1. Tekanan Terma Semasa Penyejukan (Punca Utama)
Kuarza bercantum menjana tegasan di bawah keadaan suhu yang tidak seragam. Pada sebarang suhu tertentu, struktur atom kuarza bercantum mencapai konfigurasi spatial yang agak "optimum". Apabila suhu berubah, jarak atom berubah dengan sewajarnya—fenomena yang biasa dirujuk sebagai pengembangan terma. Apabila kuarza bercantum dipanaskan atau disejukkan secara tidak rata, pengembangan tidak seragam berlaku.
Tegasan terma biasanya timbul apabila kawasan yang lebih panas cuba mengembang tetapi dikekang oleh zon sejuk di sekeliling. Ini mewujudkan tekanan mampatan, yang biasanya tidak menyebabkan kerosakan. Jika suhu cukup tinggi untuk melembutkan kaca, tekanan boleh dikurangkan. Walau bagaimanapun, jika kadar penyejukan terlalu cepat, kelikatan meningkat dengan cepat, dan struktur atom dalaman tidak dapat menyesuaikan masa dengan suhu yang menurun. Ini mengakibatkan tekanan tegangan, yang lebih berkemungkinan menyebabkan keretakan atau kegagalan.
Tekanan sedemikian bertambah apabila suhu menurun, mencapai tahap tinggi pada akhir proses penyejukan. Suhu di mana kaca kuarza mencapai kelikatan melebihi 10^4.6 poise dirujuk sebagaititik terikan. Pada ketika ini, kelikatan bahan adalah sangat tinggi sehingga tekanan dalaman menjadi terkunci dengan berkesan dan tidak boleh hilang lagi.
2. Tekanan daripada Peralihan Fasa dan Relaksasi Struktur
Relaksasi Struktur Metastabil:
Dalam keadaan cair, kuarza bercantum mempamerkan susunan atom yang sangat tidak teratur. Apabila disejukkan, atom cenderung untuk berehat ke arah konfigurasi yang lebih stabil. Walau bagaimanapun, kelikatan tinggi keadaan berkaca menghalang pergerakan atom, menghasilkan struktur dalaman yang stabil dan menjana tekanan kelonggaran. Dari masa ke masa, tekanan ini mungkin dilepaskan secara perlahan-lahan, fenomena yang dikenali sebagaipenuaan kaca.
Kecenderungan Penghabluran:
Jika kuarza bercantum disimpan dalam julat suhu tertentu (seperti berhampiran suhu penghabluran) untuk tempoh yang lama, penghabluran mikro mungkin berlaku—contohnya, pemendakan mikrohablur cristobalite. Ketidakpadanan volumetrik antara fasa kristal dan amorf terhasiltegasan peralihan fasa.
3. Beban Mekanikal dan Daya Luaran
1. Tekanan daripada Pemprosesan:
Daya mekanikal yang digunakan semasa pemotongan, pengisaran atau penggilap boleh menyebabkan herotan kekisi permukaan dan tegasan pemprosesan. Contohnya, semasa memotong dengan roda pengisar, haba setempat dan tekanan mekanikal di tepi mendorong kepekatan tegasan. Teknik yang tidak betul dalam penggerudian atau slotting boleh menyebabkan kepekatan tegasan pada takuk, berfungsi sebagai titik permulaan retak.
2. Tekanan daripada Syarat Perkhidmatan:
Apabila digunakan sebagai bahan struktur, kuarza bercantum boleh mengalami tegasan skala makro akibat beban mekanikal seperti tekanan atau lenturan. Sebagai contoh, barang kaca kuarza mungkin mengalami tekanan lentur apabila memegang kandungan berat.
4. Kejutan Terma dan Turun Naik Suhu Pantas
1. Tekanan Serta-merta daripada Pemanasan/Penyejukan Pantas:
Walaupun kuarza bercantum mempunyai pekali pengembangan terma yang sangat rendah (~0.5×10⁻⁶/°C), perubahan suhu yang cepat (cth, pemanasan dari suhu bilik ke suhu tinggi, atau rendaman dalam air ais) masih boleh menyebabkan kecerunan suhu tempatan yang curam. Kecerunan ini mengakibatkan pengembangan atau pengecutan haba secara tiba-tiba, menghasilkan tegasan terma serta-merta. Contoh biasa ialah patah kuarza makmal akibat kejutan haba.
2. Keletihan Terma Kitaran:
Apabila terdedah kepada turun naik suhu berulang jangka panjang—seperti dalam lapisan relau atau tingkap tontonan suhu tinggi—kuarsa bercantum mengalami pengembangan dan pengecutan kitaran. Ini membawa kepada pengumpulan tekanan keletihan, mempercepatkan penuaan dan risiko keretakan.
5. Tekanan Akibat Bahan Kimia
1. Kakisan dan Tekanan Pembubaran:
Apabila kuarza bercantum bersentuhan dengan larutan alkali kuat (cth, NaOH) atau gas berasid suhu tinggi (cth, HF), kakisan permukaan dan pembubaran berlaku. Ini mengganggu keseragaman struktur dan mendorong tekanan kimia. Sebagai contoh, kakisan alkali boleh menyebabkan perubahan isipadu permukaan atau pembentukan mikrocrack.
2. Tekanan Akibat CVD:
Pemendapan Wap Kimia (CVD) memproses salutan mendepositkan (cth, SiC) pada kuarza bercantum boleh memperkenalkan tegasan antara muka disebabkan oleh perbezaan dalam pekali pengembangan haba atau moduli elastik antara kedua-dua bahan. Semasa penyejukan, tegasan ini boleh menyebabkan delaminasi atau keretakan salutan atau substrat.
6. Kecacatan dan Kekotoran Dalaman
1. Buih dan Kemasukan:
Gelembung atau bendasing gas sisa (cth, ion logam atau zarah tidak cair) yang diperkenalkan semasa lebur boleh berfungsi sebagai penumpu tegasan. Perbezaan dalam pengembangan haba atau keanjalan antara kemasukan ini dan matriks kaca mewujudkan tegasan dalaman setempat. Retak selalunya bermula di tepi ketidaksempurnaan ini.
2. Microcracks dan Kepincangan Struktur:
Kekotoran atau kecacatan dalam bahan mentah atau daripada proses peleburan boleh mengakibatkan retakan mikro dalaman. Di bawah beban mekanikal atau kitaran haba, kepekatan tegasan pada hujung retak boleh menggalakkan perambatan retak, mengurangkan integriti bahan.
Masa siaran: Jul-04-2025