Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Близкими были и значения пористости отливки (пори стость 12,5 — 13,0% ). Как следует из рис. 81, отмечается существенная разница в поведении указанных материалов при спекании. Если полное спекание материала с удаленным кристаллическим ЯО2 осуществляется при сравнительно низких температурах, то в другом случае даже при температуре обжига 1350'С пористость будет 7%,'Последнее обусловлено тем, что образовавшийся в больших количествах кристобалит тормозит процесс спекзния и разрыхляет материал при переходе а- в р-кристобалит.
Этим же объясняется и падение прочности материала. Наличие максимума прочности для материала, соответствующего кривой 1, рис. 81, объясняется идущими одновременно процессами уплотнения и кристаллизации, первый нз которых вызывет рост прочности, а второй — ее уменьшение. При спекании материала, соответствующего кривой 2, заметное образование кристобалита начинается при температуре ИОО'С, а максимальные значения прочности достигаются при 1200'С и в дальнейшем не изменяются, несмотря на дальнейшее уплотнение. Спекание керамики на основе непрозрачного кварцевого стекла, не содержащего примесей кристаллического ЯО2 осуществляется .при- более низкой (на 30 — 60 град) температуре по сравнению с керамикой на основе прозрачного кварцевого стекла при равной дисперснос164 7 Зэк 222 ш5 ти.
Последнее объяснимо, видимо, большим соде жанй- р ем примесей в непрозрачном кварцевом стекле (порядка 0,3 — 0,4). Содержание Ха20 при этом находилось в пределах 0,01 — 0,02%, т. е. на порядок. больше, чем в прозрачном кварцевом стекле. Этим же объясняется и повыхпенная кристалнзационная способность керамики из непрозрачного кварцевого стекла. Показанный на рис. 8! (кривая 1) характер изменения плотности и прочности кварцевой керамики от температуры и продолжительности спекания отмечался в целом ряде работ [12, 16, 18, !9, 20, 37, 38, 42, 47]. В работе [42] установлено, что оптимальной температурой спекания керамики из непрозрачного кварцевого стекла является 1200'С с выдержкой 2 ч.
Полученная по такому режиму керамика обладала плотностью 1,75 г/смз, о, 000 кгс/см', о„,,„— 59 кгс/см2. При увеличении температуры обжига до 1250'С показатели р, о, и о„, возрастали соответственно до 1,80 г/смз, 800 и 78 кгс/смз, но термостойкость (по водяным теплосменам) уменьшалась примерно вдвое, В работах [16, 37, 38] отмечено, что максимальное упрочненне кварцевой керамики наблюдается при температуре начала кристаллизации и соответствует содержанию кристобалита не более 2 3%. При этом, если проводить обжиг при температурах и режимах, вызывающих дальнейшее повышение содержания крнстобалита, то несмотря на дальнейшее уплотнение имеет место значительное падение прочности.
.Взаимосвязь спекания и кристаллизации подтверждается и в работах [37, 38] при получении прессованной керамики, изготовленной на основе как прозрачного, так и непрозрачного кварцевого стекла. Спекание обраэцоз при этом осуществлялось на протяжении 2 ч прн температурах 1! 00 — 1300'С. Полученные образцы отличались сравнительно высокой пористостью (20 — 30%), сравнительно малой прочностью н в большинстве случаев повышенным по сравнению с кварцевым стеклом, коэффициентом термического линейного, расширения. Сделан вывод о том, что образцы, полученные нз мокромолотого материала, как в случае непрозрачного, так и прозрачно. го кварцевого стекла, показали меньшую скорость спекания и кристаллизации.
Кроме того, сообщаегсч, что намол железа, составлявший 0,1~5%, особого влияния нз спекание .и кристаллизацию не оказывал. В работах [,18, 32, 67] отмечали увеличение пористости материала с превышением оптимальной температуры спекания. В работе [67) это объясняется тем, что в частично закристаллизованном материале при охлаждении образуется множество микротрещин, которые увеличивают л)ористость образца, искажая картину его высокотемпературного состояния. В других работах [37, 511 указан)юго увеличения порнстости не отмечалось. Исключительное влияние на кинетику кристаллизации степени чистоты исходного. материала или Наличия кристаллических фаз показано и в работе [!41. На рис.
82, по данным этой работы, Р. ! — приведена зависимость " .$1О содержания кристобалита в керамике раз- 1 Е личных видов в зависи- б мости от продолжи- 4 П, сй 4Р тельности ее спеканип г, ч - при 1(200чС. Керамика на основе непрозрачноРмс.
О). Заенснмость сонержанна крн ГО КиарцЕИОго Стокда стобалнта от цронолжательноста тер- обладает нанбольйцей мообрабомаа прн ГЛКГС длк керамнкн на основе непроарачного кварцевого СКЛОННОСТЬЮ К КРИ. стекла с помолом в кФУлновой ыель- сталлнзации Как нм1(е (!) ла основе окнтетнческого З(О, с помолом а муллнтовой мель. МЕЧЯЕТСН, ИСХОДНЫЙ Маннце (2), ненокераммкн с объемной маосой ол) г)ом' (в), то же, с р= ТЕРИаЛ СОДЕРжаЛ 1,5— о»в оц н кьарцевоа асрамнкн на 2()) кристобалита, В то основе синтетического З10, с помолом в коррндоьой мельнмце (а) жЕ ВрЕМя КЕраМИка На основе синтетического 5102 кабосила (сумма, примесей -~0,003о(о) Обладает намного меньшей кристаллизационной способностью (кривые 2, б).
Ода(ако между этими кривы~ми отмечается существенная разница в скорости кристаллизации. Это вызвано тем, что при помоле в муллитовой мельнице (кривая 2) происходит больший намол примесей, вызывающих кристаллизацию. Существенное влияние на кристаллизацию оказывает и пористость (величина поверхности раздела) материала.
Последнее следует из кривых 3, 4, рис. 82, Кварцевая пенокерамика с меньшим объемным весом (кривая 3) имеет большую склонность к кристаллизации, чем более плотная (кривая 4). )рбл Р 2 4 6 а 10 г,е ' Всслеловалнц структуры выполнены автором совмостко с А. В. Сажнларн. Связь между температурой и временем начальной кристаллизации кварцевой керамики может быть показана кривой ее температурно-временной зависимости.
Кривая зависимости, построенная по данным спекания и кристаллизации высокоплотных (с пористостью до 137о) отливок на основе прозрачного кварцевого стекла, показана на рис. 83, по работе [51[. Если высокоплотные шликерные !м)а отливки спекались при температурах и времени ниже соответствую- )зц) щей кривой кристаллизации, то в материале на основе отливок повышенной пористостл В рядо СЛунаеи бЬ)ЛО Рнс. ВЗ. Тмапефатроно-воеменнан ва- внснмость начальной крнстеллнеацнн Появление кварц ой кераммкк йсристобалита, Следует отметить, что температурно-временная зависимость кристаллизации, а следовательно, и условия спекания существенно зависят от чистоты исходного материала, среды при спекании и пр. Кристобалит, образующийся в объеме кварцевой керамики, имеет как очковую структуру, так и располагается на стыке (границе) зерен (рис. 84). В зависимости от температуры спекания, наличия примесей и пр.
шаровидные включения имеют размер от долей миллиметра до нескольких'. Шлифы керамики с очковой структурой представляют собой стекловатую массу, на фоне которой наблюдаются очковые образования †округл, более прозрачные, менее пористые участки. В центре очковых образований видны поры, вокруг которых наблюдается кристаллизация оптически положительного кристобалита, образующего агрегаты в виде «цветов», в каждом «лепестке» которых погасание беспорядочное, иногда фронтальное, свидетельствующее о тонкочешуйчатом характере кристаллизации. Видимость «цветов» создается за счет радиальных и концентрических трещин, образующихся за счет перехода а- в р-кристобалит с уменьшением объема, )66 у' зак. мй 1о7 р За Элаыаиты очковой струит)сры а -очковое обравооаиие крвстобалита )Х000); б — тоикочеиауачатые образоаикик кркетобалита (Х0000); 0 — вчомоатв токкочыиузчата)«обраааааиа» )х)вхв) С целью предотвращения кристаллизации кварцевой керамики при ее спекании изучалось влияние ряда дооавок.
)В патенте ОШАо предложен способ производства кварцевой керамики, предотвращающий появление кристобалнта за счет введения в состав сырья тонкоизмельченной ВаОз в количестве не менее 1,2% по отношению к весу 5100. Последний вводится в тонкоизмельченный (до размера зерен 2 — 4 мкм) порошок, после чего одним нз способов:подготав.тивается масса для формова~ния. Обжиг должен проходить в плотно закупоренном капселе или в кварцевом песке во избежание непосредственного контакта с атмосферой печи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
