硅基光纤表面微裂纹生长的化学热力学和动力学研究

摘要

本文应用化学热力学和动力学的理论描述并探讨光纤表面微裂纹生长的机理和特性。提出了导致微裂纹生长并遵守热力学规律的光纤表面热缺陷形成模型。根据Van't Hoff化学平衡原理及判别反应变化的方向,认为OH^-基团或H_2O与SiO_2玻璃体反应是可能的,其反应的平衡常数分别为K_(C(OH^-))=C_(OH^-)和K_(P(H_2O))=P_(H_2O)。研究表明,光纤表面微裂纹生长速率不仅与外界施加的应力有关,而且与环境温度成正比并能符合Arrhenius方程。用不同温度下测定的光纤断裂时间和断裂应力值可计算H_2O与SiO_2反应的活化能。对于一般硅基玻璃光纤,反应活化能E_a=4.33kcal/mol。同时发现,在相同温度和施加相同断裂应力的情况下,不同光纤的裂纹生长系数(n)与反应活化能(E_a)成线性关系。