Hulumtim mbi teknikat e përpunimit dhe pjekjes së qelqit kuarc

Ky hulumtim mbi teknikat e përpunimit dhe pjekjes së qelqit kuarc ka për qëllim prodhimin e fibrave optike dhe projekte të ngjashme. Ai kërkon të përmirësojë qëndrueshmërinë e produkteve të kuarcit në temperatura të larta dhe normale përmes praktikës, duke siguruar aplikim të qetë të produkteve në skenarë të ndryshëm.

Xhami kuarci klasifikohet sipas metodave të përpunimit, përdorimeve dhe pamjes, si qelqi kuarci transparent i shkrirë, qelqi kuarci i shkrirë, xhami kuarci transparent i rafinuar me gaz, xhami kuarci sintetik, qelqi kuarci opak, xhami optik kuarci, xhami kuarci për gjysmëpërçuesit dhe kuarci xhami për burimet elektrike të dritës. Këto ndahen në dy kategori kryesore: transparente dhe opake. Në bazë të pastërtisë, ndahet në tre kategori: pastërti e lartë, e zakonshme dhe e dopuar.

Devitrifikimi i xhamit kuarci rezistent ndaj temperaturës së lartë është një defekt i natyrshëm. Xhami i kuarcit ka energji të brendshme më të lartë se kuarci kristalor, duke e bërë atë një gjendje metastabile termodinamikisht të paqëndrueshme. Molekulat e SiO2 përshpejtojnë dridhjet dhe formojnë kristale pas rirregullimit dhe orientimit afatgjatë. Kristalizimi ndodh kryesisht në sipërfaqe, i ndjekur nga defekte të brendshme, pasi këto zona janë të prirura ndaj kontaminimit, duke çuar në akumulimin e lokalizuar të joneve të papastërtive. Veçanërisht, jonet e alkalit (të tilla si K, Na, Li, Ca, Mg) reduktojnë viskozitetin kur hyjnë në rrjet, duke përshpejtuar devitrifikimin.

Ky punim diskuton komponentët e përpunuar të kuarcit, duke mbuluar vetëm xhamin kuarc sintetik transparent të kondensatorit.

Gjatë përpunimit të xhamit kuarci, zakonisht përdoret një flakë hidrogjen-oksigjen, me një temperaturë përpunimi prej rreth 1500-1600°C.

Xhami është një përcjellës i dobët i nxehtësisë. Kur një copë xhami kuarci (pa presion) nxehet ose ftohet, shtresa e jashtme e xhamit të kuarcit nxehet drejtpërdrejt ose fillon të ftohet së pari, dhe xhami i brendshëm nxehet (përçimi i nxehtësisë transferon nxehtësinë e jashtme në brendësi) ose ftohet më pas. . Kjo krijon një ndryshim të temperaturës midis sipërfaqes dhe brendësisë së xhamit të kuarcit. Kur nxehet, temperatura e sipërfaqes së xhamit të kuarcit të ndezur drejtpërdrejt është e lartë dhe temperatura e brendshme e xhamit kuarc që merr nxehtësi është e ulët, duke shkaktuar zgjerimin e shtresës së jashtme të xhamit të kuarcit të nxehtë. Pjesa e brendshme me temperaturë më të ulët përpiqet të ruajë gjendjen e saj origjinale, duke penguar zgjerimin e shtresës së jashtme. Kështu, zgjerimi dhe anti-zgjerimi ndodhin brenda xhamit të kuarcit, duke krijuar dy lloje stresi për shkak të ndërveprimit: stresi në shtypje dhe stresi tërheqës. Forca që përpiqet të parandalojë që shtresa e jashtme e xhamit kuarc të zgjerohet nga brenda dhe të veprojë në shtresën e jashtme quhet stres shtypës, ndërsa forca e ushtruar nga shtresa e jashtme e xhamit kuarc që zgjerohet nga brenda njihet si stresi tërheqës.

Meqenëse forca në shtypje e xhamit kuarc është shumë më e madhe se forca e tij në tërheqje, shtresat e brendshme dhe të jashtme të xhamit kuarc mund të përballojnë ndryshime të konsiderueshme të temperaturës gjatë ngrohjes. Kur përpunohet me një llambë, xhami i kuarcit mund të nxehet drejtpërdrejt në një flakë hidrogjen-oksigjen pa u thyer. Në të kundërt, kur qelqi kuarci i ngrohur në 500°C ose më i lartë vendoset në ujë ftohës, ai plasaritet lehtësisht.

Shpërndarja e stresit e krijuar nga përpunimi i llambës është afërsisht si më poshtë:

1. Stresi në shkrirjen rrotulluese Duart e operatorit rrotullohen dhe shkrin tubin e qelqit në flakën e pishtarit. Meqenëse tubi i qelqit nxehet me rrotullim dhe jo në pjesën e shkrirë, stresi manifestohet si vija rrethore.
2. Stresi në shkrirjen anësore Për hapjet, lidhjet anësore dhe saldimin tërthor të bërthamës së brendshme të tubave kuarci, tubi i kuarcit nuk rrotullohet, duke rezultuar në një shpërndarje të ndryshme të stresit nga ajo e përmendur më sipër. Në këtë kohë, stresi shpërndahet rreth pjesës së shkrirë.
3. Stresi në nyjet e unazave Lidhjet e unazave i referohen saldimit të bërthamës së brendshme.
4. Stresi në skajet e mbyllura të produkteve të xhaketës Produktet e xhaketës së instrumenteve kuarci vijnë në forma të ndryshme, por janë të gjitha të mbyllura. Për shembull, në një tub standard kondensator të drejtë, kur të dy skajet janë të mbyllura, stresi është i pranishëm jo vetëm në xhaketën e jashtme, por edhe në bërthamën e brendshme, duke çuar në stres të konsiderueshëm.

Madhësia e stresit ndryshon me ndryshimin e temperaturës dhe trashësinë e xhamit të kuarcit. Sa më i madh të jetë diferenca e temperaturës dhe sa më i trashë të jetë xhami, aq më i madh është stresi. Prandaj, heqja e stresit është veçanërisht e rëndësishme.

Stresi termik në produktet e qelqit kuarc mund të ndahet në stres të përkohshëm dhe stres të përhershëm.

Stresi i përkohshëm ndodh kur ndryshimi i temperaturës së xhamit është nën temperaturën e pikës së sforcimit, duke rezultuar në nxehtësi totale të pabarabartë për shkak të përçueshmërisë së dobët termike, duke krijuar stres të caktuar termik. Ky stres termik ekziston për shkak të ndryshimit të temperaturës dhe njihet si stresi i përkohshëm.

Duhet të theksohet se meqenëse shufrat e bërthamës së kuarcit të përpunuara zakonisht përmbajnë substanca të ndryshme kimike, ato janë të prirura për ngrohje të pabarabartë. Prandaj, pas bashkimit, flaka duhet të përdoret për të ngrohur në mënyrë të barabartë trupin e shufrës, duke e bërë gradientin e përgjithshëm të temperaturës sa më të qetë që të jetë e mundur, duke ulur ndjeshëm stresin e përkohshëm të shufrës së bërthamës së kuarcit.

Kur qelqi ftohet nga lart temperatura e pikës së tendosjes, stresi termik i krijuar nga ndryshimi i temperaturës nuk zhduket plotësisht pas ftohjes në temperaturën e dhomës, duke lënë njëfarë stresi në xhami. Madhësia e stresit të përhershëm varet nga shpejtësia e ftohjes mbi temperaturën e pikës së sforcimit, viskoziteti i xhamit të kuarcit, koeficienti i zgjerimit termik dhe trashësia e produktit.

Siç u përmend më lart, stresi i përhershëm i krijuar pas përpunimit të shufrës së kuarcit ndikon në përpunimin dhe prodhimin e mëvonshëm. Prandaj, stresi i përhershëm mund të eliminohet vetëm përmes pjekjes.

Në përgjithësi, produktet e qelqit kalohen pas përpunimit. Pjekja i referohet një procesi të trajtimit të nxehtësisë midis temperaturës së tranzicionit dhe temperaturës së pikës së tendosjes për të eliminuar stresin termik të krijuar gjatë procesit të prodhimit. Në mënyrë tipike, sa më i madh të jetë koeficienti i zgjerimit të xhamit, aq më i madh është diametri dhe sa më komplekse të jetë gjendja e produktit, aq më i rëndë është stresi. Siç u përmend më herët, shufra e kuarcit e kontaktuar ka një diametër të madh dhe përmban shufra bërthamore të përziera, kështu që kërkohet trajtim i rreptë i nxehtësisë për të hequr stresin.

Në prodhimin aktual, është e pamundur të eliminohet plotësisht stresi brenda trupit të shufrës gjatë pjekjes së shufrës së kuarcit. Megjithatë, sasia e mbetur është aq e vogël sa që nuk zbulohet lehtë edhe nën një polariskop.

Teorikisht, temperatura më e lartë e pjekjes do të thotë që 95% e stresit mund të eliminohet pas 3 minutash; temperatura më e ulët e pjekjes rezulton në një çlirim të stresit 5% pas 3 minutash. Në praktikën e prodhimit, temperatura e përdorur zakonisht është 50°C më e ulët se temperatura më e lartë e pjekjes dhe 100°C më e lartë se temperatura më e ulët e pjekjes. Ka shumë mënyra për pjekjen, por metoda kryesore është pjekja në furrë, e cila është fokusi i këtij diskutimi.

Sipas parimit të pjekjes së përmendur më sipër, pjekja e xhamit kuarc ndahet në katër faza: faza e ngrohjes, faza e temperaturës konstante, faza e ftohjes dhe faza e ftohjes natyrale.

1. Faza e ngrohjes Për xhamin kuarc, kjo punë bazohet në kërkesat e pjekjes së produkteve optike. I gjithë procesi i ngrohjes përfshin ngrohjen e ngadaltë deri në 1100°C. Sipas përvojës, rritja e temperaturës është 4,5/R²°C/min, ku R është rrezja e produktit të qelqit të kuarcit.
2. Faza e temperaturës konstante Kur shufra e kuarcit arrin temperaturën aktuale më të lartë të pjekjes, trupi i furrës mbahet në një temperaturë konstante për të siguruar ngrohje uniforme të produktit, duke e përgatitur atë për hapin tjetër të ftohjes.
3. Faza e Ftohjes Për të eliminuar ose prodhuar shumë pak stres të përhershëm gjatë procesit të ftohjes së shufrës së kuarcit, temperatura duhet të ulet ngadalë për të parandaluar një gradient të madh të temperaturës. Normat e ftohjes janë si më poshtë:
   • 1100°C deri në 950°C: 15°C/orë
   • 950°C deri në 750°C: 30°C/orë
   • 750°C deri në 450°C: 60°C/orë
4. Faza e ftohjes natyrale Nën 450°C, rryma e furrës së pjekjes fiket dhe mjedisi ruhet pa ndryshuar mjedisin e izolimit derisa të ftohet natyrshëm nën 100°C. Nën 100°C, ambienti izolues hapet dhe ftohet në temperaturën e dhomës.

Koha dhe temperatura e përfshirë në hapat e mësipërm bazohen në rezultatet teorike dhe të praktikës së prodhimit. Figura 1 tregon produktet eksperimentale të dështuara për shkak të ngrohjes së pabarabartë të shkaktuar nga ngrohja shumë e shkurtër ose koha konstante e temperaturës.

Në procesin e prodhimit dhe përpunimit të qelqit kuarc, stresi ekziston në produktet në çdo fazë, qoftë e përkohshme apo e përhershme. Metoda të tilla si "flaka", "acidi HF" dhe "furra e pjekjes" mund të përdoren për të hequr stresin e përkohshëm ose për të reduktuar stresin e përhershëm. Heqja e stresit është thelbësore për përmirësimin e stabilitetit mekanik dhe uniformitetit optik të produkteve të kuarcit.

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 faqe interneti ose na kontaktoni me email në contact@globalquartztube.com.