Точка деформации
Точка деформации (strain point) — это температура, при которой вязкость стекла достигает 10¹³·⁵ Па·с и внутренние напряжения перестают релаксировать за разумное время; для кварцевого стекла она составляет около 1075 °C. Ниже этой точки стекло ведёт себя как упругое твёрдое тело: напряжения в нём больше не рассасываются, а накапливаются.
Положение среди реперных точек
| Точка | Вязкость | Что происходит |
|---|---|---|
| Точка деформации | 10¹³·⁵ Па·с | напряжения не релаксируют за 4 часа |
| Температура отжига | 10¹² Па·с | напряжения снимаются за 15 минут |
| Температура размягчения | 10⁶·⁶ Па·с | деформация под собственным весом |
Для кварцевого стекла интервал между точкой деформации и температурой отжига узкий — примерно 65 °C. Именно его проходят с минимальной скоростью при охлаждении: всё, что накопится в этом коридоре, останется в изделии навсегда.
Практический смысл параметра
Точка деформации отвечает на два инженерных вопроса.
Первый — до какой температуры можно охлаждать медленно, а с какой уже быстро. Ниже 1075 °C кварцевое изделие можно выносить из печи и остужать свободно: новые напряжения при этом не появятся. Выше — только по программе.
Второй — какова предельная температура эксплуатации для изделия, работающего под нагрузкой. Выше точки деформации материал начинает медленно течь, и деталь, нагруженная собственным весом или креплением, за сотни часов уходит от геометрии. Для нагруженной оснастки этот предел жёстче, чем ограничение по кристаллизации.
Терминологическая путаница
В русскоязычной литературе «точку деформации» иногда называют «нижней температурой отжига», а «температуру отжига» — «верхней». Это одни и те же реперные точки под другими именами. Английский strain point однозначен, поэтому в переводных документах ориентируйтесь на значение вязкости 10¹³·⁵ Па·с, а не на название.
Отдельно не путайте точку деформации с температурой стеклования Tg: последняя определяется по изменению теплоёмкости и лежит рядом, но измеряется иначе.
Где учитывается
- Программы отжига кварцевых трубок и узлов после сварки
- Расчёт провисания оснастки в трубчатых печах
- Режимы охлаждения оптических заготовок
- Термоциклирование тиглей и лабораторных изделий
Частые вопросы
Что произойдёт, если охладить изделие быстро с 1200 °C?
Оно пройдёт интервал релаксации слишком быстро, и в стенке останутся растягивающие напряжения. Деталь может выглядеть целой, а разрушиться позже — при механической обработке, затяжке фланца или первом же термоцикле.
Одинакова ли точка деформации у разных марок кварца?
Близка, но не одинакова. Содержание OH-групп и примесей смещает всю кривую вязкости: у синтетических марок с высоким OH точка деформации ниже на несколько десятков градусов, чем у материала из природного сырья.
Как измеряют этот параметр?
Стандартным методом растяжения нити: измеряют скорость удлинения стеклянного волокна под постоянной нагрузкой при разных температурах и находят точку, соответствующую заданной вязкости. Тот же принцип, что и для точки Литтлтона, но на другом уровне вязкости.
