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Mechanische Eigenschaften

Die theoretische Zugfestigkeit von Quarzglas ist größer als 1 Million psi. Die in der Praxis beobachtete Festigkeit liegt aber leider bei weitem niedriger. Die Ursache liegt darin, dass die Festigkeit von Glas in der Praxis eher durch extrinsische Faktoren beeinflusst wird als durch den chemischen Aufbau und die atomare Struktur, welche intrinsische Größen wie die Dichte festlegen. Die Festigkeit und Haltbarkeit eines Quarzglasprodukts wird letztlich durch die Güte der Oberfläche in Verbindung mit konstruktiven Merkmalen und chemischen Einflüssen durch die umgebende Atmosphäre (Wasserdampf im speziellen) bestimmt. Aufgrund von Spannungskonzentrationen an oberflächlichen Defekten tritt ein strukturelles Versagen eher unter Zugspannung als unter Druck auf.
In anderen Worten: die mechanische Zuverlässigkeit hängt von der Wahrscheinlichkeit ab, einen Defekt aufzufinden, der unter den Betriebsbedingungen zu einem Versagen führt.
Dies könnte auch als Wahrscheinlichkeit ausgedrückt werden, dass das Werkstück einer mechanischen Bean- spruchung ausgesetzt wird, die größer ist als die Festigkeit der bestehenden Defekte. Als Folge dieser Wahrschein- lichkeitsbeziehung nimmt die Beanspruchbarkeit eines Quarzglasprodukts mit dessen Größe ab. Ebenso nimmt die Wahrscheinlichkeit eines Versagens mit der Anzahl der eingesetzten Werkstücke zu.
Der Zustand der Oberfläche ist hierbei sehr wichtig. Oberflächen, die kalt bearbeitet wurden, fallen zumeist schwächer aus als feuerpolierte. Durch den Einfluss von Staub, Feuchtigkeit und allgemeinen Verschleiß sind ältere Oberflächen ebenfalls weniger beanspruchbar als jüngere.
Diese Faktoren müssen hinreichend berücksichtigt werden, um die Festigkeit verschiedener Quarzglassorten miteinander verglichen zu können. In der Praxis offenbaren sich solche Untersuchungen häufig als einfache Oberflächenvergleiche, da selbst geringe Abweichungen in der Probenpräparation die intrinsischen Festigkeits- unterschiede überwiegen können.
Technische Eigenschaften elektrisch geschmolzenes Quarzglas flammen geschmolzenes Quarzglas synthetisches Quarzglas
Mechanische Daten
Dichte (g/cm3) 2.203 2.203 2.203
Mohs-Härte 5.5 ... 6.5 5.5 ... 6.5 5.5 ... 6.5
Micro-Härte (N/mm2) 8600 ... 9800 8600 ... 9800 8600 ... 9800
Knoop-Härte (N/mm2) 5800 ... 6100 5800 ... 6100 5800 ... 6100
Elastizitätsmodul (bei 20°C) (N/mm2) 7.25 × 104 7.25 × 104 7.25 × 104
Torsionsmodul (N/mm2) 3.0 × 104 3.0 × 104 3.0 × 104
Poisso'nsche Zahl 0.17 0.17 0.17
Druckfestigkeit (N/mm2) 1150 1150 1150
Zugfestigkeit (N/mm2) 50 50 50
Biegefestigkeit (N/mm2) 67 67 67
Torsionsfestigkeit (N/mm2) 30 30 30
Schallgeschwindigkeit (m/s) 5720 5720 5720