Пивинский Ю.Е., Ромашин А.Г. - Кварцевая керамика (1049256), страница 31
Текст из файла (страница 31)
89 для среднезернистых отливок, /!ля проведения указанных экспериментов образцы предварительно нагревались до 900'С, а затем помещались в печь с температурой !400'С, т. е. в данном случае отсутствовало неизотермическое спекание. При всех временах спекания отмечается незначительная разница в показателях истинной и кажущейся пористости. Параметром режима обжига, объединяющим температуру и время, является скорость нагрева, Скорость нагрева, особенно в интервале температур от 1000'С до максимальной, может существенно влиять на скорость спекания, кристаллизацию и прочность кварцевой кера- Керамика, обжигающаяся с повышенной скоростью нагрева, обладает меньшей склонностью к кристаллизации.
Это можно объяснить тем, что при повышении скорости нагрева уменьшается количество образовавшихся центров кристаллизации. Оптимальной скоростью нагрева кварцевой керамики при температуре выше 1000'С в зависимости от габаритных размеров, требуемой плотности материала и конечной температуры спекання следует считать 300 †5'С/ч. При спеканин материала, полученного шликерным литьем, существенное влияние на скорость процесса оказывает стабилизация исходной суспензии. В качестве примера на рис. 90 показана зависимость ож)г и Пц от температуры спекания для отливок, полученных из ис- го ходнойги стабилизированной г суспензий.
Отливки из стабилизированной суспензии обладают не только меньшей пористостью (на 2— 2,5%), но и значительно большей скоростью спекания при температурах выше !200'С. Рис. 9(. Зависимость истинной Существенная разница порисгости кварцевой керамики оз температуры спенання наблюдается ~и для показа- (выдержка ) «) дая образцов ) ей По „иа основе среынеднсперонсмо цат р порожка (да 5 мкм — 31%); гериалана основе отливок из ~Го — ббк) и рячим (1) и штакерггым китьстабилизированных суспен- м) с зий, при равной пористости наблюдается большая прочность. Например, при порис. тости материала 6% в случае отливок из нестабилизированной суспензии о составляет 530 )кгс/см' для отливок из ста)билизированной суспензии 750 кгс/см'.
Увелпченная скорость спекания отливок нз стабилизированных суспензий объясняется, вероятно, более равномерной и плотной упаковкой твердой фазы, что обусловливает и меньший размер их пор. Характерно, что увеличение продолжительности стабилизации от 3 до !О суток на ,ки~нетику спекания не,влияет. В результате сравнительного изучения спекания образцов, отформованных на основе порошка одной партии методами горячего литья и шликерного литья из суспен- 0 поо поо (гоо )гоо по иоо й,'т )7о Таблица 11, Влииние степени измельчении порошка н температуры обжига на спекание и аристаллнзацнм образцов Обжиг в силитовой печи 17 48 94 74 56 31 00 0,2 1,45 0,2 1,45 31 100 359 1150 1220 1270 !300 1350 34,1 34,2 30,8 30,0 30,5 1,53 1,55 1,58 2,2 3,1 3,9 104 326 673 45 94 187 179 117 1,47 1,58 1,73 1,86 1,88 1150 1200 1270 1300 1350 0,5 3,7 5,8 9,0 9,2 28,5 21,8 16,9 16,8 Обжиг в илилеилой печи 1250 1280 1300 3110 2,9 2,6 5,0 1,57 1,55 1,64 28,0 28,4 27,1 378 103 133 52 187 201 807 995 25,0 22,0 1253 5,7 1,68 1250 1 7,0 1,76 6203 7700 зий, полученных суспендированнем, не было отмечено существенной,разницы в окорости спекания (рис.
91). Имеющаяся разница в пористости полуфабриката, отформованного различными методами, сохраняется в большом интервале температур спекания и только при 1350'С она уменьшается. Существенное влияние на скорость спекания кварцевой керамики имеет дисперсность кварцевого стекла. Влияние степени дисперсности исходного порошка для получения прессованной кварцевой керамики на спекание и прочность, по работе 13!1, показано в табл.
11. Приведенные данные позволяют отметить следующее. Решающее влияние на спекаемость оказывает дисперсность порошка. Из порошка с Я=З!00 смт/г удалось получить образцы с пористостью не менее 28 — 30% и пшг не более 1~20 — 130 кгс/см'. Из порошка же с 5=9800 сме/г пористость снижается до 15 — 20з/, а и „до 200 кгс/см'. Температура обжига до 1200'С не обеспечивае! существенного спекания.
Оптимальные показатели достигаются при 1250 — 1270чС. При более высоких температурах () 1300'С) наблюдается снижение прочности, несмотря на увеличение усадки и плотности. Наблюдается некоторое различие между показателями образцов обожженных в силитовой и пламенной печах. Указанное отличие объясняется существенным влиянием газовой среды на кристаллизацион~ные свойства кварцевого стекла. ~Процесс спекания кварцевой керамики в газопламенных печах изучался в работе 1811. Для спекания использовали среднедисперсные шликерные отливки с исходной порнстостью 12 — 22с(!, изготовленные по техноло. гни 151!.
Обазцы подвергали предварительному нагреву при 500'С н затем переносилн в газопламенную печь, разогретую на конечную температуруспекания. Последнюю принимали в интервале 1100 — !560чС при выдержке 60— 5 мин. Максимальные значения плотности (пористость, близкая к О) н прочности (и до 800 кгс/оме) кварцевой керамики достигались посредством спекания при температурах !350 -1560'С в течение 10 — ЗО мин. В работе 167! было изучено влияние вакуума на спекание кварцевой керамики. Образцы с плотностью 1,76— 1,78 г/смз были изготовлены шликерным литьем. Спекание изучали в вакууме при остаточном давлении 2о10 ' мм рт. ст. Для сравнения спекали образцы и в воздушной среде. Как следует из работы, спекамие в вакууме протекает более интенсивно, чем в воздушной среде.
Если минимальные значения пористостн материала при опекании в воздушной среде составили 8!)з, то прн спекании в вакууме они были близкими к нулю. Максимальное уплотнение при атом отмечалось при 1ЗООДС. В работе (12) при изучении условий спекания и кристаллиаации кварцевой керамики на основе высокочистого синтетического кремнезема было установлено, что спекание происходит в интервале температур !000— 1о е 200 С, а кристаллизация — при 1150 — 1250'С в течение 176 177 !5 — 20 мин. Образцы после кристаллизации при дальнейшем нагревании до 1400 С больше не спекались, Образцы, полученные шликерным литьем, обжигались в печи с карборундовыми нагревателями прн скорости подъема температуры 200'С в час и конечной выдержке в течение часа при !000, 1!60, 1170, 1200, 1250'С.
Спекание образцов в интервале температур 1100 †11'С приводило к увеличению их плотности от 1,70 до 2,10 г/см а и возрастанию. прочности при изгибе от 125 до 300 кгс/см'. Содержание,кристобалита не превышало прн этом 5а/а. При дальнейшем повышении температуры обжига (1170 — 1250'С) происходила кристаллизация, сопровождающаяся уменьшением механической прочности и резким снижением термостойкости. Кристаллизация при этом происходила равномерно по всей толщине образца, размеры кристаллов составляли от 20 до 25 мкм. Существенным фактором, определяющим кинетику спекання кварцевой керамики на основе синтетического кремнезема, является температура предварительного его обжига [13].
Прежде всего, недостаточная температура обжига приводит к увеличенной влажности получаемых суспензий или росту количества связки в пресспорошках, что вызывает рост пористости полуфабриката. К примеру, прессованные образцы на основе сырья, обожженного при !000 — 1100'С, спекаются с усадкой 15 — 25а/е. Оптимальной температурой предварительного обжига синтетического кремнезема считается 1150 — 1200'С. Температуры спекания и остекловывания кристаллического кремнезема в процессе получения кварцевой керамики существенно отличаются от таковых для кварцевого стекла. Например, в работе 119) описан следукяций режим обжига образцов, изготовленных из кварцевого песка методом шликерного литья: нагрев до 1ОООчС в течение 3 ч в силитовой печи, установка образцов на конечную температуру обжига (1680чС). После определенной выдержки образцы извлекали нз печи и помещали в печь с температурой 900 С, где и охлаждали до комнатной температуры.
В патентах' для получения кварцевой керамики на основе кристаллического кремнезема предлагается следующий режим термообработкн, обеспечивающий спекание и оплавление изделий. Заготовки, отформованные из ' Пат. !США), № 2270718, 1942. Пат. Германия, № 682719, !939, 178 кристаллического 5!Оя по одному из способов, подвергаются предварительному обжигу при температуре не более 1550'С.
Эта температура выбирается достаточно низкой, чтобы не происходило деформации "изделия. Предварительно спеченная заготовка подвергается механической обработке для придания окончательной формы. Для окончательного спекан~ия заготовку помещают в предварительно разогретую печь и в течение короткого времени (примерно 15 мин) доводят до температуры 1750 — 1800'С, после чего нли вынимают из печи, или подвергают резкому охлаждению с печью. Короткое спекание при указанных температурах приводит к переходу кристаллического кварца и стеклообразное состояние и не допускает образование заметного количества кристобалита. Горячее прессование кварцевой керамики (6Л где р — относительная плотность в момент времени т; р — приложенное давление: Таким образом, для значительного внешнего давления уравнение скорости процесса приобретает форму кинетической кривой первого порядка, причем константа скорости равна отношению приложенного давления к вязкости.
Интегрирование уравнения (67) дает рп (! — р) =- — -и — + С. 3 д 4 При 1=О, р=ра( исходная плотность образца в форме до прессования), откуда константа интегрирования (68) 179 Первые сведения по горячему прессованию кварцевой керамики относятся к 1960 г. 1,!5). ~В это время еще не были проведены работы по получению плотноспеченной кварцевой керамики !46, 48, 51).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
