրության և մշակման գործընթացում արտադրանքի մեջ սթրես կա ցանկացած փուլում՝ լինի ժամանակավոր, թե մշտական: Ժամանակավոր սթրեսը հեռացնելու կամ մշտական սթրեսը նվազեցնելու համար կարող են օգտագործվել այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են «բոցը», «HF թթու» և «եռացման վառարանը»: Սթրեսի հեռացումը շատ կարևոր է քվարցային արտադրանքի մեխանիկական կայունությունը և օպտիկական միատեսակությունը բարելավելու համար:

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 կայք կամ կապվեք մեզ հետ էլ contact@globalquartztube.com.