HITEGLA BLOG

Szkło kwarcowe znajduje szerokie zastosowanie w systemach pracujących w ekstremalnych warunkach temperaturowych, takich jak piece próżniowe, reaktory chemiczne, lampy wysokociśnieniowe czy systemy optyczne. Kluczowym aspektem w tych aplikacjach jest zapewnienie szczelności połączeń – szczególnie na styku szkła kwarcowego z innymi materiałami, takimi jak metal, ceramika czy inne szkła.

Uszczelnienia muszą wytrzymywać nie tylko wysokie temperatury (często powyżej 800°C), ale również różnice rozszerzalności cieplnej, próżnię, agresywne chemikalia oraz cykle grzania i chłodzenia.

1. Metody uszczelniania szkła kwarcowego

A. Uszczelnienia twarde (stałe)

1. Lutowanie aktywne (active brazing)

• Używane do łączenia szkła kwarcowego z metalami (np. molibden, niob, tytan).
• Lut zawiera aktywne pierwiastki (np. Ti, Zr), które tworzą trwałe wiązania z powierzchnią szkła.
• Proces odbywa się w próżni lub atmosferze ochronnej w temperaturze 850–1000°C.
• Dobre dla zastosowań próżniowych lub gazoszczelnych.

Zalety: trwałość, szczelność
Wady: skomplikowany proces, wymagane dopasowanie współczynników rozszerzalności

2. Spieki i spawanie

• Szkło kwarcowe może być spajane z innymi elementami kwarcowymi przez lokalne topienie.
• Wymaga bardzo precyzyjnego procesu cieplnego.
• Możliwe tylko przy homogenicznych materiałach.

B. Uszczelnienia miękkie (elastyczne, demontowalne)

1. Uszczelki metalowe (np. typu CF, ConFlat)

• W systemach próżniowych stosuje się miedziane lub srebrne uszczelki, które dopasowują się do powierzchni.
• Stosowane są wraz z metalowymi kołnierzami mocowanymi do szkła (poprzez lutowanie lub inne techniki).

2. Uszczelki ceramiczne lub z włókien wysokotemperaturowych

• Używane w piecach i systemach termicznych.
• Mogą być wykonane z włókien aluminiowo-krzemianowych lub z tlenku glinu.
• Stosowane raczej do izolacji niż do hermetycznego uszczelniania.

3. Kleje i masy uszczelniające (ceramiczne, sol-gel, szkliwa)

• Stosowane tam, gdzie nie są wymagane połączenia rozbieralne.
• Przykłady: spoiwa na bazie SiO₂, tlenków glinu lub tlenków boro-krzemowych.
• Dobrze znoszą temperatury rzędu 1000–1200°C, ale mogą być kruche po utwardzeniu.

2. Problemy i wyzwania w uszczelnianiu szkła kwarcowego

A. Różnice w rozszerzalności cieplnej

• Szkło kwarcowe ma bardzo niski współczynnik rozszerzalności (~5,5×10⁻⁷/K).
• Metale i inne szkła mogą mieć nawet 10–20 razy wyższy współczynnik.
• Powoduje to duże naprężenia w złączu podczas nagrzewania i chłodzenia → może prowadzić do mikropęknięć lub utraty szczelności.

B. Starzenie się i kruchość spoin

• Niektóre kleje i masy uszczelniające kruszeją z czasem, szczególnie w obecności tlenu lub pary wodnej.
• Cykl termiczny (grzanie-chłodzenie) prowadzi do powstawania mikrouszkodzeń.

C. Problemy z kompatybilnością chemiczną

• Reakcje między materiałami (np. metal–szkło, metal–klej) mogą prowadzić do degradacji uszczelnienia.
• W środowiskach próżniowych lub korozyjnych konieczna jest pasywacja lub zastosowanie warstw barierowych.

D. Trudność kontroli jakości

• Wysokotemperaturowe złącza są trudne do testowania nieniszczącego (NDT).
• Mikropęknięcia lub nieszczelności mogą być niewidoczne w temperaturze pokojowej, ale ujawniają się dopiero podczas eksploatacji.

3. Przykłady zastosowań i dobór metody

Podsumowanie

Uszczelnianie szkła kwarcowego w środowisku wysokich temperatur to złożone zadanie wymagające precyzyjnego doboru materiałów i technologii. Kluczowymi kryteriami są zgodność rozszerzalności cieplnej, odporność chemiczna i mechaniczna oraz trwałość uszczelnienia w długim czasie pracy. Mimo wyzwań, odpowiednio dobrana technika – czy to lutowanie aktywne, uszczelki metalowe, czy kleje wysokotemperaturowe – pozwala na niezawodne użytkowanie kwarcu w najbardziej wymagających aplikacjach.

  tel.    455 401 501

  mail: hitegla@hitegla.com