1. 냉각 중 열 응력(주요 원인)
용융 석영은 불균일한 온도 조건에서 응력을 발생시킵니다. 어떤 온도에서든 용융 석영의 원자 구조는 비교적 "최적"의 공간 배열에 도달합니다. 온도가 변함에 따라 원자 간격도 그에 따라 이동하는데, 이를 흔히 열팽창이라고 합니다. 용융 석영이 불균일하게 가열되거나 냉각되면 불균일한 팽창이 발생합니다.
열 응력은 일반적으로 더운 영역이 팽창하려고 할 때 주변의 더 차가운 영역에 의해 제한될 때 발생합니다. 이는 압축 응력을 발생시키지만, 일반적으로 손상을 일으키지는 않습니다. 온도가 유리를 연화시킬 만큼 충분히 높으면 응력을 완화할 수 있습니다. 그러나 냉각 속도가 너무 빠르면 점도가 급격히 증가하고 내부 원자 구조가 감소하는 온도에 맞춰 제때 조정되지 못합니다. 이로 인해 인장 응력이 발생하여 파손이나 파손이 발생할 가능성이 훨씬 높아집니다.
이러한 응력은 온도가 낮아짐에 따라 증가하여 냉각 과정 마지막에 높은 수준에 도달합니다. 석영 유리의 점도가 10^4.6 포이즈(poise) 이상에 도달하는 온도를변형점이 시점에서 재료의 점도가 너무 높아 내부 응력이 사실상 고정되어 더 이상 분산될 수 없게 됩니다.
2. 상전이 및 구조 이완으로 인한 응력
준안정 구조 완화:
용융 상태에서 용융 석영은 매우 무질서한 원자 배열을 보입니다. 냉각되면 원자는 더 안정적인 배열을 향해 이완되는 경향이 있습니다. 그러나 유리 상태의 높은 점도는 원자 운동을 방해하여 준안정 내부 구조를 형성하고 이완 응력을 발생시킵니다. 시간이 지남에 따라 이 응력은 천천히 해소될 수 있는데, 이를 "이완 응력"이라고 합니다.유리 노화.
결정화 경향:
용융 석영을 특정 온도 범위(예: 결정화 온도 근처)에 장시간 방치하면 미세결정화(예: 크리스토발라이트 미세결정의 석출)가 발생할 수 있습니다. 결정상과 비정질상 사이의 부피 불일치는상전이 응력.
3. 기계적 하중 및 외력
1. 처리 과정에서 발생하는 스트레스:
절삭, 연삭 또는 연마 작업 중 가해지는 기계적 힘은 표면 격자 변형 및 가공 응력을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 연삭 휠을 이용한 절삭 작업 시, 절삭날에 국부적인 열과 기계적 압력이 발생하여 응력 집중 현상이 발생합니다. 드릴링이나 슬로팅 작업 시 부적절한 기법은 노치에 응력 집중을 유발하여 균열 발생의 원인이 될 수 있습니다.
2. 서비스 조건으로 인한 스트레스:
구조재로 사용될 경우, 용융 석영은 압력이나 굽힘과 같은 기계적 하중으로 인해 거시적인 응력을 받을 수 있습니다. 예를 들어, 석영 유리 제품은 무거운 내용물을 담을 때 굽힘 응력이 발생할 수 있습니다.
4. 열충격 및 급격한 온도 변동
1. 급속 가열/냉각으로 인한 순간 응력:
용융 석영은 열팽창 계수가 매우 낮지만(~0.5×10⁻⁶/°C), 급격한 온도 변화(예: 실온에서 고온으로 가열하거나 얼음물에 담그는 경우)는 여전히 가파른 국소 온도 구배를 유발할 수 있습니다. 이러한 구배는 급격한 열팽창이나 수축을 초래하여 즉각적인 열응력을 발생시킵니다. 일반적인 예로는 열충격으로 인한 실험실 석영 제품의 균열이 있습니다.
2. 순환 열 피로:
용광로 라이닝이나 고온 관찰창과 같이 장기간 반복되는 온도 변화에 노출되면 용융 석영은 주기적인 팽창과 수축을 겪습니다. 이로 인해 피로 응력이 축적되고 노화가 가속화되며 균열 위험이 발생합니다.
5. 화학적으로 유발된 스트레스
1. 부식 및 용해 응력:
용융 석영이 강알칼리 용액(예: NaOH)이나 고온의 산성 가스(예: HF)와 접촉하면 표면 부식 및 용해가 발생합니다. 이는 구조적 균일성을 저해하고 화학적 응력을 유발합니다. 예를 들어, 알칼리 부식은 표면 부피 변화 또는 미세균열 형성으로 이어질 수 있습니다.
2. CVD로 인한 스트레스:
용융 석영에 코팅(예: SiC)을 증착하는 화학 기상 증착(CVD) 공정은 두 재료 간의 열팽창 계수 또는 탄성 계수 차이로 인해 계면 응력을 유발할 수 있습니다. 냉각 과정에서 이러한 응력은 코팅이나 기판의 박리 또는 균열을 유발할 수 있습니다.
6. 내부 결함 및 불순물
1. 기포 및 내포물:
용융 과정에서 발생하는 잔류 기포나 불순물(예: 금속 이온이나 용융되지 않은 입자)은 응력 집중 요인으로 작용할 수 있습니다. 이러한 내포물과 유리 매트릭스 사이의 열팽창 또는 탄성 차이는 국부적인 내부 응력을 발생시킵니다. 균열은 이러한 결함의 가장자리에서 종종 발생합니다.
2. 미세균열 및 구조적 결함:
원료 또는 용융 공정에서 발생하는 불순물이나 결함은 내부 미세균열을 초래할 수 있습니다. 기계적 하중이나 열 사이클에서 균열 선단의 응력 집중은 균열 확산을 촉진하여 재료의 완전성을 저하시킬 수 있습니다.
게시 시간: 2025년 7월 4일