1. Tekanan Terma Semasa Penyejukan (Punca Utama)
Kuarza terlakur menghasilkan tekanan di bawah keadaan suhu yang tidak seragam. Pada sebarang suhu tertentu, struktur atom kuarza terlakur mencapai konfigurasi ruang yang agak "optimum". Apabila suhu berubah, jarak atom beralih sewajarnya—fenomena yang biasanya dirujuk sebagai pengembangan haba. Apabila kuarza terlakur dipanaskan atau disejukkan secara tidak sekata, pengembangan yang tidak seragam berlaku.
Tekanan haba biasanya timbul apabila kawasan yang lebih panas cuba mengembang tetapi dikekang oleh zon sejuk di sekelilingnya. Ini menghasilkan 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 diri dengan suhu yang semakin berkurangan. Ini mengakibatkan tekanan tegangan, yang lebih berkemungkinan menyebabkan keretakan atau kegagalan.
Tekanan sedemikian akan meningkat apabila suhu menurun, mencapai tahap tinggi pada akhir proses penyejukan. Suhu di mana kaca kuarza mencapai kelikatan melebihi 10^4.6 poise dirujuk sebagaititik terikanPada ketika ini, kelikatan bahan adalah sangat tinggi sehingga tegasan dalaman terkunci secara berkesan dan tidak lagi dapat hilang.
2. Tekanan daripada Peralihan Fasa dan Relaksasi Struktur
Relaksasi Struktur Metastabil:
Dalam keadaan lebur, kuarza yang terlakur mempamerkan susunan atom yang sangat tidak teratur. Setelah disejukkan, atom cenderung untuk mengendur ke arah konfigurasi yang lebih stabil. Walau bagaimanapun, kelikatan tinggi keadaan berkaca menghalang pergerakan atom, mengakibatkan struktur dalaman metastabil dan menghasilkan tekanan pengenduran. Lama-kelamaan, tekanan ini mungkin dilepaskan secara perlahan, satu fenomena yang dikenali sebagaipenuaan kaca.
Kecenderungan Penghabluran:
Jika kuarza yang telah terlakur dipegang dalam julat suhu tertentu (seperti berhampiran suhu penghabluran) untuk tempoh yang lama, penghabluran mikro mungkin berlaku—contohnya, pemendakan mikrokristal kristobalit. Ketidakpadanan isipadu antara fasa kristal dan amorfus mewujudkantekanan peralihan fasa.
3. Beban Mekanikal dan Daya Luaran
1. Tekanan daripada Pemprosesan:
Daya mekanikal yang dikenakan semasa pemotongan, pengisaran atau penggilapan boleh menyebabkan herotan kekisi permukaan dan tekanan pemprosesan. Contohnya, semasa pemotongan dengan roda pengisaran, haba setempat dan tekanan mekanikal di tepi mendorong kepekatan tegasan. Teknik yang tidak betul dalam penggerudian atau penebangan boleh menyebabkan kepekatan tegasan pada takuk, yang berfungsi sebagai titik permulaan retakan.
2. Tekanan daripada Keadaan Perkhidmatan:
Apabila digunakan sebagai bahan struktur, kuarza yang telah terlakur boleh mengalami tekanan skala makro akibat beban mekanikal seperti tekanan atau lenturan. Contohnya, barang kaca kuarza boleh mengalami tekanan lenturan apabila memegang kandungan yang berat.
4. Kejutan Terma dan Turun Naik Suhu yang Cepat
1. Tekanan Seketika daripada Pemanasan/Penyejukan Pantas:
Walaupun kuarza yang telah terlakur mempunyai pekali pengembangan haba yang sangat rendah (~0.5×10⁻⁶/°C), perubahan suhu yang cepat (contohnya, 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 tekanan haba serta-merta. Satu contoh biasa ialah keretakan kuarza makmal akibat kejutan haba.
2. Keletihan Terma Kitar:
Apabila terdedah kepada turun naik suhu berulang dalam jangka masa panjang—seperti dalam lapisan relau atau tingkap pandangan suhu tinggi—kuarza yang terlakur mengalami pengembangan dan pengecutan kitaran. Ini membawa kepada pengumpulan tekanan keletihan, mempercepatkan penuaan dan risiko keretakan.
5. Tekanan Akibat Kimia
1. Tekanan Kakisan dan Pembubaran:
Apabila kuarza yang telah terlakur bersentuhan dengan larutan alkali yang kuat (contohnya, NaOH) atau gas berasid suhu tinggi (contohnya, HF), kakisan dan pembubaran permukaan berlaku. Ini mengganggu keseragaman struktur dan mendorong tekanan kimia. Contohnya, kakisan alkali boleh menyebabkan perubahan isipadu permukaan atau pembentukan mikrorekahan.
2. Tekanan Akibat CVD:
Proses Pemendapan Wap Kimia (CVD) yang memendapkan salutan (contohnya, SiC) ke atas kuarza yang telah terlakur boleh menyebabkan tegasan antara muka disebabkan oleh perbezaan dalam pekali pengembangan haba atau moduli elastik antara kedua-dua bahan. Semasa penyejukan, tegasan ini boleh menyebabkan penyingkiran atau keretakan pada salutan atau substrat.
6. Kecacatan dan Kekotoran Dalaman
1. Gelembung dan Kemasukan:
Gelembung atau bendasing gas sisa (contohnya, ion logam atau zarah yang tidak cair) yang diperkenalkan semasa pencairan boleh berfungsi sebagai penumpu tegasan. Perbezaan dalam pengembangan haba atau keanjalan antara rangkuman ini dan matriks kaca menghasilkan tegasan dalaman setempat. Retakan sering bermula di tepi ketidaksempurnaan ini.
2. Retakan Mikro dan Kecacatan Struktur:
Kekotoran atau kecacatan dalam bahan mentah atau daripada proses peleburan boleh mengakibatkan mikrorekahan dalaman. Di bawah beban mekanikal atau kitaran haba, kepekatan tegasan pada hujung retak boleh menggalakkan perambatan retak, sekali gus mengurangkan integriti bahan.
Masa siaran: 04-Julai-2025