Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 28
Текст из файла (страница 28)
В качестве пропитывающих материалов для пеноке рамики были изучены смолы на основе фенола и термопласты. При пропитке керамики фепольными нлп феннлсилановыми смолами получались бездефектные керамические материалы, при использовании же термопластичных составов образовывались трешины или другие по- 159 (63) вреждения структуры. Этот недостаток устраняли путем пропитки смесью термопластичных и термореактнвных смол.
на и = — ь —, »2т Ч СПЕКАНИЕ КВАРЦЕВОИ КЕРАМИКИ Теория спекания 3 г»а р = — — т, 2 (62) где у — радиус площади контакта; г0 — исходный радиус шарика; о — поверхностное натяжение; т! — коэффициент вязкости; т — время. Для заключительной стадии спекания Френкелем предложено уравнение 100 В настоящеевремя является общепризнанным,что механизмом спекания тел, сформованных из аморфных порошков, не кристаллизующнхся' в процессе спекания, является вязкое течение [65, 168 †17. Процесс спекания твердых кристаллических однофазных тел под действием онл поверхностного натяжения был впервые рассмотрен Френкелем [171] и с точки зрения развитой нм молекулярно-кинетической теории твердых и жидких тел трактовался как процесс вязкого объемного течения частиц.
Предполагалось, что процесс вязкого течения в кристаллических телах имеет такой же характер, как в жидкостях и аморфных телах, т. е. происходит путем миграции подвижных дырок. Теория спекания, в основу которой положен механизм вязкого течения, раосмот»рена иа идеализированных моделях (шариках) и ее нельзя применить непосредственно для реальных порошковых тел [651 Расчеты по выведенным зависимостям скорости заплывания сферической поры и скорости роста контакта между двумя сферическими частицами показали, что скорость спекания в рамках выбранных моделей постоянна, в то время как опытами н практикой установлено, что скорость спекания со временем уменьшается. Для начальной стадии спекания, по Френкелю, существует линейная зависимость площадки контакта от вре- мени (64) бик22! З»к.
022 где а — радиус поры в момент в122емени т; ь — коэффициент, равный /2 для сферической поры и 1 †д цилиндрической. В работе [651 в результате теоретичеокого рассмотрения 'и экспериментального изучения спекания кварцевого стекла выведено уравнение для плотности спекаемого материала = ['+ ~ —,'. -') ~'- ';..')'1 ' или для пористости Л = ~ ~! — — "')'~1 + ~ ~! — ' — ")'~ ' (65) где ра — исходная относительная плотность; П0 — исходная пористость образца до спекания.
В работе [1731 было рассмотрено вязкое и пластическое течение массы, содержащей равномерно распределенные закрытые сферические поры. Поверхностное ,натяжение в порах одинакового радиуса х принимается эквивалентным внешнему давлению 2у/х, приложен~ному к твердому телу, которое предполагается несжимаемым, в результате чего эффект одинаков при любых форме и размерах спекаемого материала. Исходя из этих предпосылок, было предложено уравнение, связывающее скорость деформирован~ив при постоянной температуре с напряжением, и исследованы случаи как вязкого (ньютоновского), так и пластического (бингамовского) течения. Скорость изменения плотности ньютоновского твердого тела при нзотермическом спекании выражается через число пор и в единице объема, поверхностное натяжение и вязкость соотношением ! 2 Ыр 3 70итз 021 — (1 — Р) °, .
И 7» (66) »2т 2 (, 3 В работе [651 было произведено сравнение теоретических данных, рассчитанных по уравнениям (64) и (66) по зависимости относительной плотности кварцевои керамики от продолжительности ее спекания, а также сравнение теоретических и экспериментальных результатов, Для спекания применялись высокоплотные шликер-' ные отливки с р=0,856.
Оказалось, что для принятой плотности материала уравнения (64) и (66) оказались практически равноценными, в связи с чем рекомендуется пользоваться более простым уравнением (64), Сравнение экспериментальных данных по кинетике спекания с расчетными показало, что фактическая скорость спекэния падает быстрее, чем следует из уравнений (64) н (66). Было предположено и показано, что наиболее вероятная причина этого — различный размер пор. В работе 1651 экспериментально вычислена кажущаяся или эффективнан энергия активации спекания кварцевого стекла, оказавшаяся равной 144 ккал/моль, т. е. близкая к таковой для энергии активации вязкого течения. Это является дополнительным доказательством того, что преобладающий механизм спекания кварцевой керамики — вязкое течение. Взаимосвязь спекания и кристаллизации Основной трудностью получения кварцевой керамики является достижение достаточного ее уплотнения при спеканин, так как последний может осложняться нежелательным процессом кристобалитизации.
Образование в кварцевой керамике определенного количества кристобалита может привести к ее разрушению илн разупрочнению, вызванному переходом образовавшегося высокотемпературного а-крнстобалита в низкотемпературный (1-кристобалит. Последний происходит с объемным изменением примерно 5о((о при температуре 160 — 270'С. Ни в одной из известных работ по кварцевой керамике при спеканнн ме отмечали образования трндимнта, что является закономерным для случая чистого кремнезема. Большие трудности в получении плотноспеченной кварцевой керамики отмечены при применении в качестве исходного сырьевого материала непрозрачного кварцевого стекла вследствие того, что последнее обладает повышенной способностью к кристаллизации.
Во всех опубликованных работах, где в качестве исходного сырья применяли непрозрачное кварцевое стекло, отмечалось падение прочности при превышении некоторой оптимальной температуры (нлн )продолжительности выдержки) при спеканин, вследствие чего минимальные значения пористости керамики находились в пределах 16-.25 7в ~12, 16, ! 8 — 20, 37, 381. В отличие от предшествующих работ, в которых рассматривался процесс спекания кварцевой керамики и указывалась невозможность плотного ее спекания без образования кристобалита 112, 18 — 20, 37, 381, было поп(азано [46 — 49, 51], что эта проблема может быть решена в случае применения высокоплотного исходного полуфабриката, изготовленного из высокочистого прозрачного кварцевого стекла.
Обусловлено это, в основном, перенесением значительной доли уплотнения керамики на стадию формования (уменьшение пористости сырца в уп 14 10 ппп пап 1000 )гаа 1000 (зап 6са гаа )гаа 1000 1000 та ° г 1,5 — 3 раза), что позволяет уменьшить температуру (выдержку) при спекании. Кроме того, принятая технология 1511 обеспечивала высокую чистоту материала в полуфабрикате, что обеспечивало и повышенную ее антикристаллизационную способность.
Исходя из указанных положений, была предположена возможность получения плотноспеченной кварцевой керамики и нз непрозрачного кварцевого стекла, При этом, как показано ниже, стремились как к получению высокоплотной исходной отливки, так и к меньшей кристаллизационной способности исходного сырья'. з Исследование выполнено автором совместно с 3. Ф. Т()нфо- НОВОЙ.
ба ~ж ~ч «а сз ссай гп чз с ф. 0 ппп "я апп сз - 000 ~О 100 Рис. В1. Зявисимость кажущейся пористостя (о), прочяоста при изгибе (б) в содержвивя кристобалита (е) от температуры обжига кварцеюа керамики яа оытове яепрозрачкого пвирцежжо стекла, подержав(его кяжталлическяе вклычсиия 510з ЕЦ в без таковых Р) ы(о,зз) зак. мв (63 На рнс. 81 показана зависимость П2ь о „и содержание кристобалита от температуры обжига для керамики на основе непрозрачного кварцевого стекла.
В качестве последнего использовался кварцевый брус. Как было установлено рентгеноструктурным анализом, периферийные участки бруса содержали недоплавленныи кристаллический ЯО2 в виде корки. При этом содержание кристобалита в корке бруска составляло около 20, а кварца— около 5%. Формование образцов осуществлялось шликерным литьем нз стабилизированных суспензий, полученных одностадийным помолом предварительно дробленого кварцевого бруса. В первом случае (кривые 1, .рис. 81) дробление бруса осуществлялось без удаления корки, вследствие чего содержание кристаллического ЯО2 в материале составляло около 2%, а во втором (кривые 2) — с удалением корки, Дисперсность суспензий при этом была близкой (!9 и 2~4% ко 5 мкм: 124 н 1,1,8= 60 мкм соответственно).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
