石英ガラス部品の応力とは何ですか

ストレス石英ガラス部品さまざまな要因によって生じる不均一な内部応力を指します。本質的に、これは材料内の原子または分子に作用する不均衡な力によって生成される、保存された弾性ひずみです。これにより、材料構造に微視的な歪みが発生し、オブジェクトの巨視的な性能に影響を与える可能性があります。

応力は一般に、熱応力、機械的応力、相変化応力、化学的応力に分類されます。これらのストレスはどのようにして発生するのでしょうか?

1. 熱応力: これは加熱および冷却中の表面と内部の間の温度勾配によって引き起こされ、内部と外部の間で不均一な収縮が生じ、引張応力または圧縮応力が生じます。例えば、石英ガラスの炉管を酸水素炎で焼成してそのまま使用すると、開口部が割れやすくなります。これは加熱ストレスによるものです。高温使用後にチューブを急冷するとクラックが発生する場合があります。これは冷却応力によるものです。

2. 機械的応力: これは、加工中の外部からの機械的力または局所的な塑性変形によるものです。例えば、半導体石英ガラスの分流板では、切断、研削、穴あけ時の工具圧力により、加工応力と呼ばれる格子歪みが生じます。石英ガラスフランジの取り付け時のネジの締め付けやクランプなどの外力を組立応力といいます。一部の石英コンポーネントは、不適切な設計、鋭角、または突然の厚さの変化により、構造的なストレスを受けます。

3. 相変態応力

主な原因は、石英ガラス部品が高温環境、特に 1100°C 以上で使用されると結晶化しやすいことです。結晶相とガラス相の膨張係数の違いにより応力が誘発され、サイクルを繰り返すと応力が悪化します。たとえば、石英ガラス拡散管は長期間使用すると結晶化したり、剥離したり、亀裂が入ったりすることがあります。これは腐食と応力の両方が原因です。

4. 化学的ストレス

主な原因は表面の腐食またはイオン交換であり、不均一な体積変化と表面応力を引き起こします。たとえば、熱処理後に石英ガラス管の表面に白い酸化物が形成されます。これは酸洗いによって除去されますが、酸が除去されないと、化学的ストレスが隠蔽され、石英ガラス管に亀裂や損傷が容易に発生する可能性があります。

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