Истраживања у области технологије обраде и термичку силикатног стакла

Ово истраживање о техникама обраде и жарења кварцног стакла има за циљ производњу оптичких влакана и сродне пројекте. Настоји да кроз праксу побољша стабилност кварцних производа на високим и нормалним температурама, обезбеђујући несметану примену производа у различитим сценаријима.

Кварц стакло је класификовано према методама обраде, употреби и изгледу, као што су фузионисано прозирно кварцно стакло, топљено кварцно стакло, гасно рафинирано прозирно кварцно стакло, синтетичко кварцно стакло, непрозирно кварцно стакло, оптичко кварцно стакло, кварцно стакло за полупроводнике и кварц стакло за електричне изворе светлости. Оне су подељене у две главне категорије: провидне и непрозирне. На основу чистоће, подељен је у три категорије: високе чистоће, обични и допирани.

Девитрификација кварцног стакла отпорног на високе температуре је инхерентан недостатак. Кварцно стакло има већу унутрашњу енергију од кристалног кварца, што га чини термодинамички нестабилним метастабилним стањем. Молекули СиО2 убрзавају вибрације и формирају кристале након дуготрајног преуређења и оријентације. Кристализација се углавном дешава на површини, праћена унутрашњим дефектима, јер су ове области склоне контаминацији, што доводи до локализованог нагомилавања нечистоћа јона. Посебно, алкални јони (као што су К, На, Ли, Ца, Мг) смањују вискозитет при уласку у мрежу, убрзавајући девитрификацију.

Овај рад разматра обрађене кварцне компоненте, покривајући само провидно синтетичко кондензаторско кварцно стакло.

Приликом обраде кварцног стакла обично се користи пламен водоник-кисеоник, са температуром обраде од око 1500-1600°Ц.

Стакло је лош проводник топлоте. Када се комад кварцног стакла (без притиска) загреје или охлади, спољни слој кварцног стакла се директно загрева или почиње прво да се хлади, а унутрашње стакло се загрева (провођење топлоте преноси спољашњу топлоту унутра) или се затим хлади . Ово ствара температурну разлику између површине и унутрашњости кварцног стакла. Када се загрева, температура површине директно загрејаног кварцног стакла је висока, а унутрашња температура кварцног стакла које прима топлоту је ниска, што доводи до ширења спољашњег слоја загрејаног кварцног стакла. Унутрашњост ниже температуре покушава да одржи првобитно стање, ометајући ширење спољашњег слоја. Дакле, експанзија и анти-експанзија се дешавају унутар кварцног стакла, стварајући две врсте напрезања услед интеракције: напон на притисак и напон затезања. Сила која покушава да спречи да се спољашњи слој кварцног стакла шири према унутра и делује на спољашњи слој назива се напрезање при притиску, док је сила коју врши спољашњи слој кварцног стакла који се шири према унутра позната као затезни напон.

Пошто је чврстоћа на притисак кварцног стакла много већа од његове затезне чврстоће, унутрашњи и спољашњи слојеви кварцног стакла могу издржати значајне температурне разлике током загревања. Приликом обраде лампом, кварцно стакло се може директно загревати у пламену водоник-кисеоник без ломљења. Насупрот томе, када се кварцно стакло загрејано на 500°Ц или више стави у воду за хлађење, лако пуца.

Расподела напона који се генерише обрадом лампе је отприлике следећа:

1. Напон при ротационом топљењу Руке оператера ротирају и топе стаклену цев у пламену бакље. Пошто се стаклена цев загрева ротацијом, а не у растопљеном делу, напрезање се манифестује као кружне линије.
2. Стрес у бочном топљењу За отворе, бочне везе и попречно заваривање унутрашњег језгра кварцних цеви, кварцна цев се не ротира, што резултира другачијом расподелом напона од горе поменуте. У овом тренутку, напон се дистрибуира око растопљеног дела.
3. Стрес у прстенастим зглобовима Прстенасти спојеви се односе на заваривање унутрашњег језгра.
4. Стрес у запечаћеним крајевима јакних производа Производи од кварцних инструмената долазе у различитим облицима, али су сви запечаћени. На пример, у стандардној равној цеви кондензатора, када су оба краја заптивена, напрезање је присутно не само на спољашњем омотачу већ и на унутрашњем језгру, што доводи до значајног напрезања.

Величина напрезања варира са температурном разликом и дебљином кварцног стакла. Што је већа температурна разлика и што је стакло дебље, то је већи стрес. Због тога је уклањање стреса посебно важно.

Термички стрес у производима од кварцног стакла може се поделити на привремени и трајни стрес.

Привремени стрес настаје када је промена температуре стакла испод температуре тачке деформације, што резултира неуједначеном укупном топлотом због лоше топлотне проводљивости, стварајући одређени термички стрес. Овај термички стрес постоји због температурне разлике и познат је као привремени стрес.

Треба напоменути да пошто кварцне шипке са језгром које се обично обрађују садрже различите хемијске супстанце, оне су склоне неравномерном загревању. Због тога, након спајања, пламен треба користити за равномерно загревање тела штапа, чинећи укупни температурни градијент што је могуће глаткијим, значајно смањујући привремени стрес штапа са кварцним језгром.

Када се стакло охлади изнад температуре тачке деформације, термички стрес који настаје температурном разликом не нестаје у потпуности након хлађења на собну температуру, остављајући одређени стрес у стаклу. Величина трајног напрезања зависи од брзине хлађења изнад температуре тачке деформације, вискозитета кварцног стакла, коефицијента топлотног ширења и дебљине производа.

Као што је горе поменуто, трајни напон који настаје након обраде кварцног штапа утиче на каснију обраду и производњу. Дакле, трајни стрес се може елиминисати само жарењем.

Генерално, стаклени производи се жаре након обраде. Жарење се односи на процес термичке обраде између прелазне температуре и температуре тачке деформације како би се елиминисао термички стрес који настаје током процеса производње. Типично, што је већи коефицијент експанзије стакла, што је већи пречник и што је сложеније стање производа, то је јачи стрес. Као што је раније поменуто, контактирани кварцни штап има велики пречник и садржи шипке са мешаним језгром, тако да је потребна строга топлотна обрада да би се уклонио стрес.

У стварној производњи, немогуће је потпуно елиминисати напон унутар тела штапа током жарења кварцног штапа. Међутим, преостала количина је толико мала да се не може лако открити чак ни под поларископом.

Теоретски, највиша температура жарења значи да се напрезање 951ТП3Т може елиминисати након 3 минута; најнижа температура жарења резултира ослобађањем 51ТП3Т стреса након 3 минута. У производној пракси, уобичајено коришћена температура је 50°Ц нижа од највише температуре жарења и 100°Ц виша од најниже температуре жарења. Постоји много начина за жарење, али главни метод је жарење у пећи, што је фокус ове дискусије.

Према горе поменутом принципу жарења, жарење кварцног стакла је подељено у четири фазе: фаза загревања, фаза константне температуре, фаза хлађења и фаза природног хлађења.

1. Фаза грејања За кварцно стакло, овај рад се заснива на захтевима за жарење оптичких производа. Цео процес загревања подразумева споро загревање до 1100°Ц. Према искуству, пораст температуре је 4,5/Р²°Ц/мин, где је Р радијус производа од кварцног стакла.
2. Стадијум константне температуре Када кварцни штап достигне стварну највишу температуру жарења, тело пећи се одржава на константној температури како би се обезбедило једнолично загревање производа, припремајући га за следећи корак хлађења.
3. Фаза хлађења Да би се елиминисало или произвело врло мало трајног напрезања током процеса хлађења кварцне шипке, температуру треба полако снижавати како би се спречио велики температурни градијент. Стопе хлађења су следеће:
   • 1100°Ц до 950°Ц: 15°Ц/сат
   • 950°Ц до 750°Ц: 30°Ц/сат
   • 750°Ц до 450°Ц: 60°Ц/сат
4. Фаза природног хлађења Испод 450°Ц, напајање пећи за жарење се искључује, а окружење се одржава без промене изолационог окружења све док се природно не охлади на испод 100°Ц. Испод 100°Ц, изолационо окружење се отвара и хлади се на собну температуру.

Време и температура укључени у горе наведене кораке су засновани на теоријским и производним резултатима праксе. На слици 1 приказани су неуспели експериментални производи услед неравномерног загревања изазваног прекратким загревањем или временом константне температуре.

У процесу производње и прераде кварцног стакла, стрес у производима постоји у било којој фази, било привремено или трајно. Методе као што су „пламен“, „ХФ киселина“ и „пећ за жарење“ могу се користити за уклањање привременог стреса или смањење трајног стреса. Уклањање напрезања је кључно за побољшање механичке стабилности и оптичке униформности производа од кварца.

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-сајт или да нас контактирате путем е-маила на адресу contact@globalquartztube.com.