¿Por qué el cuarzo necesita ser recocido?

Según el método de procesamiento, uso y apariencia, el vidrio de cuarzo se clasifica en dos categorías: transparente y opaco. La categoría transparente incluye tipos como vidrio de cuarzo transparente fusionado, vidrio de cuarzo fusionado, vidrio de cuarzo transparente refinado con gas y vidrio de cuarzo sintético. La categoría opaca consiste en vidrio de cuarzo opaco, vidrio de cuarzo óptico, vidrio de cuarzo para semiconductores y vidrio de cuarzo para fuentes de luz eléctrica. Además, el vidrio de cuarzo se divide en tres categorías basadas en la pureza: alta pureza, ordinaria y dopada.

La devitrificación es un defecto inherente en el vidrio de cuarzo resistente a la alta temperatura. La energía interna del vidrio de cuarzo es mayor que la del cuarzo cristalino, colocándola en un estado metaestable termodinámicamente inestable. A medida que aumenta la temperatura, la vibración de las moléculas de SiO2 se acelera y, con el tiempo, esto conduce a reorganización y cristalización. El crecimiento de la cristalización ocurre principalmente en la superficie, seguido de defectos internos. Esto se debe a que estas áreas son más susceptibles a la contaminación, lo que resulta en la acumulación local de iones de impureza. Los iones alcalinos como K, Na, Li, Ca y Mg pueden reducir la viscosidad del vidrio, acelerando así la devitrificación.

Es importante tener en cuenta que el vidrio es un mal conductor de calor. Cuando un trozo de vidrio de cuarzo (cuando no está bajo presión) se calienta o enfría, la capa externa del vidrio experimenta un cambio de temperatura primero. El exterior se calienta o se enfría antes de que el calor se realice en el interior del vidrio, creando una diferencia de temperatura entre la superficie y el interior. Cuando se calienta, la capa externa del vidrio de cuarzo se expande debido a temperaturas más altas, mientras que el interior más frío resiste esta expansión, manteniendo su estado original. Esta interacción produce dos tipos de estrés interno: "estrés por compresión", que actúa sobre la capa externa para resistir la expansión y "estrés por tracción", que es la fuerza ejercida por la capa externa en expansión en la capa interna. Colectivamente, estas fuerzas se denominan estrés en el vidrio de cuarzo.

Dado que la resistencia a la compresión del vidrio de cuarzo es significativamente mayor que su resistencia a la tracción, las capas internas y externas pueden soportar grandes diferencias de temperatura cuando se calientan. Durante el procesamiento de la lámpara, el vidrio de cuarzo se puede calentar directamente en una llama de hidrógeno-oxígeno sin romperse. Sin embargo, si el vidrio de cuarzo se calienta a temperaturas de 500 ° C o más se coloca repentinamente en agua de enfriamiento, es probable que se rompa.

Estrés térmico enProductos de vidrio de cuarzose puede dividir en estrés temporal y estrés permanente.

Estrés temporal:

Cuando el cambio de temperatura del vidrio es más bajo que la temperatura del punto de deformación, la conductividad térmica es pobre y el calor total es desigual, generando así cierto estrés térmico. Este estrés térmico tiene una diferencia de temperatura. Este estrés térmico se llama estrés temporal. Cabe señalar que dado que la capa central de las varillas de núcleo de cuarzo producidas y procesadas en tiempos normales se mezcla con diferentes sustancias químicas, es muy fácil producir calentamiento desigual. Por lo tanto, después de completar el empalme, la temperatura del cuerpo de la barra está uniformada por una llama para que el gradiente de temperatura general sea lo más suave posible, eliminando en gran medida el estrés temporal de la barra del núcleo de cuarzo.

Estrés permanente:

Cuando el vidrio se enfría desde por encima de la temperatura del punto de deformación, la tensión térmica generada por la diferencia de temperatura no desaparecerá por completo después de que el vidrio se enfríe a temperatura ambiente y la temperatura de las capas internas y externas es igual. Todavía hay una cierta cantidad de estrés en el vidrio. El tamaño del estrés permanente depende de la velocidad de enfriamiento del producto por encima de la temperatura del punto de deformación, la viscosidad del vidrio de cuarzo, el coeficiente de expansión térmica y el grosor del producto. Después del procesamiento, el estrés permanente generado ha afectado el procesamiento y la producción posteriores. Por lo tanto, el estrés permanente solo puede eliminarse mediante el recocido.

El recocido de vidrio de cuarzo se divide en cuatro etapas: etapa de calentamiento, etapa de temperatura constante, etapa de enfriamiento y etapa de enfriamiento natural.

Etapa de calefacción: para los requisitos del vidrio de cuarzo, este trabajo se basa en los requisitos de recocido de los productos ópticos. Todo el proceso de calentamiento se calienta lentamente a 1100 ° C. Según la experiencia, el aumento de la temperatura es de 4.5/R2 ° C/min, donde R es el radio del producto de vidrio de cuarzo.

Etapa de temperatura constante: cuando la varilla de cuarzo alcanza la temperatura de recocido máximo real, el cuerpo del horno está sujeto a un tratamiento de temperatura constante para frenar el gradiente térmico del producto y el calor de manera uniforme en todas las posiciones. Prepárese para el próximo enfriamiento.

Etapa de enfriamiento: para eliminar o generar un estrés permanente muy pequeño durante el proceso de enfriamiento de la varilla de cuarzo, la temperatura debe reducirse lentamente en esta etapa para evitar gradientes de temperatura excesivos. La velocidad de enfriamiento de 1100 ° C a 950 ° C es de 15 ° C/hora. La velocidad de enfriamiento de 950 ° C a 750 ° C es de 30 ° C/hora. La temperatura de enfriamiento de 750 ° C a 450 ° C es de 60 ° C/hora.

Etapa de enfriamiento natural: por debajo de 450 ° C, corte la fuente de alimentación del horno de recocido sin cambiar el entorno de aislamiento para permitir que se enfríe naturalmente a menos de 100 ° C. Por debajo de 100 ° C, abra el entorno de aislamiento para permitir que se enfríe a temperatura ambiente.

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