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石英玻璃为什么会析晶

2th-Tue-2019

    石英玻璃的析晶性能决定了石英玻璃的高温使用寿命,是石英玻璃重要的热性能之一。

即使质量再优良的石英玻璃在1250℃以上长期使用,也会发生失透现象,即SO2变成结晶相—析晶。 

美国的实验表明,自由表面是方石英结晶晶核形成的主要原因,晶核的形成是  由表面杂质引起的。

晶核形成后,氧促使晶体进一步增长,在1100~1700℃之间,析晶速度比较快,析晶产物是B方石英,

它和石英玻璃的膨胀系数不同,于是出现网状结构,在冷却到250℃时,石英玻璃仍然透明。低于此

温度时β-方石英转变成不透明的白色a方石英,a方石英的粒度比β方石英小。如果将a方石英重新

加热到a3方石英的转变温度,又转变成B方石英,但因冷却时已形成了许多裂纹,方石英就不再透明了。

    英国的研究认为,石英玻璃是二氧化硅的亚稳定相,在1000℃下长时间加热  就会产生结晶相,

结晶主要从表面开始,表面局部的碱离子会降低石英玻璃的黏度,促进析晶。开始生成β-方石英,

其热膨胀系数和密度同石英玻璃相近,所以当石英玻璃仍保持在高温时,即使岀现析晶,因体积变化

不大,石英玻璃仍可处于良好的工作状态。当冷却到大约800℃时,由于积少成多,积小成大,于是出 

现微细的网状裂纹。在冷却到250~275℃时p方石英转变成不透明的白色a方石英,  失透区碎裂。


    也有人认为,从动力学的观点看,在低于1710℃以下,低于方石英的熔点时,石英玻璃是不稳定的。

在1000℃以上长时间加热,电熔石英玻璃可能从内部也可能从表面晶核开始形成方石英。在1350~1620℃之间,结晶速度和时间成直线关系。在1350℃下结晶速度为6.5×10-4m/min;在1620℃下结品速度为9.0×10-2m/min。

石英玻璃的杂质含量、羟基含量、表面状态、使用气氛和加热的材质等是造成石英玻璃析晶(使玻璃转变成方石英)的主要原因。析晶是一个以杂质或不完善的表面为中心并不断蔓延的核化过程,所以石英玻璃的表面状态很重要。水包括结构水(Si-OH)会加速析晶,羟基在高温下以水蒸气的形式挥发出来,破坏了石英玻璃试样网络,暴露出新的表面,加速析晶。气炼石英玻璃的羟基含量比合成石英玻璃的羟基含量低得多,所以在同样温度下析晶少。因此在实际使用中应根据具体情况对石英玻璃进行合理的选材、必要的表面处理、优化使用气氛。

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