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石英玻璃为什么会有析晶

一、石英玻璃为什么会有析晶

失透(又叫析晶性)是石英玻璃的一个固有缺陷,从热力学观点看,石英玻璃的内能高于结晶态方石英,属热力学上不稳定的亚稳态,当温度高于1000℃时,SiO2分子振动加速,经一段较长时间的重新排列、定向便形成结晶。失透性是以晶核成长速度来表示的,不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分别达到更大值。

析晶主要出现在表面,其次是内部缺陷处,原因是这些地方容易沾污,引起杂质离子的局部集聚,特别是碱离子(如K、Na、Li、Ca、Mg等)进入网络后引起粘度降低,促使失透加速。

由于石英玻璃的热膨胀系数和比重同析晶产物β-方石英相近,所以在高温下连续使用时,尽管析晶区不断扩大,但体积变化并不明显,仍可满意地继续使用,此时尚可减轻玻璃的塑性变形,使耐火度提高。当析晶产物冷却到800℃时,则出现细小的龟裂网络。继续冷却到200-275℃时,则出现方石英从高温型到低温型(即β-方石英→a-方石英)的结构变化,并伴随着发生体积聚变,如果析晶层很深,则石英玻璃亦随之破裂。由于析晶常常出现在有杂质的地方,所以高温使用前的表面状态及周围耐火材料、气氛十分重要。

二、石英玻璃硬度和强度高吗

石英玻璃的机械性能比硬质玻璃和陶瓷都好,唯脆性较差。石英玻璃的理论计算强度很高,约为24×103MPa,但实际测得的强度要比这个数值低数十倍。影响强度的主要因素首先是玻璃的表面缺陷,特别是表面微裂纹的大小及深度影响更为明显,细磨的石英玻璃试样比粗磨的试样,其抗折强度约增加0.6倍;其次是内在缺陷,例如,气泡、杂质、熔化不均以及残余应力等。石英玻璃的强度随着温度的升高而增加,接近退火温度时达到更大值。

石英玻璃的剪切模量、杨氏模量、阻尼、泊松比、破坏模量一般均随着温度的升高而增加,硬度则随着温度的升高而降低。


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