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水晶晶體生長釜內(nèi)進行,水晶種子裝在釜體上部,為生長區(qū);下部是熔煉石英和一定濃度的堿深夜,為溶解區(qū)。釜體外部采用加強器加熱,下部溫度比上部高,當溫度升高時,釜內(nèi)液體受熱膨脹,釜內(nèi)壓力由加強溫度和釜內(nèi)介質(zhì)容量確定。由于對流作用,下部的飽和溶液向上運行,到達溫度較低的上部時形成過飽和溶液析出水晶,在晶體上生長。恒溫過程持續(xù)數(shù)十天,隨溫度和壓力不同,生長周期不同。
人造水晶釜的下部溫度控制在370-400度左右,上部溫度在340度左右,使用壓力137-150Mpa。
根據(jù)十幾年來對超高壓人造水晶釜的定期檢驗的經(jīng)驗以及目前水晶釜失效事故分析來看,可以確認,人造水晶釜的主要失效模式為應力腐蝕開裂以及溫度失控造成釜體變形。釜體制造過程中產(chǎn)生的缺陷:如鍛造、熱處理、機加工處理不當;使用過程中產(chǎn)生的缺陷如劃傷、碰傷、受熱不均、測溫儀表安裝不當?shù)染鶗铀倨涫?;長期超過設計溫度還會造成蠕變開裂,回火脆化;由于人造水晶釜在高溫高壓堿溶液介質(zhì)下間歇運行,存在疲勞和腐蝕疲勞的可能性。
水晶釜的應力腐蝕開裂是由于腐蝕性介質(zhì)、高強度調(diào)質(zhì)鋼、幾何不連續(xù)處的高應力造成的,多在釜體內(nèi)壁底部向上1.5m范圍內(nèi)產(chǎn)生,大部分裂紋起源于釜體下部的堵底螺、退刀槽附近。溫度失控的原因主要是測溫儀表失效、安裝位置不當造成的,發(fā)生在外加強器位置,產(chǎn)生變形、蠕變開裂等。