Cercetări privind tehnicile de prelucrare și recoacere a sticlei de cuarț

Această cercetare privind tehnicile de prelucrare și recoacere a sticlei de cuarț vizează producția de fibre optice și proiecte conexe. Se urmărește să îmbunătățească stabilitatea produselor din cuarț la temperaturi ridicate și normale prin practică, asigurând aplicarea lină a produselor în diferite scenarii.

Sticla de cuarț este clasificată după metode de prelucrare, utilizări și aspect, cum ar fi sticlă de cuarț topită transparentă, sticlă de cuarț topită, sticlă de cuarț transparentă rafinată cu gaz, sticlă de cuarț sintetică, sticlă de cuarț opac, sticlă de cuarț optic, sticlă de cuarț pentru semiconductori și sticlă de cuarț. sticla pentru surse de lumina electrica. Acestea sunt împărțite în două categorii principale: transparente și opace. Pe baza purității, este împărțit în trei categorii: puritate ridicată, obișnuit și dopat.

Devitrificarea sticlei de cuarț rezistentă la temperaturi ridicate este un defect inerent. Sticla de cuarț are o energie internă mai mare decât cuarțul cristalin, ceea ce o face o stare metastabilă termodinamic instabilă. Moleculele de SiO2 accelerează vibrația și formează cristale după rearanjare și orientare pe termen lung. Cristalizarea are loc în principal la suprafață, urmată de defecte interne, deoarece aceste zone sunt predispuse la contaminare, ducând la acumularea localizată de ioni de impurități. În special, ionii alcalini (cum ar fi K, Na, Li, Ca, Mg) reduc vâscozitatea la intrarea în rețea, accelerând devitrificarea.

Această lucrare discută componentele de cuarț prelucrate, acoperind doar sticla de cuarț sintetică transparentă.

Când se prelucrează sticla de cuarț, se utilizează de obicei o flacără de hidrogen-oxigen, cu o temperatură de procesare de aproximativ 1500-1600°C.

Sticla este un slab conductor de căldură. Când o bucată de sticlă de cuarț (fără presiune) este încălzită sau răcită, stratul exterior al sticlei de cuarț este încălzit direct sau începe să se răcească mai întâi, iar sticla internă este încălzită (conducția căldurii transferă căldura externă în interior) sau răcită ulterior. . Acest lucru creează o diferență de temperatură între suprafața și interiorul sticlei de cuarț. Când este încălzită, temperatura suprafeței sticlei de cuarț încălzită direct este ridicată, iar temperatura internă a sticlei de cuarț care primește căldură este scăzută, determinând extinderea stratului exterior al sticlei de cuarț încălzite. Interiorul cu temperatură mai scăzută încearcă să-și mențină starea inițială, împiedicând expansiunea stratului exterior. Astfel, expansiunea și anti-expansiunea apar în interiorul sticlei de cuarț, creând două tipuri de solicitări datorită interacțiunii: efort de compresiune și efort de tracțiune. Forța care încearcă să împiedice stratul exterior de sticlă de cuarț să se extindă spre interior și să acționeze asupra stratului exterior se numește efort de compresiune, în timp ce forța exercitată de stratul exterior de sticlă de cuarț care se extinde spre interior este cunoscută ca efort de tracțiune.

Deoarece rezistența la compresiune a sticlei de cuarț este mult mai mare decât rezistența sa la tracțiune, straturile interioare și exterioare ale sticlei de cuarț pot rezista la diferențe semnificative de temperatură în timpul încălzirii. Când se prelucrează cu o lampă, sticla de cuarț poate fi încălzită direct într-o flacără de hidrogen-oxigen fără a se rupe. În schimb, atunci când sticla de cuarț încălzită la 500°C sau mai mult este plasată în apă de răcire, se sparge ușor.

Distribuția stresului generată de procesarea lămpii este aproximativ după cum urmează:

1. Stresul în topirea rotațională Mâinile operatorului se rotesc și topesc tubul de sticlă în flacăra pistoletului. Deoarece tubul de sticlă este încălzit prin rotație mai degrabă decât în partea topită, stresul se manifestă ca linii circulare.
2. Stresul în topirea laterală Pentru deschideri, conexiuni laterale și sudarea transversală a miezului interior al tuburilor de cuarț, tubul de cuarț nu se rotește, rezultând o distribuție diferită a tensiunii decât cea menționată mai sus. În acest moment, stresul este distribuit în jurul piesei topite.
3. Stresul în articulațiile inelare Îmbinările inelare se referă la sudarea miezului interior.
4. Stresul la capetele sigilate ale produselor jachete Produsele jachete pentru instrumente de cuarț vin în diferite forme, dar toate sunt sigilate. De exemplu, într-un tub condensator drept standard, atunci când ambele capete sunt sigilate, stresul este prezent nu numai pe mantaua exterioară, ci și pe miezul interior, ceea ce duce la stres semnificativ.

Mărimea tensiunii variază în funcție de diferența de temperatură și grosimea sticlei de cuarț. Cu cât diferența de temperatură este mai mare și cu cât sticla este mai groasă, cu atât stresul este mai mare. Prin urmare, eliminarea stresului este deosebit de importantă.

Stresul termic din produsele din sticlă de cuarț poate fi împărțit în stres temporar și stres permanent.

Stresul temporar apare atunci când schimbarea temperaturii sticlei este sub temperatura punctului de deformare, rezultând căldură totală neuniformă din cauza conductibilității termice slabe, creând un anumit stres termic. Acest stres termic există din cauza diferenței de temperatură și este cunoscut sub numele de stres temporar.

Trebuie remarcat faptul că, deoarece tijele de miez de cuarț procesate de obicei conțin diferite substanțe chimice, acestea sunt predispuse la încălzire neuniformă. Prin urmare, după îmbinare, flacăra trebuie utilizată pentru a încălzi uniform corpul tijei, făcând gradientul general de temperatură cât mai neted posibil, reducând în mod semnificativ stresul temporar al tijei miezului de cuarț.

Când sticla se răcește de peste temperatura punctului de deformare, stresul termic generat de diferența de temperatură nu dispare complet după răcire la temperatura camerei, lăsând o oarecare stres în sticlă. Mărimea tensiunii permanente depinde de viteza de răcire peste temperatura punctului de deformare, de vâscozitatea sticlei de cuarț, de coeficientul de dilatare termică și de grosimea produsului.

După cum sa menționat mai sus, stresul permanent generat după prelucrarea tijei de cuarț afectează prelucrarea și producția ulterioară. Prin urmare, stresul permanent poate fi eliminat doar prin recoacere.

În general, produsele din sticlă sunt recoapte după procesare. Recoacerea se referă la un proces de tratament termic între temperatura de tranziție și temperatura punctului de deformare pentru a elimina stresul termic generat în timpul procesului de fabricație. De obicei, cu cât coeficientul de dilatare al sticlei este mai mare, cu atât diametrul este mai mare și starea produsului este mai complexă, cu atât efortul este mai sever. După cum am menționat mai devreme, tija de cuarț contactată are un diametru mare și conține tije de miez mixte, așa că este necesar un tratament termic strict pentru a elimina stresul.

În producția efectivă, este imposibil să se elimine complet solicitarea din corpul tijei în timpul recoacerii tijei de cuarț. Cu toate acestea, cantitatea reziduală este atât de mică încât nu este ușor de detectat chiar și sub un polariscop.

Teoretic, cea mai mare temperatură de recoacere înseamnă că 95% din tensiune poate fi eliminată după 3 minute; cea mai scăzută temperatură de recoacere are ca rezultat o eliberare a tensiunii 5% după 3 minute. În practica de producție, temperatura utilizată în mod obișnuit este cu 50°C mai mică decât cea mai mare temperatură de recoacere și cu 100°C mai mare decât cea mai scăzută temperatură de recoacere. Există multe modalități de recoacere, dar metoda principală este recoacerea într-un cuptor, care este punctul central al acestei discuții.

Conform principiului de recoacere menționat mai sus, recoacerea sticlei de cuarț este împărțită în patru etape: etapa de încălzire, etapa de temperatură constantă, etapa de răcire și etapa de răcire naturală.

1. Etapa de încălzire Pentru sticla de cuarț, această lucrare se bazează pe cerințele de recoacere ale produselor optice. Întregul proces de încălzire implică încălzire lentă la 1100°C. Conform experienței, creșterea temperaturii este de 4,5/R²°C/min, unde R este raza produsului din sticlă de cuarț.
2. Etapa de temperatură constantă Când tija de cuarț atinge cea mai mare temperatură de recoacere efectivă, corpul cuptorului este menținut la o temperatură constantă pentru a asigura încălzirea uniformă a produsului, pregătindu-l pentru următoarea etapă de răcire.
3. Etapa de răcire Pentru a elimina sau produce foarte puțin stres permanent în timpul procesului de răcire a tijei de cuarț, temperatura trebuie redusă încet pentru a preveni un gradient mare de temperatură. Ratele de răcire sunt următoarele:
   • 1100°C până la 950°C: 15°C/oră
   • 950°C până la 750°C: 30°C/oră
   • 750°C până la 450°C: 60°C/oră
4. Etapa de răcire naturală Sub 450°C, alimentarea cuptorului de recoacere este oprită, iar mediul este menținut fără a schimba mediul de izolare până când acesta se răcește în mod natural sub 100°C. Sub 100°C, mediul de izolare este deschis și se răcește la temperatura camerei.

Timpul și temperatura implicate în etapele de mai sus se bazează pe rezultatele teoretice și ale practicii de producție. Figura 1 prezintă produse experimentale eșuate din cauza încălzirii neuniforme cauzate de încălzirea prea scurtă sau de o temperatură constantă.

În procesul de producere și prelucrare a sticlei de cuarț, stresul există în produse în orice etapă, fie că este temporară sau permanentă. Metode precum „flacără”, „acid HF” și „cuptor de recoacere” pot fi utilizate pentru a îndepărta stresul temporar sau pentru a reduce stresul permanent. Îndepărtarea stresului este crucială pentru îmbunătățirea stabilității mecanice și a uniformității optice a produselor din cuarț.

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 site-ul web sau contactați-ne prin e-mail la contact@globalquartztube.com.