1. Tekanan Termal Selama Pendinginan (Penyebab Utama)
Kuarsa lebur menghasilkan tekanan dalam kondisi suhu yang tidak seragam. Pada suhu berapa pun, struktur atom kuarsa lebur mencapai konfigurasi spasial yang relatif "optimal". Seiring perubahan suhu, jarak atom pun bergeser—fenomena yang umum disebut ekspansi termal. Ketika kuarsa lebur dipanaskan atau didinginkan secara tidak merata, terjadi ekspansi yang tidak seragam.
Tekanan termal biasanya muncul ketika daerah yang lebih panas mencoba memuai tetapi terhambat oleh zona yang lebih dingin di sekitarnya. Hal ini menciptakan tekanan tekan, yang biasanya tidak menyebabkan kerusakan. Jika suhu cukup tinggi untuk melunakkan kaca, tekanan tersebut dapat dikurangi. Namun, jika laju pendinginan terlalu cepat, viskositas meningkat dengan cepat, dan struktur atom internal tidak dapat menyesuaikan diri dengan penurunan suhu. Hal ini mengakibatkan tekanan tarik, yang jauh lebih mungkin menyebabkan fraktur atau kegagalan.
Tekanan tersebut meningkat seiring penurunan suhu, mencapai tingkat tinggi di akhir proses pendinginan. Suhu di mana kaca kuarsa mencapai viskositas di atas 10^4,6 poise disebut sebagaititik reganganPada titik ini, viskositas material sangat tinggi sehingga tekanan internal terkunci dan tidak dapat lagi dihilangkan.
2. Stres akibat Transisi Fase dan Relaksasi Struktural
Relaksasi Struktural Metastabil:
Dalam keadaan cair, kuarsa leburan menunjukkan susunan atom yang sangat tidak teratur. Setelah pendinginan, atom-atom cenderung berelaksasi menuju konfigurasi yang lebih stabil. Namun, viskositas tinggi dari keadaan seperti kaca menghambat pergerakan atom, menghasilkan struktur internal yang metastabil dan menghasilkan tegangan relaksasi. Seiring waktu, tegangan ini dapat dilepaskan secara perlahan, sebuah fenomena yang dikenal sebagaipenuaan kaca.
Kecenderungan Kristalisasi:
Jika kuarsa leburan disimpan dalam rentang suhu tertentu (misalnya, mendekati suhu kristalisasi) untuk waktu yang lama, mikrokristalisasi dapat terjadi—misalnya, presipitasi mikrokristal kristobalit. Ketidaksesuaian volumetrik antara fase kristal dan amorf menciptakantegangan transisi fase.
3. Beban Mekanik dan Gaya Eksternal
1. Stres akibat Pemrosesan:
Gaya mekanis yang diterapkan selama pemotongan, penggilingan, atau pemolesan dapat menyebabkan distorsi kisi permukaan dan tegangan pemrosesan. Misalnya, selama pemotongan dengan roda gerinda, panas lokal dan tekanan mekanis pada tepi menyebabkan konsentrasi tegangan. Teknik pengeboran atau pembuatan alur yang tidak tepat dapat menyebabkan konsentrasi tegangan pada takik, yang berfungsi sebagai titik awal retak.
2. Stres dari Kondisi Layanan:
Ketika digunakan sebagai material struktural, kuarsa lebur dapat mengalami tekanan skala makro akibat beban mekanis seperti tekanan atau pembengkokan. Misalnya, gelas kuarsa dapat mengalami pembengkokan saat menampung muatan yang berat.
4. Kejutan Termal dan Fluktuasi Suhu yang Cepat
1. Tekanan Seketika dari Pemanasan/Pendinginan Cepat:
Meskipun kuarsa lebur memiliki koefisien ekspansi termal yang sangat rendah (~0,5×10⁻⁶/°C), perubahan suhu yang cepat (misalnya, pemanasan dari suhu ruangan ke suhu tinggi, atau perendaman dalam air es) tetap dapat menyebabkan gradien suhu lokal yang tajam. Gradien ini mengakibatkan ekspansi atau kontraksi termal yang tiba-tiba, sehingga menghasilkan tegangan termal sesaat. Contoh umum adalah retakan pada peralatan kuarsa laboratorium akibat kejutan termal.
2. Kelelahan Termal Siklik:
Ketika terpapar fluktuasi suhu jangka panjang dan berulang—seperti pada lapisan tungku atau jendela pengamatan bersuhu tinggi—kuarsa leburan mengalami ekspansi dan kontraksi siklik. Hal ini menyebabkan akumulasi tegangan lelah, mempercepat penuaan, dan risiko retak.
5. Stres yang Disebabkan oleh Bahan Kimia
1. Korosi dan Tegangan Pelarutan:
Ketika kuarsa leburan bersentuhan dengan larutan alkali kuat (misalnya, NaOH) atau gas asam bersuhu tinggi (misalnya, HF), korosi dan pelarutan permukaan akan terjadi. Hal ini mengganggu keseragaman struktur dan memicu tekanan kimia. Misalnya, korosi alkali dapat menyebabkan perubahan volume permukaan atau pembentukan retakan mikro.
2. Stres yang Disebabkan oleh Penyakit Jantung dan Pembuluh Darah (PJK):
Proses Deposisi Uap Kimia (CVD) yang melapisi permukaan (misalnya, SiC) pada kuarsa lebur dapat menimbulkan tegangan antarmuka akibat perbedaan koefisien ekspansi termal atau modulus elastisitas antara kedua material. Selama pendinginan, tegangan ini dapat menyebabkan delaminasi atau retak pada lapisan atau substrat.
6. Cacat dan Kotoran Internal
1. Gelembung dan Inklusi:
Gelembung gas sisa atau pengotor (misalnya, ion logam atau partikel yang tidak meleleh) yang muncul selama peleburan dapat berfungsi sebagai konsentrator tegangan. Perbedaan ekspansi termal atau elastisitas antara inklusi ini dan matriks kaca menciptakan tegangan internal lokal. Retakan sering kali muncul di tepi ketidaksempurnaan ini.
2. Retakan Mikro dan Cacat Struktural:
Kotoran atau cacat pada bahan baku atau akibat proses peleburan dapat menyebabkan retakan mikro internal. Di bawah beban mekanis atau siklus termal, konsentrasi tegangan pada ujung retakan dapat mempercepat perambatan retakan, sehingga mengurangi integritas material.
Waktu posting: 04-Jul-2025