Perché il quarzo deve essere ricotto

Secondo il metodo di elaborazione, l'uso e l'aspetto, il vetro di quarzo è classificato in due categorie: trasparente e opaco. La categoria trasparente include tipi come vetro in quarzo trasparente fuso, vetro in quarzo fuso, vetro in quarzo trasparente con raffigurazione a gas e vetro di quarzo sintetico. La categoria opaca è costituita da vetro in quarzo opaco, vetro di quarzo ottico, vetro di quarzo per semiconduttori e vetro di quarzo per fonti di luce elettrica. Inoltre, il vetro di quarzo è diviso in tre categorie in base alla purezza: elevata purezza, ordinaria e drogata.

La devitrificazione è un difetto intrinseco nel vetro di quarzo resistente ad alta temperatura. L'energia interna del vetro di quarzo è superiore a quella del quarzo cristallino, posizionandola in uno stato metastabile termodinamicamente instabile. All'aumentare della temperatura, la vibrazione delle molecole di SiO2 accelera e, nel tempo, ciò porta a riarrangiamento e cristallizzazione. La crescita della cristallizzazione avviene principalmente sulla superficie, seguita da difetti interni. Questo perché queste aree sono più sensibili alla contaminazione, con conseguente accumulo locale di ioni di impurità. Gli ioni alcali come K, Na, Li, CA e Mg possono abbassare la viscosità del vetro, accelerando così la devitrificazione.

È importante notare che il vetro è un scarso conduttore di calore. Quando un pezzo di vetro di quarzo (quando non è sotto pressione) viene riscaldato o raffreddato, lo strato esterno del vetro sperimenta prima un cambiamento di temperatura. L'esterno si riscalda o si raffredda prima che il calore venga condotto all'interno del vetro, creando una differenza di temperatura tra la superficie e l'interno. Se riscaldato, lo strato esterno del vetro di quarzo si espande a causa di temperature più elevate, mentre l'interno più freddo resiste a questa espansione, mantenendo il suo stato originale. Questa interazione produce due tipi di stress interno: "stress compressivo", che agisce sullo strato esterno per resistere all'espansione e "stress di trazione", che è la forza esercitata dallo strato esterno in espansione sullo strato interno. Collettivamente, queste forze sono indicate come stress nel vetro di quarzo.

Poiché la resistenza a compressione del vetro di quarzo è significativamente maggiore della sua resistenza alla trazione, sia gli strati interni che quelli esterni possono resistere a grandi differenze di temperatura quando riscaldati. Durante l'elaborazione della lampada, il vetro di quarzo può essere riscaldato direttamente in una fiamma di idrogeno-ossigeno senza rompere. Tuttavia, se il vetro di quarzo riscaldato a temperature di 500 ° C o superiore viene improvvisamente posto in acqua di raffreddamento, è probabile che si frantuma.

Stress termico inProdotti in vetro al quarzopuò essere diviso in stress temporaneo e stress permanente.

Stress temporaneo:

Quando il cambiamento di temperatura del vetro è inferiore alla temperatura del punto di deformazione, la conduttività termica è scarsa e il calore totale è irregolare, generando così un determinato sollecitazione termica. Questa sollecitazione termica ha una differenza di temperatura. Questo stress termico si chiama stress temporaneo. Va notato che poiché lo strato centrale delle aste di core in quarzo prodotte ed elaborate in tempi normali viene miscelato con diverse sostanze chimiche, è molto facile produrre riscaldamento irregolare. Pertanto, dopo il completamento dello splicing, la temperatura del corpo dell'asta è uniforme da una fiamma per rendere il gradiente di temperatura complessivo il più delicato possibile, eliminando così notevolmente la sollecitazione temporanea dell'asta del nucleo di quarzo.

Stress permanente:

Quando il vetro viene raffreddato da sopra la temperatura del punto di deformazione, la sollecitazione termica generata dalla differenza di temperatura non scomparirà completamente dopo che il vetro viene raffreddato a temperatura ambiente e la temperatura degli strati interni ed esterni è uguale. C'è ancora una certa quantità di stress nel vetro. La dimensione della sollecitazione permanente dipende dalla velocità di raffreddamento del prodotto al di sopra della temperatura del punto di deformazione, dalla viscosità del vetro di quarzo, dal coefficiente di espansione termica e dallo spessore del prodotto. Dopo l'elaborazione, lo stress permanente generato ha influenzato la successiva elaborazione e produzione. Pertanto, lo stress permanente può essere eliminato solo mediante ricottura.

La ricottura del vetro di quarzo è divisa in quattro fasi: stadio di riscaldamento, fase di temperatura costante, fase di raffreddamento e fase di raffreddamento naturale.

Fase di riscaldamento: per i requisiti del vetro di quarzo, questo lavoro si basa sui requisiti di ricottura dei prodotti ottici. L'intero processo di riscaldamento viene lentamente riscaldato a 1100 ° C. Secondo l'esperienza, l'aumento della temperatura è di 4,5/R2 ° C/min, dove R è il raggio del prodotto in vetro al quarzo.

Fase di temperatura costante: quando l'asta di quarzo raggiunge la temperatura di ricottura massima effettiva, il corpo del forno è sottoposto a un trattamento di temperatura costante per rallentare il gradiente termico del prodotto e calore uniformemente in tutte le posizioni. Preparati per il prossimo raffreddamento.

Fase di raffreddamento: per eliminare o generare stress permanenti molto piccoli durante il processo di raffreddamento dell'asta di quarzo, la temperatura dovrebbe essere lentamente ridotta in questa fase per prevenire gradienti di temperatura eccessivi. La velocità di raffreddamento da 1100 ° C a 950 ° C è di 15 ° C/ora. La velocità di raffreddamento da 950 ° C a 750 ° C è di 30 ° C/ora. La temperatura di raffreddamento da 750 ° C a 450 ° C è di 60 ° C/ora.

Fase di raffreddamento naturale: sotto i 450 ° C, tagliare l'alimentazione del forno di ricottura senza cambiare l'ambiente di isolamento per consentirgli di raffreddare naturalmente a meno di 100 ° C. Sotto 100 ° C, aprire l'ambiente di isolamento per consentirlo di raffreddare a temperatura ambiente.

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