Wie hoch ist die Beanspruchung von Quarzglasteilen?

Stress drinQuarzglaskomponentenbezieht sich auf die ungleichmäßige innere Spannung, die durch verschiedene Faktoren erzeugt wird. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um die gespeicherte elastische Spannung, die durch die unausgeglichenen Kräfte erzeugt wird, die auf Atome oder Moleküle im Material wirken. Dies kann zu mikroskopischen Verzerrungen in der Materialstruktur führen, die wiederum die makroskopische Leistung des Objekts beeinträchtigen können.

Stress wird im Allgemeinen in thermischer Stress, mechanischer Stress, Phasenwechselstress und chemischer Stress kategorisiert. Wie entstehen diese Spannungen?

1. Wärmespannung: Diese wird durch Temperaturgradienten zwischen der Oberfläche und dem Innenraum während des Erhitzens und Abkühlens verursacht, was zu einer inkonsistenten Kontraktion zwischen Innen und Außen führt, was zu Zug- oder Druckspannungen führt. Wenn beispielsweise ein Ofenrohr aus Quarzglas nach dem Brennen mit einer Knallgasflamme direkt verwendet wird, kann es leicht zu Rissen in der Öffnung kommen. Dies ist auf Hitzestress zurückzuführen. Wenn das Rohr nach dem Einsatz bei hohen Temperaturen schnell abgekühlt wird, können sich Risse bilden. Dies ist auf Kühlstress zurückzuführen.

2. Mechanische Belastung: Diese ist auf äußere mechanische Kräfte oder örtliche plastische Verformungen während der Verarbeitung zurückzuführen. Beispielsweise verursacht der Werkzeugdruck beim Schneiden, Schleifen und Bohren in Halbleiter-Quarzglas-Flussverteilungsplatten eine Gitterverzerrung, die als Verarbeitungsspannung bezeichnet wird. Als Montagespannungen werden äußere Kräfte wie das Anziehen von Schrauben und Klemmungen bei der Montage von Quarzglasflanschen bezeichnet. Einige Quarzkomponenten leiden aufgrund falscher Konstruktion, spitzer Winkel oder plötzlicher Dickenänderungen unter struktureller Belastung.

3. Phasentransformationsstress

Die Hauptursache liegt darin, dass Quarzglaskomponenten beim Einsatz in Hochtemperaturumgebungen, insbesondere über 1100 °C, zur Kristallisation neigen. Der Unterschied in den Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Kristall- und der Glasphase führt zu Spannungen, die durch wiederholte Zyklen verstärkt werden. Beispielsweise können Diffusionsrohre aus Quarzglas nach längerem Gebrauch kristallisieren, sich ablösen und Risse bekommen. Dies ist sowohl auf Korrosion als auch auf Stress zurückzuführen.

4. Chemischer Stress

Die Hauptursache ist Oberflächenkorrosion oder Ionenaustausch, die zu ungleichmäßigen Volumenänderungen und Oberflächenspannungen führen. Beispielsweise bildet sich nach der Wärmebehandlung weißes Oxid auf der Oberfläche von Quarzglasrohren. Diese werden durch Beizen entfernt, aber wenn die Säure nicht entfernt wird, kann sie chemische Belastungen verbergen und leicht zu Rissen und Schäden an den Quarzglasrohren führen.

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