Olvasztott kvarc sűrűsége 2,2 g/cm³: Tulajdonságok és vásárlási útmutató vásárlók számára

Egy új ostyaeljáráshoz kemencesort készítő mérnök általában két kérdéssel nyit: milyen tisztasági fokozat érhető el, és milyen nehéz a kvarc. A második kérdés ritkán jelenik meg adatlapon formai specifikációként, de ettől függ minden kezelési berendezés, emelőkorlát, felfűtési ütemezés, hőtömeg-számítás. A válasz az olvasztott kvarc sűrűségére vezethető vissza, amelyet általában 2,2 g/cm³-nek írnak fel, és ugyanolyan általánosan rögzített természetes állandóként kezelnek. Valójában a sűrűség az üveg folyamatérzékeny ujjlenyomata, amelyet a gyártási út, a hidroxiltartalom, a nyomokban lévő szennyeződések és a hőtörténet befolyásol. Amikor egy tapasztalt olvasztott kvarc beszállító 2,20–2,21 g/cm³-t ajánl átlátszó kvarcüvegre, ez a szűk tartomány már sokat elárul a vásárlónak az olvadásstabilitásról és az izzítási fegyelemről. Ez az útmutató elmagyarázza, mit jelent valójában az olvasztott kvarc sűrűsége, mennyiben változhat az egyes minőségek között, hogyan kell mérni, miért számít félvezető, optikai, fűtési és laboratóriumi alkalmazásokban, és hogyan kell használni a beszerzési csapatoknak a kvarcüveg gyártók, beszállítók vagy nagykereskedők összehasonlításakor.

A rövid következtetés a következő: ne vásároljon egyedül a „2,2 g/cm³” számmal. A felelős kvarcüveg gyártó sűrűségi tartományt, vizsgálati módszert és elemzési tanúsítványt biztosít. A 2,18 és 2,23 g/cm³ közötti gyakorlati különbség egy nagy diffúziós csőben több mint egy kilogrammal változtathatja meg az alkatrész tömegét, megváltoztathatja a hőelnyelést a felfutás során, és néha ellenőrizetlen hőtörténetre utalhat, amely a későbbi használat során megereszkedett vagy devitrifikációként jelenik meg.

Mi az olvasztott kvarc sűrűsége, és miért kell törődnie a vásárlókkal?

A sűrűség a tömeg osztva a térfogattal. Sűrű, nem porózus üvegek, például olvasztott kvarc esetében az elméleti sűrűséget az atomszerkezet határozza meg. Az olvasztott kvarc amorf szilícium-dioxid; ugyanaz a kémiai képlete, mint a kristályos kvarcnak (SiO₂), de az atomok véletlenszerű, rendezetlen hálózatban helyezkednek el rendezett kristályrács helyett. Mivel ez a véletlenszerű hálózat nem képes olyan hatékonyan becsomagolni az atomokat, mint egy kristály, az amorf szilícium-dioxid mérhetően kevésbé sűrű. A kristályos alfa-kvarc sűrűsége körülbelül 2,65 g/cm³, míg az olvasztott kvarc sűrűsége 2,20 g/cm³ körül van. Ez a nagyjából 17 százalékos eltérés nem hiba; Ez egyenes következménye az üveges szerkezetnek, amely az olvasztott kvarc alacsony hőtágulását és kiemelkedő hősokkállóságát adja.

A vásárlók több mértékegységrendszerben látják kifejezve az értéket, érdemes tudni, hogyan konvertálnak. Egy gramm köbcentiméterenként 1000 kilogrammot jelent köbméterenként, tehát az ismert olvasztott kvarc sűrűsége, 2,2 g/cm³, megegyezik a 2,2 × 10³ kg/m³ értékkel. Birodalmi egységekben ez körülbelül 137,4 lb/ft³-nak felel meg. A 300 × 300 × 10 mm méretű kvarclemez térfogata tehát 900 cm³, számított tömege pedig nagyjából 1,98 kg, ha a sűrűség 2,20 g/cm³. Ugyanaz a lemez 2,24 g/cm³-nél körülbelül 2,02 kg-ot nyomna, és bár a 40 grammos különbség triviálisnak tűnik a rajzirodában, ez akkor válik jelentőssé, ha több tucat nagy alkatrészt szerelnek fel egy kemencében lévő konzolos konzolos állványra.

Miért kellene egy beszerzési szakembernek törődnie a különbséggel? Először is, a súly befolyásolja a szállítási költségeket, a szerelvények kezelését, valamint a kvarchajók és tégelyek betöltésére használt robotkarok méretét. Másodszor, a sűrűség korrelál az üveg szerkezeti ellazulásával: a magas hőmérsékletről gyorsan kioltott komponens sűrűsége valamivel kisebb lehet, mint egy azonos kémiai összetételű, lassan izzított komponens. Harmadszor, a sűrűség egyenletessége számít a precíziós optikában, mivel a helyi sűrűségváltozások helyi törésmutató-változásokat eredményeznek. Amikor a vevő megkérdezi a szállítótól a sűrűségértéket és az annak megszerzéséhez használt módszert, ez az egyetlen kérdés meglepően sok képzetlen kereskedőt szűr ki, akik soha egyetlen mintát sem mértek víz alatt.

Az olvasztott kvarc sűrűsége vs. egyéb anyagok: gyakorlati összehasonlítás

A sűrűség gyakran az első válogatási kritérium, amelyet a mérnök alkalmaz, amikor egy magas hőmérsékletű vagy optikai komponenshez anyagokat választ ki. Az olvasztott kvarcot gyakran hasonlítják össze a boroszilikát üveggel, a nátron-mészüveggel, a timföldkerámiával és a rozsdamentes acéllal, mivel ezek az anyagok átfedő alkalmazási helyeket foglalnak el a kemencékben, lámpaházakban, vákuumkamrákban és laboratóriumi padokban. Az alábbi táblázat a névleges sűrűség értékeket mutatja két olyan tulajdonsággal együtt, amelyek többet számítanak, mint a sűrűség önmagában: a hőtágulási együttható és a gyakorlati folyamatos használati hőmérséklet. Egy anyag lehet könnyű, de használhatatlan a kemencében, ha túlságosan kitágul, és lehet sűrű, mégis teljesen elfogadható, ha a kialakítás elviseli a súlyt.

A sűrűségkülönbség könnyebben leolvasható, ha méretarányosan rajzoljuk, ezért az alábbi táblázat ugyanazokat az anyagokat hasonlítja össze, mint a vízszintes sávok. Mindegyik oszlop arányos a gramm per köbcentiméterben megadott sűrűségértékkel, és a skála 8 g/cm³-re van rögzítve, így a könnyebb üvegcsaládból származó anyagok egyértelműen feloldódnak, nem pedig láthatatlan szilánkokká préselődnek.

Az első gyakorlati megfigyelés az, hogy az olvasztott kvarc és a boroszilikát üveg sűrűsége közel azonos, 2,20-2,21 versus 2,23 g/cm³, de termikus viselkedésük nem is különbözhetne jobban. Ha a sűrűség önmagában határozná meg, hogy melyik anyagot válasszuk a kemence alkatrészeihez, akkor nem lenne okunk a kvarcüvegért díjat fizetni. A döntő tényező a hőtágulási együttható és a maximális használati hőmérséklet, nem a sűrűség. Az olvasztott kvarc Kelvin-fokonként nagyjából 0,55 × 10⁻⁶ tágul, ami körülbelül hatszor kisebb, mint a boroszilikát üveg, és ez az alacsony tágulás az, ami miatt a kvarc képes repedés nélkül túlélni a gyors felmelegedést és hűtést. A második észrevétel a súlyra vonatkozik. Egy 300 × 300 × 10 mm méretű olvasztott kvarclemez körülbelül 1,98 kg, míg ugyanaz a rozsdamentes acél lemez körülbelül 7,2 kg, és ugyanaz a timföldkerámia lemez körülbelül 3,35 kg. A vákuumkamrákban használt nagyméretű kvarc ablakoknál minden milliméter vastagság nagyjából 2,2 grammot ad négyzetcentiméterenként, így a 200 mm átmérőjű ablak 15 mm vastagságnál már a szerelőkarima hozzáadása előtt több mint egy kilogrammot nyom. A harmadik megfigyelés az, hogy a nagyobb sűrűség nem jelent erősebb vagy hőstabilabb részt. Az alumínium-oxid körülbelül 68 százalékkal nehezebb, mint az olvasztott kvarc, ugyanakkor sokkal nagyobb tágulási sebessége sokkal sebezhetőbbé teszi a gyorsciklusú kemencékben a hősokkkal szemben. A fűtésben és a lámpagyártásban a kvarc mérsékelt sűrűsége hasznos egyensúlyt biztosít a mechanikai stabilitás és az alacsony termikus tehetetlenség között, ami azt jelenti, hogy a vékony kvarccsövek gyorsan felmelegszenek és gyorsan lehűlnek anélkül, hogy túlzott mennyiségű energiát tárolnának. A táblázat arra is rávilágít, hogy a kvarc és a boroszilikát valójában mennyire közel áll egymáshoz, ezért a laboratóriumi ügyfelek néha nem tudják őket egyedül kézzel megkülönböztetni, és dokumentált anyagtanúsítványokra kell hagyatkozniuk. Végül az általános üzenet az, hogy az olvadt kvarc sűrűsége egy tulajdonságcsaládhoz tartozik, és a legjobb anyagválasztást a teljes tulajdonságprofil olvasásával lehet meghozni, nem pedig egyetlen számot.

Mi változtatja meg az olvasztott kvarc sűrűségét? Folyamatváltozók és fokozatkülönbségek

Ha az olvasztott kvarc mindig SiO₂, miért mutatnak a különböző minőségek kissé eltérő sűrűséget? A válasz az amorf hálózat fizikájában rejlik. A tiszta üveges szilícium-dioxid a szilícium-oxigén tetraéderek nyílt, véletlenszerű hálózata, és minden olyan tényező, amely megváltoztatja a hálózat összekapcsolhatóságát vagy tömörítését, kis, de mérhető mértékben eltolja a sűrűséget. A két legfontosabb tényező a hidroxiltartalom és a hőtörténet, a szennyeződések és a szerkezeti károsodások másodlagos szerepet játszanak.

Az üvegkémiában Si-OH néven írt hidroxilcsoportok felbontják a szilícium-oxigén hálózatot az áthidaló oxigénkötések terminális hidroxilcsoportokkal való helyettesítésével. A magasabb OH-tartalom megnyitja a szerkezetet, és ezáltal csökkenti a sűrűséget. A 800–1000 ppm hidroxiltartalmú lánghidrolízises szintetikus olvasztott szilícium-dioxid mérhetően kisebb sűrűségű lehet, mint a plazmával leválasztott, 1 ppm-nél kisebb mennyiségben, bár a különbség jellemzően csak 0,01–0,02 g/cm³. Ez a kis eltérés számít a precíziós optikában, de ritkán a szerkezeti kvarctárgyaknál. A hőtörténet a második fontos tényező. Amikor az üveget gyorsan lehűtik magas hőmérsékletről, a rendezetlen szerkezet magasabb fiktív hőmérsékleten "befagy", ami több szabad térfogatot hagy maga után, és valamivel kisebb sűrűséget eredményez. Ha ugyanazt az üveget lassan izzítják és az izzítási pont közelében tartják, a hálózat ellazul, és kompaktabb elrendezésbe kerül, és a sűrűség nő. Emiatt a megfelelően izzított kvarc kemencecső sűrűsége közelebb állhat a 2,21 g/cm³-hez, míg a rosszul izzított vagy kioltott rész közelebb ülhet a 2,19 g/cm³-hez.

A gyártási módszer is szerepet játszik. A természetes kvarckristály elektromos olvasztása kiváló minőségű átlátszó kvarcot eredményez, míg az oxigén-hidrogén fáklyával történő lángolvadás magas hidroxilszintet eredményezhet az égés során keletkező vízgőzből. A lánghidrolizátorban szilícium-tetrakloridból készült szintetikus olvasztott szilícium-dioxid OH-tartalma még magasabb, míg a korom-újraolvasztási és plazma eljárások alacsony OH-tartalmú anyagokat eredményeznek. Az alábbi táblázat összefoglalja az iparban széles körben használt hagyományos IUPAC-stílusú osztályozást, valamint a tipikus hidroxilszinteket és sűrűségtartományokat. A kínai gyártású kvarcüveg katalógusokban megjelenő JGS1, JGS2 és JGS3 optikai minőségek ezekre a családokra illeszkednek: a JGS1 jellemzően szintetikus olvasztott szilícium-dioxid a távoli ultraibolya munkákhoz, a JGS2 a természetes kristályból olvasztott ultraibolya minőségű kvarcüveg, a JGS3 pedig egy infravörös fokozat, szándékosan alacsony hidroxitartalommal.

A vevő számára a gyakorlati következtetés az, hogy a sűrűségérték önmagában nem képes azonosítani a minőséget, de a sűrűségérték nélküli minőség nem teljes. Amikor egy gyár azt állítja, hogy a félvezető minőségű kvarccsövek egy tételénél 2,201 ± 0,003 g/cm3-t mértek az izzítás után, a vevő megtudja, hogy a gyártó megérti a szerkezeti lazítást, karbantartja az izzítókemencéket, és össze tudja kapcsolni a sűrűséget a teljesítménnyel. Ezzel szemben annak a kereskedőnek, aki ragaszkodik ahhoz, hogy az összes olvasztott kvarc pontosan 2,2 g/cm³, és nem ad tesztjelentést, nincs valós folyamatláthatósága. Ehhez kapcsolódó jelenség, amelyet érdemes tudni, a besugárzásos tömörítés. A gyors neutronok vagy az intenzív sugárzás akár 3 százalékkal is sűrűsítheti az üveges szilícium-dioxidot, ezért a nukleáris és űrkörnyezetben használt speciális komponenseket időnként az expozíció előtti és utáni sűrűségmérésekkel határozzák meg. A hagyományos kemence és optikai alkalmazások nem látják ezt a hatást, de emlékeztet arra, hogy a sűrűség olyan tulajdonság, amely reagál a körülötte lévő világra.

Miért számít az olvasztott kvarc sűrűsége valós alkalmazásokban?

Ha az elmélet világossá válik, a következő kérdés működőképes: hol változtat a sűrűségérték valójában egy döntést? A válasz négy alkalmazási családba sorolható, amelyek megfelelnek egy tipikus kvarcüveg-gyártó termékpalettájának: félvezető- és fotovoltaikus feldolgozás, optikai alkatrészek, infravörös fűtő- és lámparendszerek, valamint precíziós laboratóriumi készülékek.

Félvezető és fotovoltaikus feldolgozás

A félvezető diffúziós kemencében a kvarccsövek, csónakok és tégelyek több ezer órát töltenek 1100 °C felett. A komponens tömege, amely egyenesen arányos az olvasztott kvarc sűrűségével, meghatározza, hogy mennyi hő nyelődik el a felfutás során, és milyen lassan reagál a terhelés a hőmérséklet-alapjel változásaira. Egy 300 mm átmérőjű, 5 mm falvastagságú diffúziós cső méterenként nagyjából 20 kg-ot nyom; a 0,02 g/cm³ sűrűséghiba ezt körülbelül 180 grammal változtatja méterenként, ami elég ahhoz, hogy befolyásolja egy adott hasznos teherre programozott lapkakezelő robot kalibrálását. A sűrűség a tégely teljesítményével is kölcsönhatásban van mind a Czochralski kristálynövekedésben, mind a fotovoltaikus tuskóöntésben. Az egyenletesen sűrű tégelyfal egyenletes hőátadást és kiszámítható buborékszerkezetet biztosít, míg a lokális sűrűségváltozással rendelkező tégely magas hőmérsékletű megereszkedés során kiszámíthatatlanul viselkedhet. Amikor egy félvezetőgyár összehasonlítja a kvarcüveg-gyártót a szállítási szerződésekkel kapcsolatban, az elektronikus minőségű tégely tétel sűrűségi tartományának megkérdezése jogos műszaki kérdés, nem formalitás. Ugyanezen okból kifolyólag a tömb növekedéséért felelős mérnököknek alaposan meg kell vizsgálniuk a mérési konzisztenciát, mielőtt jóváhagynának egy új kvarctégely-szállítót.

Félvezető elektronikus minőségű kvarctégely nagy tisztaságú alkalmazásokhoz Ez az olvasztótégely 99,998% feletti SiO2-tisztaságot és 10 ppm alatti szennyeződést igényel, így kritikus komponense a félvezető diffúziós és kristálynövekedési folyamatoknak, ahol a sűrűség egyenletessége közvetlenül befolyásolja a termikus és mechanikai teljesítményt. Termék megtekintése →

Optikai alkatrészek és lézerrendszerek

Az optikában a sűrűség egyenletessége szorosan összefügg a törésmutató homogenitásával. A helyi sűrűségváltozást mutató olvasztott kvarc ablakok, prizmák vagy lencsék helyi indexváltozást is mutatnak, ami rontja a hullámfront minőségét, és polarizációs hatásokat kelthet nagy teljesítményű lézerrendszerekben. A nagy ablakok és kilátóak gyakorlati súlyproblémával is járnak. Egy 150 mm átmérőjű, 20 mm vastag olvasztott kvarc ablak körülbelül 778 grammot nyom, és egy teljes vákuumkamra hat ilyen nézetablakkal csaknem 5 kg kvarcot ad hozzá. A rögzítőperemeket ehhez a súlyhoz és a vákuumnyomás terheléshez kell tervezni, és a felelős mérnök megszorozza a térfogatot egy óvatosan megadott sűrűséggel, általában 2,21 g/cm³ tiszta olvasztott kvarc esetében, mielőtt véglegesíti a csavarmintát. A kínai kvarcüveggyár által gyártott optikai minőségek általában JGS1-re vannak szétválasztva a távoli ultraibolya, JGS2-re az általános ultraibolya és JGS3-ra az infravörös alkalmazásokhoz, és az egyes fokozatok sűrűsége szerepel a gyári tanúsítványon. Az a vevő, aki elfogad egy "tipikus tulajdonságok" táblázatot a mért tételérték nélkül, pontosan azok az adatok hiányoznak, amelyek a táblát az optikai viselkedéséhez kapcsolják.

Átlátszó kvarc cső optikai és ipari használatra Több mint 93%-os optikai áteresztőképességével és alacsony hidroxiltartalmával ez a cső alkalmas lámpagyártásra és fűtési alkalmazásokra. Sűrűsége befolyásolja a súlyt és a termikus viselkedést, segítve a mérnököket a megfelelő specifikáció kiválasztásában. Termék megtekintése →

Infravörös fűtőelemek és lámparendszerek

Az infravörös kvarcfűtők vékony kvarccsövekre támaszkodnak, amelyek szénszálat, nikkel-króm ötvözethuzalt vagy volfrámhuzal fűtőelemeket tartalmaznak. A kvarc burkot azért választottuk, mert hatékonyan közvetíti az infravörös sugárzást, ellenáll a 800°C feletti hőmérsékletnek, és nem reagál a fűtőelemmel. A sűrűség határozza meg a falvastagság mérését és a méterenkénti súlyt, amelyet a vásárlók a különböző szállítóktól származó árajánlatok összehasonlítására használnak. A tejfehér kvarccsövet a mikrobuborékok szabályozott eloszlása ​​teszi áttetszővé; ezek a buborékok csökkentik az effektív térfogatsűrűséget, miközben megőrzik azt a hőteljesítményt, amelyet a dekoratív és ipari fűtőtestek igényelnek. A másik véglet, egy teljesen átlátszó cső nagy buborékoktól mentes, és eléri a 2,20 g/cm³ elméleti sűrűséget. Egy hozzáértő gyár árajánlatot ad a két, eltérő sűrűségű termékre, és egy tapasztalt fűtőelem-gyártó ezt a különbséget fogja felhasználni a megfelelő cső kiválasztásához az adott alkalmazáshoz.

Optikai kvarc ablak nagy tisztasággal és termikus stabilitással A 99,99% feletti szilícium-dioxid-tartalommal és a hét Mohs-keménységével ez az ablak alacsony hőtágulást és kiváló elektromos szigetelést biztosít, így alkalmas olyan optikai rendszerekhez, ahol a sűrűség egyenletessége befolyásolja a hullámfront minőségét. Termék megtekintése →

Laboratóriumi berendezések és precíziós műszerek

A kvarc laboratóriumi eszközök, például főzőpoharak, olvasztótégelyek, küvetták, kémcsövek és emésztőedények részben tisztaságra, részben geometriai pontosságra vannak előírva. A sűrűség a felhajtóerő-kalibrálásokban, a térfogati üvegáru-tesztekben és az analitikai mérlegekben jelenik meg. A névleges értékénél 1 százalékkal sűrűbb kvarcküvetta falai vékonyabbak lesznek ugyanazon külső méretek mellett, ami megváltoztatja az optikai út hosszát, és potenciálisan eltolja a spektrofotométer leolvasását. Azok a vásárlók, akik ömlesztve vásárolnak laboratóriumok számára, kérjék az olvasztott kvarc gyártója által közölt sűrűségértéket, hogy a laboratórium szükség esetén kompenzálhassa.

A közös szál mind a négy alkalmazáscsaládban az, hogy soha nem a sűrűség az egyetlen specifikáció, hanem mindig a folyamatstabilitás keresztellenőrzése. Ha a vásárló a mért sűrűséget az OH-tartalommal, a fémnyomelemzéssel és a méretellenőrzéssel kombinálja, a szállító minőségbiztosítási rendszerét sokkal nehezebb meghamisítani.

Az olvasztott kvarc sűrűsége és a kapcsolódó fizikai tulajdonságok

A sűrűség önmagában nem működik. A kvarc komponens tervezése olyan tulajdonságok csoportjától függ, amelyek mindegyike ugyanarra az amorf szilícium-dioxid hálózatra vezethető vissza. Ha megérti, hogy a sűrűség hogyan viszonyul a mechanikai szilárdsághoz, a hőtáguláshoz, a hővezető képességhez és az elektromos ellenálláshoz, az segít a vevőnek értelmezni az adatlapokat, és megjósolni, hogy az alkatrész hogyan fog viselkedni üzem közben.

Külön figyelmet érdemel az üveg alacsony sűrűsége és hőtágulása közötti kapcsolat. Mivel az amorf hálózat bizonyos mennyiségű "szabad térfogatot" tartalmaz, a szerkezet képes elnyelni a hőrezgést anélkül, hogy méretei jelentősen megváltoznának. Ez az alacsony tágulás, nem pedig maga a sűrűség adja az olvasztott kvarc legendás hősokkállóságát. A kvarcüveg alacsony hővezető képessége a nyitott hálózatból is következik: a hőnek egy rendezetlen, gyengén kötött szerkezeten kell áthaladnia, így az anyag nagyjából 60-szor kevesebb hőt vezet, mint az alumínium. A vékonyabb kvarccső ezért gyorsabban éri el a termikus egyensúlyt az infravörös fűtőberendezésben, amit a fűtőelemek tervezői pontosan szeretnének. Mechanikailag a mérsékelt, 72 GPa merevség azt jelenti, hogy a kvarccsövek nem olyan merevek, mint az alumínium-oxid vagy az acél, ezért a hosszú vízszintes csöveket időközönként alá kell támasztani, hogy megakadályozzák a megereszkedést magas hőmérsékleten. Mivel a sűrűség még üzemi hőmérsékleten is 2,20 közelében marad, a vákuumleválasztó kamrában a felhajtóerő nem változik az idő múlásával, és az alkatrész méretstabilitása előre láthatóan tartja a folyamatkamrát. Végül, az átlátszó olvasztott kvarc nagyon alacsony porozitása és nagy sűrűsége az, ami miatt áthatolhatatlanná válik a gázok feldolgozása során, ami lényeges tulajdonsága a diffúziós csövek és az olvadt anyagokat tartó tégelyek számára. Az adatlapon lévő "kvarc sűrűség diagramot" ezért együtt kell olvasni ezekkel a szomszédos tulajdonságokkal; minden családon kívüli értéknek vörös zászlót kell kitűznie, mielőtt az alkatrész a tisztaszobába kerül.

Az olvasztott kvarc sűrűségének mérése és ellenőrzése

Az olvasztott kvarc sűrűségének mérése a gyakorlatban egy egyszerű, de precíz művelet, amelyet bármely gyári laboratórium vagy külső ellenőr elvégezhet. A standard módszer az Archimedes merítési technika, amely gyakran az ASTM C693 vagy ISO 5017 szabványt követi. A mintát levegőn lemérjük, desztillált vízbe merítve újra lemérjük, és a sűrűséget a két mérés arányából számítjuk ki, a víz hőmérsékletfüggő sűrűségével korrigálva.

1. Vágjon vagy válasszon tiszta, legalább 20–50 grammos reprezentatív mintát az anyagból; Kerülje el a peremforgácsokat, repedéseket és felületi szennyeződéseket.
2. Tisztítsa meg a mintát etanollal vagy megfelelő oldószerrel, öblítse le ioncserélt vízben, és szárítsa meg teljesen, hogy a felületi nedvesség ne befolyásolja az első mérést.
3. Mérjük le a száraz mintát levegőn 0,1 mg-os analitikai mérlegen; jegyezze fel a tömeget m(levegő) alakban.
4. Szuszpendálja fel a mintát gázmentesített desztillált vízben rögzített hőmérsékletű, jellemzően 20 °C vagy 25 °C hőmérsékleten, finom huzal vagy erre a célra kialakított süllyesztő segítségével; ügyeljen arra, hogy ne tapadjanak levegőbuborékok a felülethez.
5. Mérjük le a szuszpendált mintát, és jegyezzük fel a látszólagos tömeget m(víz) formában.
6. Számítsa ki a sűrűséget a ρ = [m(levegő) × ρ(víz)] / [m(levegő) − m(víz)] képlettel, ahol ρ(víz) a víz sűrűsége a mért hőmérsékleten.
7. Ismételje meg a mérést három különálló mintán ugyanabból a tételből, és adja meg az átlagot és a szórást; a 0,005 g/cm³ alatti eltérés jellemző a jól izzított átlátszó kvarcgyártási tételre.

Nagyméretű alkatrészek, például kemencecsövek vagy vastag falú olvasztótégelyek esetében a bemerítési módszer nem lehet praktikus. Ebben az esetben a száraz alkatrész tömegét elosztjuk a külső méreteiből számított térfogattal, és az eredményt összehasonlítjuk a gyári tanúsítvánnyal. Ez a geometriai módszer kevésbé pontos, mivel a falvastagsági tűrés és az oválisság bizonytalanságot okoz, de gyakran elegendő annak igazolására, hogy a szállított cső megfelel a várt olvasztott kvarc sűrűségnek 0,02 g/cm³-on belül. Nagyon sűrű termékek, például kvarc bugák és tömbök, vagy nagy tisztaságú kvarcpor esetén a héliummal végzett gázpiknometria adja a legmegbízhatóbb valós sűrűségértéket, kizárva a nyílt porozitást, amelybe a víz behatolhat.

Miért számít a mérési módszer a vásárlónak? Ugyanaz a sűrűségtanúsítvány előállítható jó vagy rossz technikával. Egy szakképzetlen kezelő, aki elfelejti gáztalanítani a vizet, nem veszi figyelembe az eltérő hőmérsékletű víz sűrűségét, vagy szennyezett süllyesztőt használ, könnyen 0,02 g/cm³-rel vagy annál nagyobb eltérést produkálhat. Amikor egy olvasztott kvarcgyártó kijelenti, hogy a sűrűséget egy adott szabványra hivatkozva mérték, és megadja a mérleg felbontását és a víz hőmérsékletét a tanúsítványon, ez a részletesség erős jele egy kiforrott minőségbiztosítási rendszernek. A vásárlóknak azt is meg kell kérdezniük, hogy a sűrűségmérés magán az eladott alkatrészen vagy ugyanabból az olvadékból készült próbadarabon történt-e, mert a cikk végéről leválasztott minta sokkal reprezentatívabb, mint egy külön laboratóriumi tuskó.

Vevői kiválasztási útmutató: Sűrűség, minőség és szállítói szempontok

Amikor egy beszerző csapat több gyártó kvarcüvegét értékeli, a műszaki adatlapon szereplő sűrűségsort öt különböző módon kell értelmezni. Az alábbi táblázat összefoglalja, hogy mit kell ellenőrizni, és miért számít ez a döntésben. A gyakorlatban a vevő nem a legnagyobb vagy a legkisebb sűrűséget keresi; a vevő konzisztenciát, dokumentációt és a megadott minőségnek és gyártási módnak megfelelő értéket keres.

Az ellenőrző lista mellett a kínai kvarcüveggyártókkal vagy -beszállítókkal dolgozó vásárlóknak tudniuk kell, hogy ugyanaz az anyag szállítható átlátszó kvarcként, tejes kvarcként, átlátszatlan kvarcként vagy alacsony OH-tartalmú szintetikus olvasztott szilícium-dioxidként, és minden családnak megvan a saját sűrűségre vonatkozó elvárása. Az alábbi vízszintes kártyák három általános konfigurációtípust mutatnak be, amelyek egy tipikus kvarctermékgyárban kaphatók, és a hozzájuk tartozó sűrűségi összefüggést.

Kereskedelmi szempontból a sűrűségdokumentáció segít a vevőnek elkülöníteni az eredeti gyártókat a kereskedelmi vállalatoktól. A saját olvasztókemencét üzemeltető gyártó tételszintű tanúsítványokat, sűrűségi jelentéseket és az izzítási ciklusok beállítását tudja biztosítani, ha az ügyfél teljesítményproblémákat jelent. Az a nagykereskedő, amely újracsomagolja az importált üres papírokat, csak akkor tudja továbbítani az eredeti dokumentumot, ha a beszállítója elég fegyelmezett annak előállításához. Nagykereskedelmi mennyiségben történő vásárlás esetén a több tételre elosztott sűrűség legalább annyira számít, mint az átlagérték; egy felelős szállító kijelenti, hogy minden tétel például 2200 ± 0,004 g/cm³ tartományba esik, ahelyett, hogy tökéletes állandót állítana be.

Az utolsó és leghasznosabb kérdés, amit a vásárló feltehet, egyszerű: "Láthatjuk a legfrissebb sűrűségmérést a rendelni kívánt minőséghez?" Egy gyár, amely dátummal, a minta tömegével, a víz hőmérsékletével és a mért sűrűségértékkel válaszol, bebizonyította, hogy elég jól érti az olvasztott kvarc sűrűségét ahhoz, hogy szabályozza azt. Az a gyár, amely általános kiskereskedelmi adatlappal válaszol, nem, és ez a különbség gyakran előrevetíti a teljes minőségi viszonyt.

Gyakran ismételt kérdések az olvasztott kvarc sűrűségéről

Az alábbiakban felsoroljuk azokat a kérdéseket, amelyeket a beszerzési és mérnöki csapatok leggyakrabban tesznek fel, amikor csövek, rudak, lemezek, tégelyek és egyedi kvarceszközök olvasztott kvarc sűrűségét értékelik.