热学性能

2017-09-16 11:48:56

1、线膨胀系数

石英玻璃的线膨胀系数比所有材料的线膨胀系数都低，见下图值得注意的是和其它物质一起使用，必须考虑到其它物质的膨胀系数，否则就会造成破损。

2、抗热振性

由于石英玻璃具有极低的线膨胀系数，故具有非常好的抗热振性能。透明石英管试样在加热到1000℃再投入到20℃水中不会炸裂。通常用经多次加热淬水直到破碎的次数来衡量其抗热振能力。

3、热导率

石英玻璃是热的不良导体。

4、比热容

5、粘度

α-方石英在1730℃熔化为石英玻璃，而石英玻璃是非晶体材料，没有固定的熔点。一般用不同温度下的粘度值来表征其热加工性能和应用性能。在熔融状态下，石英玻璃的粘度为105~106dPa·s（或“泊”），而普通玻璃的粘度只有102 dPa·s 。p6图1-4是常规石英玻璃与合成石英玻璃的粘度随温度的变化曲线。

加热石英玻璃，当粘度达到1013~1014 dPa·s时（约相当于1200℃），石英玻璃开始发生变形。所以一般要求石英玻璃制品应在1100℃以下工作。当加热到1400~1500℃时，粘度达到109~1010 dPa·s，石英玻璃变形加快。再升温到1700℃，粘度为106 dPa·s，可以进行吹制、弯曲等热加工。但石英玻璃的热加工比普通玻璃困难得多，因为稍微离开热源立即变硬。

影响石英玻璃粘度的因素主要是温度、玻璃的热历史、羟基含量和杂质含量。

任何杂质都会使石英玻璃粘度降低。它们渗入石英玻璃结构中，加热到高温时，就会削弱O-Si-O结合的键强，使玻璃粘度下降。不同工艺方法制造的石英玻璃羟基含量也不相同，对其粘度影响很明显。p6图1-5是电熔法、气炼法、合成法制造的石英玻璃粘度曲线。p6图1-6是在合成石英玻璃熔制时一些掺杂元素对其粘度的影响。

6、软化点

石英玻璃粘度为107.6 dPa·s时的温度，称软化温度，此温度大致对应操作温度的下限。一般纯度越高、羟基含量越低，软化点越高，一般在1600~1700℃之间。

7、应变点

石英玻璃粘度为1014.5 dPa·s时的温度，此温度实际上是加热石英玻璃时内应力开始消除时的温度，是确定退火下限温度的依据。一般纯度越高、羟基含量越低，应变点越高，一般在1070~1120℃之间。

8、玻璃化温度

石英玻璃粘度为1013 dPa·s时的温度，在此温度下石英玻璃的折射率、比热容、热膨胀系数等发生突变，玻璃的结构也发生变化，高于此温度玻璃进入粘滞状态，而低于此温度玻璃处于脆性状态，一般纯度越高，羟基含量越低，玻璃化温度越高，一般在1180~1250℃之间。

9、析晶

析晶是石英玻璃在高温下析出二氧化硅结晶相的过程，先是随机的产生晶核，在其周围开始生长不断结晶，直到整个玻璃体。温度越高结晶前沿的扩展速度就越快。然而玻璃内部或表面上的杂质和炉中气氛对晶核的出现与扩展影响很大。透明石英玻璃的纯度很高，在其内部难以生成晶核，通常析晶总是由于表面上或多或少的污染点开始，再向内部扩展。高纯度透明石英玻璃的析晶温度为1250℃，即使质量再优良的石英玻璃在此温度以上长期使用，也会析晶。碱金属和碱土金属离子对析晶有极大影响，约可降低析晶开始温度200~300℃。不透明石英玻璃的抗析晶能力较差。
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。
已经产生析晶的石英玻璃制品当冷却到275℃以下时会在析晶层产生裂纹。这些裂纹会向没有析晶的部分扩展，直到整个制品破碎。但若不降温到300℃以下，这些析晶层仍然是透明的，所以只要总是保持在300℃以上使用，析晶层就不会产生破坏，制品就可以使用相当长的时间。
在1100~1700℃之间析晶速度比较快，1000℃下长期加热也会析晶。