Истражување за техники на обработка и жарење на кварцно стакло

Ова истражување за техниките на обработка и жарење на кварцното стакло е насочено кон производство на оптички влакна и сродни проекти. Тој се стреми да ја подобри стабилноста на кварцните производи на високи и нормални температури преку пракса, обезбедувајќи непречена примена на производите во различни сценарија.

Кварцното стакло се класифицира според методите на обработка, употребата и изгледот, како што се сплотено проѕирно кварценско стакло, сплотено кварценско стакло, проѕирно кварценско стакло рафинирано со гас, синтетичко кварценско стакло, непроѕирно кварценско стакло, оптичко кварцен стакло, кварцен стакло за полупроводници и кварц стакло за електрични извори на светлина. Тие се поделени во две главни категории: транспарентни и непроѕирни. Врз основа на чистотата, таа е поделена во три категории: висока чистота, обична и допирана.

Девитрификацијата на кварцното стакло отпорно на висока температура е вроден дефект. Кварцното стакло има повисока внатрешна енергија од кристалниот кварц, што го прави термодинамички нестабилна метастабилна состојба. Молекулите на SiO2 ги забрзуваат вибрациите и формираат кристали по долгорочно преуредување и ориентација. Кристализацијата главно се јавува на површината, проследена со внатрешни дефекти, бидејќи овие области се склони кон контаминација, што доведува до локализирана акумулација на јони на нечистотија. Особено, алкалните јони (како што се K, Na, Li, Ca, Mg) ја намалуваат вискозноста кога влегуваат во мрежата, забрзувајќи ја девитрификацијата.

Овој труд ги разгледува обработените кварцни компоненти, покривајќи само проѕирно синтетичко кондензаторско кварцно стакло.

Кога се обработува кварцното стакло, обично се користи пламен од водород-кислород, со температура на обработка од околу 1500-1600°C.

Стаклото е лош спроводник на топлина. Кога парче кварцен стакло (без притисок) се загрева или лади, надворешниот слој на кварцното стакло директно се загрева или почнува прво да се лади, а внатрешното стакло се загрева (спроводливоста на топлината ја пренесува надворешната топлина во внатрешноста) или се лади потоа . Ова создава температурна разлика помеѓу површината и внатрешноста на кварцното стакло. Кога се загрева, температурата на површината на директно загреаното кварцен стакло е висока, а внатрешната температура на кварцното стакло што прима топлина е ниска, што предизвикува проширување на надворешниот слој на загреаното кварцен стакло. Внатрешноста со пониска температура се обидува да ја задржи првобитната состојба, попречувајќи го проширувањето на надворешниот слој. Така, експанзијата и анти-експанзијата се случуваат во кварцното стакло, создавајќи два вида напрегање поради интеракцијата: притисок на притисок и стрес на истегнување. Силата што се обидува да го спречи надворешниот слој на кварцното стакло да се прошири навнатре и да делува на надворешниот слој се нарекува притисок на притисок, додека силата што ја врши надворешниот слој на кварцното стакло што се шири навнатре е позната како напрегање на затегнување.

Бидејќи јакоста на притисок на кварцното стакло е многу поголема од неговата цврстина на истегнување, внатрешниот и надворешниот слој на кварцното стакло можат да издржат значителни температурни разлики за време на загревањето. Кога се обработува со светилка, кварцното стакло може директно да се загрее во пламен од водород-кислород без да се скрши. Спротивно на тоа, кога кварцното стакло загреано на 500°C или повеќе се става во вода за ладење, лесно пука.

Распределбата на стресот генерирана од обработката на светилката е приближно како што следува:

1. Стрес во ротационото топење Рацете на операторот се ротираат и ја топат стаклената цевка во пламенот на факелот. Бидејќи стаклената цевка се загрева со ротација наместо во стопениот дел, стресот се манифестира како кружни линии.
2. Стрес во странично топење За отворите, страничните врски и заварувањето со попречно внатрешно јадро на кварцните цевки, кварцната цевка не се ротира, што резултира со различна распределба на стресот од споменатата погоре. Во тоа време, стресот се дистрибуира околу стопениот дел.
3. Стрес во прстенести зглобови Зглобовите на прстените се однесуваат на заварување на внатрешното јадро.
4. Стрес во запечатените краеви на производите од јакна Производите за јакни со инструменти од кварц доаѓаат во различни форми, но сите се запечатени. На пример, во стандардна права цевка за кондензатор, кога двата краја се запечатени, стресот е присутен не само на надворешната обвивка, туку и на внатрешното јадро, што доведува до значителен стрес.

Големината на напрегањето варира со температурната разлика и дебелината на кварцното стакло. Колку е поголема температурната разлика и колку е подебело стаклото, толку е поголем стресот. Затоа, отстранувањето на стресот е особено важно.

Термичкиот стрес во производите од кварцно стакло може да се подели на привремен стрес и постојан стрес.

Привремениот стрес се јавува кога промената на температурата на стаклото е под температурата на точката на напрегање, што резултира со нерамномерна вкупна топлина поради слабата топлинска спроводливост, создавајќи одреден термички стрес. Овој термички стрес постои поради температурната разлика и е познат како привремен стрес.

Треба да се напомене дека со оглед на тоа што вообичаено обработените шипки со кварцно јадро содржат различни хемиски супстанции, тие се склони кон нерамномерно загревање. Затоа, по спојувањето, пламенот треба да се користи за рамномерно загревање на телото на шипката, правејќи го целокупниот температурен градиент што е можно помазен, значително намалувајќи го привремениот стрес на кварцната шипка.

Кога стаклото се лади над температурата на точката на напрегање, термичкиот стрес генериран од температурната разлика не исчезнува целосно по ладењето на собна температура, оставајќи одреден стрес во стаклото. Големината на постојан стрес зависи од стапката на ладење над температурата на точката на напрегање, вискозноста на кварцното стакло, коефициентот на термичка експанзија и дебелината на производот.

Како што споменавме погоре, постојаниот стрес генериран по обработката на кварцната шипка влијае на последователната обработка и производство. Затоа, постојаниот стрес може да се елиминира само преку жарење.

Општо земено, стаклените производи се варат по обработката. Греењето се однесува на процес на термичка обработка помеѓу преодната температура и температурата на точката на напрегање за да се елиминира термичкиот стрес создаден за време на производниот процес. Вообичаено, колку е поголем коефициентот на експанзија на стаклото, толку е поголем дијаметарот и колку е посложена состојбата на производот, толку е посилен стресот. Како што беше споменато претходно, контактираната кварцна прачка има голем дијаметар и содржи мешани јадра, па затоа е потребна строга термичка обработка за да се отстрани стресот.

Во вистинското производство, невозможно е целосно да се елиминира стресот во телото на шипката за време на жарењето на кварцната прачка. Сепак, преостанатата количина е толку мала што не може лесно да се открие дури и под поларископ.

Теоретски, највисоката температура на жарење значи дека 95% од напрегањето може да се елиминира по 3 минути; најниската температура на жарење резултира со ослободување на стресот од 5% по 3 минути. Во производствената практика, најчесто користената температура е 50°C пониска од највисоката температура на жарење и 100°C повисока од најниската температура на жарење. Постојат многу начини за жарење, но главниот метод е жарење во печка, што е во фокусот на оваа дискусија.

Според принципот на жарење споменат погоре, жарењето на кварцното стакло е поделено во четири фази: фаза на загревање, фаза на постојана температура, фаза на ладење и фаза на природно ладење.

1. Фаза на греење За кварцното стакло, оваа работа се заснова на барањата за жарење на оптичките производи. Целиот процес на загревање вклучува бавно загревање до 1100°C. Според искуството, порастот на температурата е 4,5/R²°C/min, каде што R е радиусот на производот од кварцното стакло.
2. Стадиум на постојана температура Кога кварцната прачка ќе ја достигне вистинската највисока температура на жарење, телото на печката се одржува на константна температура за да се обезбеди рамномерно загревање на производот, подготвувајќи го за следниот чекор на ладење.
3. Фаза на ладење За да се елиминира или да се произведе многу мал постојан стрес за време на процесот на ладење на кварцната шипка, температурата треба полека да се намалува за да се спречи голем температурен градиент. Стапките на ладење се како што следува:
   • 1100°C до 950°C: 15°C/час
   • 950°C до 750°C: 30°C/час
   • 750°C до 450°C: 60°C/час
4. Фаза на природно ладење Под 450°C, напојувањето на печката за жарење се исклучува, а околината се одржува без промена на изолационата средина додека не се излади природно на под 100°C. Под 100°C се отвора изолационата средина и се лади на собна температура.

Времето и температурата вклучени во горенаведените чекори се засноваат на теоретски и резултати од производната практика. Слика 1 покажува неуспешни експериментални производи поради нерамномерно загревање предизвикано од премногу кратко загревање или константна температура.

Во процесот на производство и преработка на кварцното стакло, стресот постои кај производите во која било фаза, без разлика дали е привремена или постојана. За отстранување на привремениот стрес или намалување на постојаниот стрес, може да се користат методи како што се „пламен“, „HF киселина“ и „печка за жарење“. Отстранувањето на стресот е клучно за подобрување на механичката стабилност и оптичката униформност на кварцните производи.

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 веб-страница или контактирајте со нас преку е-пошта на contact@globalquartztube.com.