簡単な答えは約7,000 psiです。 GE 124などの標準的な溶融石英管の引張強度は約4.8 x 10^7パスカルであり、これは1平方インチあたり7,000ポンド（psi）に換算されます。しかし、この数値は話の一部に過ぎません。なぜなら、あらゆる応用における石英の真の強度は、その使用方法に大きく依存するからです。
石英には特定の引張強度がありますが、最も重要な機械的特性はその計り知れない圧縮強度です。石英を効果的に使用し、壊滅的な破損を避けるためには、この違いを理解することが不可欠です。
強度の二つの側面：引張と圧縮
材料の「強度」について議論する場合、加えられている力の種類を特定することが重要です。石英のような脆いセラミック状の材料の場合、その違いは劇的です。
引張強度：引き裂く力
引張強度は、材料が引き裂かれることに対する抵抗力を測定します。これが7,000 psi（4.8 x 10^7 Pa）の値です。
石英棒の両端を引っ張る様子を想像してください。その引張強度は、それが折れる前に耐えられる最大の引張力です。
石英のような脆い材料にとって、この値は比較的低いです。微細な表面の欠陥、亀裂、または傷は応力集中点として機能し、材料が張力下にあるときに破壊が伝播するための出発点となります。
圧縮強度：押しつぶす力
圧縮強度は、材料が押しつぶされたり圧壊されたりすることに対する抵抗力を測定します。石英の場合、この値は160,000 psi（1.9 x 10^9 Pa）です。
この数値は、引張強度の20倍以上です。石英が圧縮されると、表面に存在する可能性のある微小な亀裂は押し閉じられ、これらの条件下で材料が例外的に強くなるのを助けます。
トレードオフの理解
重要な点は、石英が鋼のように普遍的に「強い」材料ではないということです。その性能は、用途とそれが受ける応力の種類に大きく依存します。
なぜ引張強度が決定的な弱点なのか
低い引張強度は、石英部品の最も一般的な破損箇所です。材料を曲げたり、たわませたり、伸ばしたりする力は、容易にその限界を超過する可能性があります。
これが、石英管を落とすと粉々になる理由です。衝撃は曲げ応力を発生させ、管の一方の側に張力をかけ、それが即座に破損につながります。
圧縮強度の活用
対照的に、石英に純粋な圧縮をかける用途では、その驚異的な回復力を活用できます。これが、石英が高圧窓や特殊な産業部品に使用される理由です。石英部品が圧縮下にある状態を維持するようにシステムを設計することが、その構造的完全性を確保するための最も効果的な方法です。
用途に応じた適切な選択
石英を用いて適切に設計するためには、部品が経験する力を分析する必要があります。
- もしあなたの用途に曲げ、たわみ、または引張力が関わる場合： 7,000 psiという低い引張強度を考慮に入れ、大幅な安全率を組み込む必要があります。
- もしあなたの用途が主に絞り込みや圧力の力に関わる場合： 160,000 psiというはるかに高い圧縮強度を活用できますが、意図せず引張応力やせん断応力が発生しないことを確認する必要があります。
- 熱衝撃が懸念される場合： 急激な温度変化は、外部の機械的負荷とは無関係な一般的な破損モードである、亀裂を引き起こす内部の引張応力を発生させる可能性があります。
結局のところ、石英がどのように応力を受けるかを知ることは、単一の強度値を知ることよりもはるかに重要です。
要約表：
| 特性 | 値 (psi) | 値 (Pa) | 重要なポイント |
|---|---|---|---|
| 引張強度 | 7,000 psi | 4.8 × 10^7 Pa | 引張力・曲げ力に対する抵抗力が低い。表面の欠陥に敏感。 |
| 圧縮強度 | 160,000 psi | 1.9 × 10^9 Pa | 絞り込み・圧壊力に対する抵抗力が非常に高い。引張強度の20倍。 |
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