石英玻璃為什么會有析晶

一、石英玻璃為什么會有析晶

失透(又叫析晶性)是石英玻璃的一個固有缺陷，從熱力學觀點看，石英玻璃的內(nèi)能高于結(jié)晶態(tài)方石英，屬熱力學上不穩(wěn)定的亞穩(wěn)態(tài)，當溫度高于1000℃時，SiO2分子振動加速，經(jīng)一段較長時間的重新排列、定向便形成結(jié)晶。失透性是以晶核成長速度來表示的，不透明石英玻璃在1520℃、透明石英玻璃在1620℃析晶速度分別達到更大值。

析晶主要出現(xiàn)在表面，其次是內(nèi)部缺陷處，原因是這些地方容易沾污，引起雜質(zhì)離子的局部集聚，特別是堿離子(如K、Na、Li、Ca、Mg等)進入網(wǎng)絡(luò)后引起粘度降低，促使失透加速。

由于石英玻璃的熱膨脹系數(shù)和比重同析晶產(chǎn)物β-方石英相近，所以在高溫下連續(xù)使用時，盡管析晶區(qū)不斷擴大，但體積變化并不明顯，仍可滿意地繼續(xù)使用，此時尚可減輕玻璃的塑性變形，使耐火度提高。當析晶產(chǎn)物冷卻到800℃時，則出現(xiàn)細小的龜裂網(wǎng)絡(luò)。繼續(xù)冷卻到200-275℃時，則出現(xiàn)方石英從高溫型到低溫型(即β-方石英→a-方石英)的結(jié)構(gòu)變化，并伴隨著發(fā)生體積聚變，如果析晶層很深，則石英玻璃亦隨之破裂。由于析晶常常出現(xiàn)在有雜質(zhì)的地方，所以高溫使用前的表面狀態(tài)及周圍耐火材料、氣氛十分重要。

二、石英玻璃硬度和強度高嗎

石英玻璃的機械性能比硬質(zhì)玻璃和陶瓷都好，唯脆性較差。石英玻璃的理論計算強度很高，約為24×103MPa，但實際測得的強度要比這個數(shù)值低數(shù)十倍。影響強度的主要因素首先是玻璃的表面缺陷，特別是表面微裂紋的大小及深度影響更為明顯，細磨的石英玻璃試樣比粗磨的試樣，其抗折強度約增加0.6倍;其次是內(nèi)在缺陷，例如，氣泡、雜質(zhì)、熔化不均以及殘余應(yīng)力等。石英玻璃的強度隨著溫度的升高而增加，接近退火溫度時達到更大值。

石英玻璃的剪切模量、楊氏模量、阻尼、泊松比、破壞模量一般均隨著溫度的升高而增加，硬度則隨著溫度的升高而降低。

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