1. Ջերմային լարվածություն սառեցման ընթացքում (հիմնական պատճառ)
Հալված քվարցը լարվածություն է առաջացնում ոչ միատարր ջերմաստիճանային պայմաններում: Ցանկացած տրված ջերմաստիճանում հալված քվարցի ատոմային կառուցվածքը հասնում է համեմատաբար «օպտիմալ» տարածական կոնֆիգուրացիայի: Ջերմաստիճանի փոփոխությանը զուգընթաց, ատոմների միջև հեռավորությունը համապատասխանաբար փոխվում է՝ մի երևույթ, որը սովորաբար անվանում են ջերմային ընդարձակում: Երբ հալված քվարցը անհավասարաչափ տաքացվում կամ սառեցվում է, տեղի է ունենում ոչ միատարր ընդարձակում:
Ջերմային լարվածությունը սովորաբար առաջանում է, երբ ավելի տաք շրջանները փորձում են ընդարձակվել, բայց սահմանափակվում են շրջակա ավելի զով գոտիներով։ Սա ստեղծում է սեղմման լարվածություն, որը սովորաբար վնաս չի պատճառում։ Եթե ջերմաստիճանը բավականաչափ բարձր է ապակին մեղմացնելու համար, լարվածությունը կարող է մեղմացվել։ Սակայն, եթե սառեցման արագությունը չափազանց արագ է, մածուցիկությունը արագորեն մեծանում է, և ներքին ատոմային կառուցվածքը չի կարող ժամանակի ընթացքում հարմարվել ջերմաստիճանի նվազմանը։ Սա հանգեցնում է ձգման լարվածության, որը շատ ավելի հավանական է, որ կոտրվածքներ կամ ձախողում առաջացնի։
Նման լարվածությունն ուժեղանում է ջերմաստիճանի անկմանը զուգընթաց՝ հասնելով բարձր մակարդակի սառեցման գործընթացի ավարտին: Այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում քվարցային ապակին հասնում է 10^4.6 պոյսից բարձր մածուցիկության, կոչվում էլարվածության կետԱյս պահին նյութի մածուցիկությունն այնքան բարձր է, որ ներքին լարվածությունը արդյունավետորեն ամրագրվում է և այլևս չի կարող ցրվել։
2. Փուլային անցումից և կառուցվածքային թուլացումից առաջացած սթրես
Մետաստաբիլ կառուցվածքային թուլացում.
Հալված վիճակում հալված քվարցը ցուցաբերում է խիստ անկանոն ատոմային դասավորություն։ Սառեցնելիս ատոմները հակված են թուլանալ՝ ավելի կայուն կոնֆիգուրացիայի ուղղությամբ։ Սակայն ապակե վիճակի բարձր մածուցիկությունը խոչընդոտում է ատոմի շարժմանը, ինչը հանգեցնում է մետաստաբիլ ներքին կառուցվածքի և առաջացնում է թուլացման լարում։ Ժամանակի ընթացքում այս լարումը կարող է դանդաղորեն թուլանալ, մի երևույթ, որը հայտնի է որպեսապակու ծերացում.
Բյուրեղացման միտում.
Եթե հալված քվարցը երկար ժամանակ պահվում է որոշակի ջերմաստիճանային միջակայքերում (օրինակ՝ բյուրեղացման ջերմաստիճանին մոտ), կարող է տեղի ունենալ միկրոբյուրեղացում, օրինակ՝ քրիստոբալիտային միկրոբյուրեղների նստեցում։ Բյուրեղային և ամորֆ փուլերի միջև ծավալային անհամապատասխանությունը ստեղծում էփուլային անցման լարվածություն.
3. Մեխանիկական բեռ և արտաքին ուժ
1. Մշակումից առաջացած սթրեսը.
Կտրման, հղկման կամ փայլեցման ընթացքում կիրառվող մեխանիկական ուժերը կարող են առաջացնել մակերևութային ցանցի աղավաղում և մշակման լարում: Օրինակ՝ հղկող սկավառակով կտրման ժամանակ, եզրին տեղայնացված ջերմությունը և մեխանիկական ճնշումը առաջացնում են լարման կենտրոնացում: Հորատման կամ կտրման սխալ տեխնիկան կարող է հանգեցնել լարման կենտրոնացման կտրվածքներում, որոնք ծառայում են որպես ճաքերի առաջացման կետեր:
2. Ծառայության պայմաններից առաջացած սթրեսը.
Կառուցվածքային նյութի դերում օգտագործվելիս հալված քվարցը կարող է մակրոմասնաձև լարվածություն զգալ մեխանիկական բեռների պատճառով, ինչպիսիք են ճնշումը կամ ծռումը: Օրինակ՝ քվարցային ապակյա իրերը կարող են ծռման լարվածություն զգալ ծանր պարունակություն պահելիս:
4. Ջերմային ցնցում և ջերմաստիճանի արագ տատանում
1. Արագ տաքացումից/սառեցումից առաջացող ակնթարթային լարվածություն.
Չնայած հալված քվարցն ունի շատ ցածր ջերմային ընդարձակման գործակից (~0.5×10⁻⁶/°C), ջերմաստիճանի արագ փոփոխությունները (օրինակ՝ սենյակային ջերմաստիճանից բարձր ջերմաստիճանների տաքացումը կամ սառցե ջրի մեջ ընկղմումը) դեռևս կարող են առաջացնել կտրուկ տեղային ջերմաստիճանային գրադիենտներ: Այս գրադիենտները հանգեցնում են հանկարծակի ջերմային ընդարձակման կամ կծկման, առաջացնելով ակնթարթային ջերմային լարվածություն: Տարածված օրինակ է լաբորատոր քվարցային ամանեղենի կոտրումը ջերմային ցնցման պատճառով:
2. Ցիկլային ջերմային հոգնածություն։
Երբ այն ենթարկվում է երկարատև, կրկնվող ջերմաստիճանի տատանումների, օրինակ՝ վառարանի ծածկույթներում կամ բարձր ջերմաստիճանի դիտման պատուհաններում, հալված քվարցը ենթարկվում է ցիկլիկ ընդարձակման և կծկման: Սա հանգեցնում է հոգնածության լարման կուտակման, արագացնում է ծերացումը և ճաքերի առաջացման ռիսկը:
5. Քիմիական գործոններով պայմանավորված սթրես
1. Կոռոզիայի և լուծարման լարվածությունը.
Երբ հալված քվարցը շփվում է ուժեղ ալկալային լուծույթների (օրինակ՝ NaOH) կամ բարձր ջերմաստիճանի թթվային գազերի (օրինակ՝ HF) հետ, տեղի է ունենում մակերեսային կոռոզիա և լուծարում: Սա խաթարում է կառուցվածքային միատարրությունը և առաջացնում քիմիական լարվածություն: Օրինակ՝ ալկալային կոռոզիան կարող է հանգեցնել մակերեսային ծավալի փոփոխությունների կամ միկրոճաքերի առաջացման:
2. Սրտանոթային հիվանդություններով պայմանավորված սթրես.
Քիմիական գոլորշու նստեցման (ՔԳՆ) գործընթացները, որոնք ծածկույթներ (օրինակ՝ SiC) են նստեցնում հալված քվարցի վրա, կարող են առաջացնել միջերեսային լարվածություն՝ երկու նյութերի միջև ջերմային ընդարձակման գործակիցների կամ առաձգականության մոդուլների տարբերությունների պատճառով: Սառեցման ընթացքում այս լարվածությունը կարող է առաջացնել ծածկույթի կամ հիմքի շերտազատում կամ ճաքեր:
6. Ներքին թերություններ և խառնուրդներ
1. Փուչիկներ և ներառումներ.
Հալման ընթացքում ներմուծված մնացորդային գազի պղպջակները կամ խառնուրդները (օրինակ՝ մետաղական իոններ կամ չհալված մասնիկներ) կարող են ծառայել որպես լարվածության կենտրոնացնողներ: Այս ներառումների և ապակե մատրիցի միջև ջերմային ընդարձակման կամ առաձգականության տարբերությունները ստեղծում են տեղայնացված ներքին լարվածություն: Ճաքերը հաճախ առաջանում են այս թերությունների եզրերին:
2. Միկրոկտրակեր և կառուցվածքային թերություններ.
Հումքի մեջ կամ հալման գործընթացից առաջացած խառնուրդները կամ թերությունները կարող են հանգեցնել ներքին միկրոճաքերի: Մեխանիկական բեռների կամ ջերմային ցիկլի ազդեցության տակ ճաքերի ծայրերում լարվածության կենտրոնացումը կարող է նպաստել ճաքերի տարածմանը՝ նվազեցնելով նյութի ամբողջականությունը:
Հրապարակման ժամանակը. Հուլիս-04-2025