石英玻璃的高溫使用壽命取決于石英玻璃的抗析晶性的好壞,因?yàn)槭⒉AУ奈鼍舆_(dá)到一定厚度,冷卻時(shí)會(huì)炸裂損壞,所有降低石英玻璃高溫析晶速度便能提高石英玻璃使用壽命。
從理論上說(shuō)二氧化硅(SiO2)在(1730~1470℃)其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為方石英,溫度高于1730℃,方石英熔化成石英玻璃。方石英在高溫時(shí)是等軸晶系,稱β-方石英,當(dāng)溫度降到200~300℃時(shí)急速轉(zhuǎn)變?yōu)棣?span>-型方石英,轉(zhuǎn)變?yōu)檎骄,其軸比較前者稍大,結(jié)晶對(duì)稱性變化,密度也變化,體積驟然收縮2.8%,造成炸裂、崩碎,裂縫會(huì)延深入玻璃體,導(dǎo)致石英器皿破損報(bào)廢。
透明石英玻璃由于純度很高,玻璃體內(nèi)無(wú)晶核,一般不會(huì)析晶,析晶常常在表面發(fā)生。影響析晶的因素如下。
①溫度越高析晶越快,1000℃以下不析晶,1280℃是(在清潔電爐內(nèi))石英玻璃表面析晶速度為0.01μm/h,1400℃誒9~12μm/h。石英玻璃在1630℃析晶速度達(dá)到最大值。
②表面污染嚴(yán)重影響析晶。例如氫氟酸不純,水純度不夠,手直接觸摸時(shí)手汗、水跡、灰塵都將加重析晶。由于表面污染可降低析晶溫度200~300℃,800℃就開(kāi)始析晶。
③使用石英玻璃時(shí)爐內(nèi)氣氛中含水蒸汽、氯氣、氟化物、磷酸鹽將促進(jìn)析晶。
④使用石英玻璃的爐膛耐火材料中含有大量的堿金屬、堿土金屬成分,高溫時(shí)會(huì)揮發(fā)出來(lái)造成嚴(yán)重析晶,1280℃的析晶速度可達(dá)10μm/h,比正常情況高1000倍。特別是鈉離子影響最為嚴(yán)重。作者曾做過(guò)這樣的試驗(yàn),將石英玻璃片狀在石英玻璃盒內(nèi),1400℃也不會(huì)析晶,因此石英玻璃退火爐采用石英棉做爐膛耐火材料(同時(shí)也是保溫材料)就能保持石英玻璃表面的質(zhì)量。
⑤石英玻璃熱加工的燃?xì)庾詈貌捎脷浜脱鯕,并?yīng)過(guò)濾凈化。
⑥石英玻璃中如含有大量羥基,將將降低石英玻璃黏度,會(huì)加劇析晶。合成石英玻璃中含有1200×10-6的羥基,其耐溫性下降70℃,析晶性能較差,但析晶只在表面發(fā)生。
⑦石英玻璃中的氣泡表面、白點(diǎn)、黑點(diǎn)、生料顆粒等將稱為晶核,在其周圍將首先析晶,并加速方石英顆粒長(zhǎng)大。
根據(jù)JC/T597-95行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),石英管在(1400±5)℃下恒溫6h,析晶層平均厚度應(yīng)小于100
Μm才算合格。各種石英玻璃1400℃析晶速度測(cè)定結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表,試樣經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光和酸洗處理,測(cè)量精度0.1μm。
品種 |
內(nèi)壁 |
外壁 |
||||
最高值 |
最低值 |
平均值 |
最高值 |
最低值 |
平均值 |
|
氣煉管(4次試驗(yàn)) |
49 |
25 |
37 |
64 |
34 |
49 |
氣煉坩堝(4次試驗(yàn)) |
58 |
30 |
44 |
73 |
37 |
55 |
日本管(連熔)(2次試驗(yàn)) |
58 |
51 |
54.5 |
64 |
46 |
55 |
英國(guó)管 |
41.8 |
39.5 |
||||
合成石英管OH-=1200×10-6 |
70.8 |
86.1 |
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