1. Салқындату кезіндегі термиялық кернеу (негізгі себеп)
Балқытылған кварц біркелкі емес температура жағдайында кернеу тудырады. Кез келген температурада балқытылған кварцтың атомдық құрылымы салыстырмалы түрде «оңтайлы» кеңістіктік конфигурацияға жетеді. Температура өзгерген сайын атомдық аралық сәйкесінше ауысады — бұл құбылыс әдетте жылулық кеңею деп аталады. Балқытылған кварцты біркелкі емес қыздырғанда немесе салқындағанда, біркелкі емес кеңею пайда болады.
Жылулық кернеу әдетте ыстық аймақтар кеңеюге тырысқанда, бірақ қоршаған салқын аймақтармен шектелген кезде пайда болады. Бұл әдетте зақым келтірмейтін қысу кернеуін тудырады. Егер температура әйнекті жұмсарту үшін жеткілікті жоғары болса, кернеуді жеңілдетуге болады. Алайда, егер салқындату жылдамдығы тым жылдам болса, тұтқырлық тез артады және ішкі атом құрылымы төмендеген температураға уақытында бейімделе алмайды. Бұл сыну немесе істен шығу ықтималдығы жоғары болатын созылу кернеуіне әкеледі.
Мұндай кернеу температураның төмендеуімен күшейіп, салқындату процесінің соңында жоғары деңгейге жетеді. Кварц шыны тұтқырлығы 10^4,6-дан жоғары болатын температура деп аталады.кернеу нүктесі. Бұл кезде материалдың тұтқырлығы соншалықты жоғары, ішкі кернеу тиімді түрде бекітіледі және бұдан былай тарай алмайды.
2. Фазалық ауысудан және құрылымдық релаксациядан болатын стресс
Метатұрақты құрылымдық релаксация:
Балқыған күйде балқытылған кварц өте ретсіз атомдық орналасуды көрсетеді. Салқындату кезінде атомдар неғұрлым тұрақты конфигурацияға қарай босаңсуға бейім. Дегенмен, шыны күйдің жоғары тұтқырлығы атомдық қозғалысқа кедергі келтіреді, нәтижесінде метастабилді ішкі құрылым және релаксация кернеуін тудырады. Уақыт өте келе бұл стресс баяу босатылуы мүмкін, бұл құбылыс деп аталадышыны қартаю.
Кристалдану тенденциясы:
Егер балқытылған кварц белгілі бір температура диапазонында (мысалы, кристалдану температурасына жақын) ұзақ уақыт бойы ұсталса, микрокристалдану орын алуы мүмкін, мысалы, кристобалит микрокристалдарының тұнбасы. Кристалды және аморфты фазалар арасындағы көлемдік сәйкессіздік тудырадыфазалық ауысу кернеуі.
3. Механикалық жүктеме және сыртқы күш
1. Өңдеу кезіндегі кернеу:
Кесу, тегістеу немесе жылтырату кезінде қолданылатын механикалық күштер беткі тордың бұрмалануын және өңдеу кернеуін тудыруы мүмкін. Мысалы, тегістеу шеңберімен кесу кезінде локализацияланған жылу және шеттегі механикалық қысым кернеу концентрациясын тудырады. Бұрғылау немесе ойық салу кезіндегі дұрыс емес әдістер жарықшақтардың басталу нүктелері ретінде қызмет ететін ойықтардағы кернеу концентрацияларына әкелуі мүмкін.
2. Қызмет көрсету жағдайларының кернеуі:
Құрылымдық материал ретінде пайдаланылған кезде балқытылған кварц қысым немесе иілу сияқты механикалық жүктемелерге байланысты макро масштабтағы кернеуге ұшырауы мүмкін. Мысалы, кварц шыны ыдыстары ауыр заттарды ұстаған кезде иілу кернеуін тудыруы мүмкін.
4. Термиялық соққы және температураның жылдам ауытқуы
1. Жылдам қыздыру/салқындату кезіндегі лездік кернеу:
Балқытылған кварцтың термиялық кеңею коэффициенті өте төмен болса да (~0,5×10⁻⁶/°C), температураның жылдам өзгеруі (мысалы, бөлме температурасынан жоғары температураға дейін қыздыру немесе мұзды суға батыру) жергілікті температураның күрт градиенттерін тудыруы мүмкін. Бұл градиенттер кенеттен термиялық кеңеюге немесе қысқаруға әкеліп, лезде жылу кернеуін тудырады. Кәдімгі мысал - термиялық соққыға байланысты зертханалық кварц бұйымдарының сынуы.
2. Циклдік термиялық шаршау:
Ұзақ мерзімді, қайталанатын температура ауытқуларына ұшыраған кезде, мысалы, пеш төсемдерінде немесе жоғары температурада қарау терезелерінде - балқытылған кварц циклдік кеңеюге және қысқаруға ұшырайды. Бұл шаршау стрессінің жинақталуына, қартаюды жеделдетуге және крекинг қаупіне әкеледі.
5. Химиялық әсер ететін стресс
1. Коррозия және еру кернеуі:
Балқытылған кварц күшті сілтілі ерітінділермен (мысалы, NaOH) немесе жоғары температуралы қышқыл газдармен (мысалы, HF) жанасқанда беттік коррозия және еру пайда болады. Бұл құрылымның біркелкілігін бұзады және химиялық кернеуді тудырады. Мысалы, сілтілі коррозия бетінің көлемінің өзгеруіне немесе микрожарықтың пайда болуына әкелуі мүмкін.
2. CVD туындаған стресс:
Химиялық буларды тұндыру (CVD) жабындарды (мысалы, SiC) балқытылған кварцқа тұндыратын процестер екі материал арасындағы термиялық кеңею коэффициенттеріндегі немесе серпімді модульдеріндегі айырмашылықтарға байланысты фазааралық кернеуді тудыруы мүмкін. Салқындату кезінде бұл кернеу жабынның немесе субстраттың қабатталуын немесе жарылуын тудыруы мүмкін.
6. Ішкі ақаулар мен қоспалар
1. Көпіршіктер мен қосындылар:
Балқыту кезінде енгізілген қалдық газ көпіршіктері немесе қоспалар (мысалы, металл иондары немесе балқымаған бөлшектер) кернеуді концентраторлар ретінде қызмет ете алады. Осы қосындылар мен шыны матрица арасындағы термиялық кеңеюдегі немесе серпімділіктегі айырмашылықтар локализацияланған ішкі кернеуді тудырады. Көбінесе бұл кемшіліктердің шетінде жарықтар басталады.
2. Микрожарықтар және құрылымдық ақаулар:
Шикізаттағы немесе балқыту процесіндегі қоспалар немесе ақаулар ішкі микрожарықтарға әкелуі мүмкін. Механикалық жүктемелер немесе термиялық цикл кезінде жарықшақтардың ұштарындағы кернеу концентрациясы материалдың тұтастығын азайтып, жарықшақтардың таралуына ықпал етуі мүмкін.
Жіберу уақыты: 04 шілде 2025 ж